CN106873362A - 一种电炉动态需量双闭环控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电炉动态需量双闭环控制系统及方法，以降低电炉用电负荷的波动，提高电炉用电效率。该系统包括离线决策模块、在线优化设定模块、设定值动态调整模块、控制模块等部分，根据电炉实际用电负荷反馈值闭环调整用电负荷设定值，再将设定值下达给控制器闭环调整电炉三相电极升降，以保证电炉在动态不确定环境下其实际用电负荷被调整在期望水平上。

Description

一种电炉动态需量双闭环控制系统及方法

技术领域

本发明涉及用电需量控制技术领域，特别是涉及一种电炉动态需量双闭环控制系统及方法。

背景技术

电炉广泛用于炼钢、熔制玻璃、冶炼有色金属等领域，在国民经济和国防军工中具有重要作用。同时电炉也是高能耗设备，通过优化控制其供电过程可以提高电能效率、降低电费支出，对提高企业经济效益、实现节能降耗具有重要意义。

供电部门对电炉企业实行两部制电价制度，即电费由基本电费与电度电费两部分构成。电度电费即按用电部门实际耗电度数计算的电费。基本电费是按照企业的最大需量作为计算电费的依据，在生产前企业需要与供电部门签订合同约定最大用电需量上限，企业按照该限额每月缴纳基本电费，并且在生产中企业的用电负荷尖峰不能超过该数值，否则面临惩罚。

目前电炉企业采用的用电负荷控制为单闭环结构，即根据电炉工况优化确定用电负荷设定值，再通过控制器使电炉实际负荷跟踪设定值，以提高电炉电能效率，并且避免违反最大需量约束。然而，电炉冶金过程受到原料成分变化、设备持续磨损或突发故障、外部环境温度变化等外部环境和内部干扰的影响，具有显著的动态不确定性，导致实际用电负荷往往偏离设定结果，不仅降低了电能效率，而且会超出最大需量上限，因此企业不得不另外安装最大需量控制器，采取分闸、断电的方式确保最大需量约束的满足，进一步增加了电炉用电负荷的波动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电炉动态需量双闭环控制系统及方法，以保证实际用电负荷被控制在设定值水平上，达到满足最大需量约束，提高电炉用电效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电炉动态需量双闭环控制系统，包括：离线决策模块，根据专家经验建立冶炼阶段以及该冶炼阶段下的电炉较优用电负荷数据库；在线优化设定模块，根据当下的冶炼阶段调用离线决策模块中对应的电炉用电负荷设定值，接收设定值动态调整模块反馈回来的实际用电负荷，在线优化确定满足最大需量约束的用电负荷设定值；设定值动态调整模块，用于接收在线优化设定模块下达满足最大需量约束的用电负荷设定值，接收控制模块反馈回来的实际用电负荷数据，以动态调整电炉的用电负荷设定值；控制模块，用于接收设定值动态调整模块下达的用电负荷设定值，并接收电炉反馈回来的实际用电负荷，以实时调整电炉三相电极，将用电负荷控制在设定值水平附近。

所述在线优化设定模块每隔1倍滑差时段接收所述设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷的平均值。

所述在线优化设定模块通过在线优化确定满足最大需量约束的用电负荷设定值，其中，P_off为离线决策模块中对应该冶炼阶段的电炉用电负荷设定值；P_high为企业与供电局约定的最大需量限额；n为常数，表示n倍的滑差时段长度等于一个需量周期；为第i个滑差时段设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷。

所述设定值动态调整模块每隔1倍滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷的平均值，其中，1倍滑差细分时段时间长度等于0.1～0.5倍的滑差时段。

所述设定值动态调整模块通过动态调整电炉的用电负荷设定值，其中，P_on为在线优化设定模块确定的满足最大需量约束的用电负荷设定值；为第i个滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷；m为常数，表示m倍的滑差细分时段长度等于一个滑差时段；l表示当前时刻正处于某个滑差时段中的第l个滑差细分时段结束。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：还提供一种电炉动态需量双闭环控制方法，采用上述的电炉动态需量双闭环控制系统，包括以下步骤：

(1)在线优化设定模块根据当前冶炼阶段，调用离线决策模块中对应该冶炼阶段的电炉用电负荷设定值P_off；

(2)在线优化设定模块每隔1倍滑差时段接收设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷平均值并确定出下一个滑差时段的电炉用电负荷设定值P_on下达给设定值动态调整模块；

(3)设定值动态调整模块每隔1倍滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷平均值并确定出下一个滑差细分时段的电炉用电负荷设定值P_dy下达给控制模块，其中1倍滑差细分时段时间长度等于0.1～0.5倍的滑差时段；

(4)设定值动态调整模块每隔m个滑差细分时段计算出实际用电负荷平均值其计算方式如下：其中，m为常数，表示m倍的滑差细分时段长度等于一个滑差时段；l表示当前时刻正处于某个滑差时段中的第l个滑差细分时段结束；为第i个滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷。

所述步骤(2)中在线优化设定模块确定出下一个滑差时段的电炉用电负荷设定值其中，P_high为企业与供电局约定的最大需量限额；n为常数，表示n倍的滑差时段长度等于一个需量周期；为第i个滑差时段设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷。

所述步骤(3)中设定值动态调整模块确定出下一个滑差细分时段的电炉用电负荷设定值

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明根据电炉实际用电负荷闭环调整用电负荷设定值，再将设定值下达给控制器闭环调整电炉三相电极升降，即通过一种双闭环的控制结构保证电炉在动态不确定环境下其实际用电负荷也不会超出最大需量限额，从而降低电炉用电负荷的波动，提高电炉用电效率。

附图说明

图1是本发明一种实施例的电炉动态需量双闭环控制系统结构框图；

图2是本发明一种实施例的滑差时间分时段示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种电炉动态需量双闭环控制系统，如图1所示，包括：离线决策模块，根据专家经验建立冶炼阶段以及该冶炼阶段下的电炉较优用电负荷数据库；在线优化设定模块，根据当下的冶炼阶段调用离线决策模块中对应的电炉用电负荷设定值，接收设定值动态调整模块反馈回来的实际用电负荷，在线优化确定满足最大需量约束的用电负荷设定值；设定值动态调整模块，用于接收在线优化设定模块下达满足最大需量约束的用电负荷设定值，接收控制模块反馈回来的实际用电负荷数据，以动态调整电炉的用电负荷设定值；控制模块，用于接收设定值动态调整模块下达的用电负荷设定值，并接收电炉反馈回来的实际用电负荷，以实时调整电炉三相电极，将用电负荷控制在设定值水平附近。

本实施方式中离线决策模块、在线优化设定模块、设定值动态调整模块可以采用软件的形式安装在上位机中，控制模块采用可编程逻辑控制器(PLC)实现，作为下位机。上位机与下位机通过以太网通讯，获取下位机收集的电炉实时用电负荷数据，下位机通过I/O模块采集电量测量仪表检测到的电极电流、炉前变压器二次侧电压以及功率因数，并进一步测算出电炉在每秒的用电负荷值。

采用上述的电炉动态需量双闭环控制系统进行控制时，包括以下步骤：

(1)在线优化设定模块根据当前冶炼阶段，调用离线决策模块中对应该冶炼阶段的电炉用电负荷设定值P_off；

(2)在线优化设定模块每隔1倍滑差时段接收设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷平均值并确定出下一个滑差时段的电炉用电负荷设定值P_on下达给设定值动态调整模块；其中，在线优化设定模块确定出下一个滑差时段的电炉用电负荷设定值P_high为企业与供电局约定的最大需量限额；n为常数，表示n倍的滑差时段长度等于一个需量周期；为第i个滑差时段设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷；

(3)设定值动态调整模块每隔1倍滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷平均值并确定出下一个滑差细分时段的电炉用电负荷设定值P_dy下达给控制模块，其中1倍滑差细分时段时间长度等于0.1～0.5倍的滑差时段；其中，设定值动态调整模块确定出下一个滑差细分时段的电炉用电负荷设定值其中，m为常数，表示m倍的滑差细分时段长度等于一个滑差时段；l表示当前时刻正处于某个滑差时段中的第l个滑差细分时段结束；为第i个滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷。

(4)设定值动态调整模块每隔m个滑差细分时段计算出实际用电负荷平均值其计算方式如下：

下面通过一个具体的实施例来进一步说明本发明。

如图2所示，需量周期为15分钟，滑差时段为3分钟，滑差细分时段为0.5分钟。

采用电炉动态需量双闭环控制系统进行电炉用电负荷控制的方法，包括以下步骤：

步骤1：在线优化设定模块根据当前冶炼时间，调用离线决策模块中对应该阶段的电炉用电负荷设定值P_off；

步骤2：，假设当前时刻为第18分钟，在线优化设定模块恰好间隔3分钟接收到设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷平均值按照最大需量约束，下一个滑差时段平均用电负荷应不大于由此确定出下一个滑差时段的电炉用电负荷设定值

步骤3：又假设当前时刻变为第18分钟30秒，设定值动态调整模块恰好间隔0.5分钟，接收到控制模块反馈来的实际用电负荷平均值并确定出下一个滑差细分时段的电炉用电负荷设定值下达给下位机PLC；

步骤4：又假设当前时刻变为第21分钟结束，设定值动态调整模块计算实际用电负荷平均值其计算公式如下：

步骤5：下位机PLC每间隔0.5分钟，计算出该滑差细分时段的实际用电负荷平均值，以反馈给设定值动态调整模块。

Claims (8)

1.一种电炉动态需量双闭环控制系统，其特征在于，包括：离线决策模块，根据专家经验建立冶炼阶段以及该冶炼阶段下的电炉较优用电负荷数据库；在线优化设定模块，根据当下的冶炼阶段调用离线决策模块中对应的电炉用电负荷设定值，接收设定值动态调整模块反馈回来的实际用电负荷，在线优化确定满足最大需量约束的用电负荷设定值；设定值动态调整模块，用于接收在线优化设定模块下达满足最大需量约束的用电负荷设定值，接收控制模块反馈回来的实际用电负荷数据，以动态调整电炉的用电负荷设定值；控制模块，用于接收设定值动态调整模块下达的用电负荷设定值，并接收电炉反馈回来的实际用电负荷，以实时调整电炉三相电极，将用电负荷控制在设定值水平附近。

2.根据权利要求1所述的电炉动态需量双闭环控制系统，其特征在于，所述在线优化设定模块每隔1倍滑差时段接收所述设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷的平均值。

3.根据权利要求1所述的电炉动态需量双闭环控制系统，其特征在于，所述在线优化设定模块通过在线优化确定满足最大需量约束的用电负荷设定值，其中，P_off为离线决策模块中对应该冶炼阶段的电炉用电负荷设定值；P_high为企业与供电局约定的最大需量限额；n为常数，表示n倍的滑差时段长度等于一个需量周期；为第i个滑差时段设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷。

4.根据权利要求2所述的电炉动态需量双闭环控制系统，其特征在于，所述设定值动态调整模块每隔1倍滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷的平均值，其中，1倍滑差细分时段时间长度等于0.1～0.5倍的滑差时段。

5.根据权利要求1所述的电炉动态需量双闭环控制系统，其特征在于，所述设定值动态调整模块通过动态调整电炉的用电负荷设定值，其中，P_on为在线优化设定模块确定的满足最大需量约束的用电负荷设定值；为第i个滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷；m为常数，表示m倍的滑差细分时段长度等于一个滑差时段；l表示当前时刻正处于某个滑差时段中的第l个滑差细分时段结束。

6.一种电炉动态需量双闭环控制方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的电炉动态需量双闭环控制系统，包括以下步骤：

(1)在线优化设定模块根据当前冶炼阶段，调用离线决策模块中对应该冶炼阶段的电炉用电负荷设定值P_off；

(2)在线优化设定模块每隔1倍滑差时段接收设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷平均值并确定出下一个滑差时段的电炉用电负荷设定值P_on下达给设定值动态调整模块；

(3)设定值动态调整模块每隔1倍滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷平均值并确定出下一个滑差细分时段的电炉用电负荷设定值P_dy下达给控制模块，其中1倍滑差细分时段时间长度等于0.1～0.5倍的滑差时段；

(4)设定值动态调整模块每隔m个滑差细分时段计算出实际用电负荷平均值其计算方式如下：其中，m为常数，表示m倍的滑差细分时段长度等于一个滑差时段；l表示当前时刻正处于某个滑差时段中的第l个滑差细分时段结束；为第i个滑差细分时段接收控制模块反馈来的实际用电负荷。

7.根据权利要求6所述的电炉动态需量双闭环控制方法，其特征在于，所述步骤(2)中在线优化设定模块确定出下一个滑差时段的电炉用电负荷设定值其中，P_high为企业与供电局约定的最大需量限额；n为常数，表示n倍的滑差时段长度等于一个需量周期；为第i个滑差时段设定值动态调整模块反馈来的实际用电负荷。

8.根据权利要求6所述的电炉动态需量双闭环控制方法，其特征在于，所述步骤(3)中设定值动态调整模块确定出下一个滑差细分时段的电炉用电负荷设定值 $P_{dy}=\frac{1}{m-l}({\mathrm{mP}}_{on}-\underset{i=1}{\overset{l}{\Σ}}{\stackrel{\‾}{p}}_G(i\left)\right).$