CN103603013A - 一种平稳可靠的铝电解行业整流所稳流系统 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种平稳可靠的铝电解行业整流所稳流系统。包括总调节PLC、单台整流机组PLC、直流调速装置、1#至n#整流机组、单台整流机组电流传感器、整流输出总电流传感器、单台整流机组电流变送器、整流输出总电流变送器及连接线路。在单台整流机组PLC与1#至n#整流机组之间设置直流调速装置，直流调速装置内置速度环和电流环，在速度环和电流环中均内置有PID调节，为双环双PID调节。本发明采用双环双PID调节技术，有利于提高对电网电压波动引起的稳流系统电流波动抑制和铝电解生产过程中发生阳极效应时产生的波动电流抑制，从而提高了铝电解生产过程中整流所稳流系统稳流的安全可靠性。

Description

一种平稳可靠的铝电解行业整流所稳流系统
技术领域
本发明涉及一种平稳性及安全可靠的铝电解行业整流所稳流系统。
背景技术
铝电解行业整流所直流稳流系统在铝电解生产过程中起到十分重要的作用。它直接为铝电解生产过程提供平稳的电流，保证铝电解生产所需电流平稳，一直以来是铝电解行业长期需要攻克的技术难题。在铝电解生产过程中，如供电电流不平稳，电流波动大，会破坏铝电解生产稳定的工艺技术条件，不但能耗增加，还将会存在重大的设备安全和人身安全风险，造成巨大的经济损失。
目前，国内铝电解行业整流所整流设备采用的是多相二极管整流方式，稳流系统采用整流变压器有载调压与自饱和电抗器相结合的方式，铝电解行业电流稳流控制的主要原理是将整流柜的直流输出电流经采集变换后形成反馈电流If，与给定电流Ig在PLC（可编程控制器）中比较后形成一个比较电压，比较电压经PID（比例积分微分）运算后，控制PLC输出脉冲的占空比，从而改变IGBT（绝缘栅双极晶体管）的输出电流（Ik），也就是控制Ik来调节整流装置的输出电流。通过PLC对电流比较值进行PID计算并控制IGBT的输出电流，从而实现稳流（如图1所示）。其设备结构紧凑、控制简洁。
虽然目前铝电解行业整流设备和稳流系统控制措施有上述优异性能。但在铝电解生产过程中存在着阳极效应，当出现阳极效应时，存在直流电流波动较大、稳流调节响应速度慢、稳流调控时间较长的问题。这样就会造成铝电解生产过程中阳极效应时间过长，增加不平稳电流对设备冲击时间，增加了人工操作时间和劳动强度，容易发生设备事故和人身安全事故，造成巨大经济损失。同时稳流系统采用整流变压器有载调压与自饱和电抗器相结合的方式，不能调节因电网电压波动引起的电流波动。
本发明针对这一行业问题，进行全面研究，很好的解决了这一技术问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有铝电解行业整流所稳流系统中上述存在的不足，提供一种更为安全简洁、快速响应、恒流可靠的铝电解行业整流所稳流系统。
本发明根据铝电解行业整流所稳流系统的使用环境和技术条件，对稳流系统进行改进。用直流调速装置替代“通过PLC控制器进行PID（比例积分微分）调节并控制IGBT（绝缘栅双极晶体管）的输出电流”。 
本发明的技术方案为：铝电解行业整流所稳流系统包括总调节PLC、单台整流机组PLC、直流调速装置、1#至n#整流机组、单台整流机组电流传感器、整流输出总电流传感器、单台整流机组电流变送器、整流输出总电流变送器及连接线路，总调节PLC连接单台整流机组PLC，1#至n#整流机组与单台整流机组电流传感器和整流输出总电流传感器连接，整流输出总电流传感器经过总电流变送器与总调节PLC连接，其特征在于单台整流机组PLC 与1#至n#整流机组之间设置直流调速装置，直流调速装置内置速度环和电流环，在速度环和电流环中均内置有PID调节，为双环双PID调节，电流环中的PID连接晶闸管，晶闸管的另一端连接1#至n#整流机组，电流环还连接一个电网电流采集处理器，单台整流机组电流传感器通过单台整流机组电流变送器与速度环连接。
本发明与现有技术比较具有以下积极效果：
1、本发明采用双环双PID调节技术，有利于提高对电网电压波动引起的稳流系统电流波动抑制和铝电解生产过程中发生阳极效应时产生的波动电流抑制，从而提高了铝电解生产过程中整流所稳流系统稳流的安全可靠性。
2、有效降低了因不稳定电流冲击电解槽发生设备事故的风险，提高了铝电解生产效率。
3、提高了铝电解整流所稳流系统供电的安全性、可靠性、平稳性，降低了波动电流对铝电解生产的影响，减轻了因波动电流冲击电解槽造成的设备损坏和增加的工作量，同时降低了因上述所造成的巨大经济损失。
4、改进了电解铝的生产工艺，延长了电解槽寿命。
5、本发明能适应整个铝电解生产技术条件要求，技术创新性强，属国内外首创。
附图说明
图1是现有的电解铝行业采用的整流所稳流系统示意图。
图2是本发明的铝电解行业整流所稳流系统设置示意图。
图中，1-上位机总设定电流Ig总，2-总调节PLC，3-向单台整流机组输出给定电流，4-单台整流机组PLC（可编程控制器），5-单台整流机组给定电流Ig分，6-单台整流机组PLC控制器，7-IGBT（绝缘栅双极晶体管），8-控制电流Ik，9-1#至n#整流机组，10-整流输出总电流反馈电流If总，11-单台整流机组反馈电流If分，12-整流输出总电流变送器，13-单台整流机组电流变送器，14-整流输出总电流Id总，15-单台整流机组电流Id分，16-整流输出总电流传感器，17-单台整流机组电流传感器，18-直流调速装置，19-速度环，20-电流环，21-电网电流采集处理器，22-晶闸管。
具体实施方式
如图2所示，本发明的铝电解行业整流所稳流系统包括总调节PLC 2、单台整流机组PLC 4、直流调速装置18、1#至n#整流机组9、单台整流机组电流传感器17、整流输出总电流传感器16、单台整流机组电流变送器13、整流输出总电流变送器12及连接线路等，总调节PLC 2与单台整流机组PLC 4连接（向单台整流机组输出给定电流），1#至n#整流机组9经单台整流机组电流传感器17与单台整流机组电流变送器13的一端连接（单台整流机组电流Id分），并经整流输出总电流传感器16与整流输出总电流变送器12的一端连接（整流输出总电流Id总），整流输出总电流变送器12的另一端与总调节PLC 2连接（整流输出总电流反馈电流If总），单台整流机组PLC 4与1#至n#整流机组9之间设置直流调速装置18，直流调速装置内置速度环19和电流环20，在速度环和电流环中均内置有PID调节，为双环双PID调节，电流环中的PID连接晶闸管22，晶闸管22的另一端连接1#至n#整流机组9（控制电流Ik），电流环20还连接一个电网电流采集处理器21，单台整流机组电流传感器17通过单台整流机组电流变送器13的另一端与速度环19连接（单台整流机组反馈电流If分）。
工作原理：
（1）在稳流系统处于开环状态时，即整流机组直流总电流不参与反馈调节时，人为地通过上位机进行整流输出直流总电流给定，上位机将给定的总给定电流Ig总传输到总调节PLC上，在总调节PLC程序中，将自动通过计算，向单台整流机组的PLC进行电流给定。单台整流机组PLC将给定电流Ig分输出到直流调速装置的速度环作为给定电流，而单台机组输出的直流电流Id分经过电流变送器作为分机组反馈电流If分参与速度环的比较，其差值经过速度环内置的PID计算输入到电流环作为给定电流。电流环以装置工作电流为反馈电流，当电网波动时，可以通过PID调节饱和电抗器控制电流Ik的大小，进而保证稳流系统的平稳供电。
  其调节过程如下：
  当由于电网波动或电解负载变化造成单整流机组直流输出Id分（If分）降低，因给定电流Ig分不变，则ΔI=（Ig分- If分）变大，从而导致晶闸管IGBT的导通角α减小，饱和电抗器的控制电流Ik减小，单台整流机组直流输出电流Id增大，从而机组输出电流不变。
（2）在稳流系统处于闭环状态，即整流机组总电流稳流调节时。单台机组的稳流调节和开环时候的调节方式一样。但其给定电流Ig分不再是固定值。
在闭环系统中，所有整流机组输出的直流电流Id总经电流变送器作为反馈电流If总参与上位机的PID计算。人为地通过上位机进行系统直流总电流给定，总调PLC将总给定电流Ig总与反馈电流If总进行比较和PID计算，向单台整流机组PLC输出变值Ig分，将单台机组给定电流Ig分输出到直流调速装置的速度环作为给定电流，而单台机组输出的直流电流Id分经过电流变送器作为分机组反馈电流If分参与速度环的比较，其差值经过速度环内置的PID计算输入到直流调速装置内置的电流限幅装置，再输出到电流环作为给定电流。电流环以装置工作电流为反馈电流，当电网波动时，可以通过PID调节饱和电抗器控制电流Ik的大小，进而保证稳流系统的平稳供电。

Claims (1)

1. 一种平稳可靠的铝电解行业整流所稳流系统，包括总调节PLC、单台整流机组PLC、直流调速装置、1#至n#整流机组、单台整流机组电流传感器、整流输出总电流传感器、单台整流机组电流变送器、整流输出总电流变送器及连接线路，总调节PLC连接单台整流机组PLC，1#至n#整流机组与单台整流机组电流传感器和整流输出总电流传感器连接，整流输出总电流传感器经过总电流变送器与总调节PLC连接，其特征在于单台整流机组PLC 与1#至n#整流机组之间设置直流调速装置，直流调速装置内置速度环和电流环，在速度环和电流环中均内置有PID调节，为双环双PID调节，电流环中的PID连接晶闸管，晶闸管的另一端连接1#至n#整流机组，电流环还连接一个电网电流采集处理器，单台整流机组电流传感器通过单台整流机组电流变送器与速度环连接。
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