专利名称：一种电解铝稳流控制的方法
技术领域：
本发明涉及一种电解铝稳流控制方法，属于化工和冶金用低压大电流整流设备控制领域。
背景技术：
电解铝是一种重要的工业负荷，连续不断的供给直流电才能保证铝液的正常生产。电解铝中，阳极效应能引起系列电流大幅度波动；若无稳流措施，铝液面会出现振摆，易造成极间短路。电解铝的主要关键技术包括大型预焙电解槽技术、超浓相输送技术和供电整流技术，而自动稳流控制技术是供电整流技术的核心，稳流控制的精度直接影响到电解生产工艺技术水平的高低。所以，保证直流电流的平稳度既能增加电解铝产量，也能提高电流效率、降低吨铝电耗。
由于电解铝生产所需的直流电流较大，单台机组一般无法完成供给，同时单台机组供电也存在电流波动大的问题，因此一般采用多机组构成更多脉波直流并联输出供电。每机组2台整流柜各6脉波单独调节自己的细调元件，保证各自的直流电流及系列总电流的平稳输出。目前的整流方案有两种，一种是二极管整流器，一种是晶闸管整流器。在电流控制精度方面，后者有着显著的优越性。但考虑到电解铝厂的直流用电负荷大且集中，是很大的谐波源，而且自然功率因数仅为0.86左右，特别是深控时更加严重。如不进行很好地治理，对电力系统特别是自备电厂影响较大，所以采用晶闸管整流的同时，仍采用较多级数的有载调压变压器。但是关于有载调压变压器的控制，长期以来都是靠经验调节，当阳极效应等特殊工况发生时，有载调压变压器的调节总是滞后的。而直接导致稳流控制系统响应速度慢，调节性能不好的原因是缺乏对有载调压变压器分接头切换与晶闸管触发角协调控制的研究。
发明内容
为了解决现有电解铝稳流控制系统响应速度慢，调节性能不好，而导致电解铝能耗过高、经济效益较低等问题，本发明提供了一种可以提高稳流精度和响应速度的电解铝稳流控制方法。为了解决上述问题，本方案所采取的技术方案是，一种电解铝稳流控制的方法，包括以下步骤:步骤(1)，在电解槽发生阳极效应或发电机组处于故障、维修的工况下时，首先判断系列电流的实际测量值与设定值的偏差是否超过预先设定的阈值:当结果为是，则优先调节有载调压变压器分接头，直到上述的偏差小于阈值，进入步骤(2);当结果为否，则直接进入步骤(2)；步骤(2)，判断发电机组中的晶闸管触发角是否处于线性区，进行如下处理:A、若此时晶闸管触发角处于线性区，则调节晶闸管触发角，直至阳极效应或故障消失；
B、若此时晶闸管触发角处于截止区或饱和区，则调节有载调压变压器分接头，直至晶闸管触发角处于线性区，返回步骤A。在所述的步骤(I)中调节有载调压变压器分接头的具体方法如下:当Λ I > O且I Λ I I > Iset时，调节有载调压变压器分接头，执行降档操作；当Λ I < O且I Λ I I > Iset时，调节有载调压变压器分接头，执行升档操作；其中，Λ I为系列电流的实际测量值与设定值的偏差，Iset为设定的阈值。在所述步骤(2)具体如下:对于晶闸管整流机组，采用晶闸管触发角α作为区分各段的标志，根据晶闸管的熄弧要求确定最小触发角Qniin，根据供电功率因数要求确定最大触发角α_;当Cimin彡a ( Cimax时，触发角处于线性区，调节晶闸管整流机组中的晶闸管触发角，所述触发角调节范围为Qniil^aniax;当晶闸管触发角a < Cimin时，触发角处于截止区，调节有载调压变压器分接头；当a > Cimax时，触发角处于饱和区，调节有载调压变压器分接头。所述的最小触发角0_取5° ,所述的最大触发角0_取12°。在所述的步骤(2)中有载调压变压器分接头调节的具体方法如下:
步骤301，当晶闸管触发角达到上限时，调节有载调压变压器分接头升高一档；当晶闸管触发角达到下限时，调节有载调压变压器分接头降低一档；步骤302，执行完升降档操作后，再继续判断晶闸管触发角所处工作区间，当晶闸管触发角达到上、下限时，返回步骤301，直到晶闸管触发角处于线性区。在步骤(I)中，有载调压变压器分接头调节一档的电压级差小于晶闸管触发角调压深度，晶闸管触发角的调压深度U取值由公式U = Uh-U1获得，其中Uh为晶闸管整流装置触发角为最小触发角CIniin时直流侧电压输出，U1为晶闸管整流装置触发角为最大触发角amax时直流侧电压输出。本发明与现有技术相比较，具有以下优点:1、将触发角的调压范围分段化，给出了 3个工作区间的定义和最大、最小触发角，这样既能满足实际晶闸管整流电路的正常运行的要求，也可以改善整流系统的功率因数，同时对整流设备的参数选取提出了新标准，包括有载调压变压器分接头电压级差、晶闸管调压深度等。2、晶闸管的连续调节，与有载调压变压器分接头的协调控制，有效减少了阳极效应、机组故障等带来的电流突变的影响，在有载调压变压器分接头在约束的动作次数范围内，大大降低了电流波动带来的经济损失。
图1为本发明电解铝稳流控制方法的流程图。图2为本发明系列电流控制与单机组闭环控制的示意图。图3为一台机组退出运行的工况下有载调压变压器有无参与协调控制的对比示意图。图4为电解槽发生阳极效应时电流输出响应的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述。对于晶闸管整流机组，采用晶闸管触发角作为区分各段的标志，根据现场实际情况，将触发角的调压范围分为三段:当a < amin时，触发角处于截止区；当Qmin^ α ( α_时，触发角处于线性区；当α > α_时，触发角处于饱和区。虽然触发角调压变化与触发角并不成线性关系，但可以用触发角的值表征调压所处的范围。触发角一般控制在5° ^12° (实际工况会略有调整)，触发角过大会引起系统谐波电流大及电源利用效率低，过小则难以满足晶闸管熄弧要求，否则会导致换相失败。图1为本发明电解铝稳流控制的流程图，若电解铝供电系统发生阳极效应等时，测量此时的系列电流，得到与设定值的偏差，当偏差大于阈值时，则直接调节有载调压变压器分接头，根据偏差的正负，决定有载调压变压器分接头是升档还是降档。当偏差小于阈值时，将系列电流的偏差平均分配给各个机组，对于单机组稳流控制系统，当触发角处于线性区时，调节晶闸管触发角，直到触发角达到最大限制或最小限制，再判断有载调压变压器分接头是升档还是降档。图2为本发明系列电流控制与单机组闭环控制的示意图，I1, I2,…，In分别为机组1,2,..., η的实际电流值，Iset为系列电流偏差阈值，G1(S), G2(S),..., Gn(S)分别为各单机组的PID控制，α.为晶闸管触发角的最大限制，α-为晶闸管触发角的最小限制，Td为有载调压变压器分接头动作延时。实施例1:一台机组因故障退出运行图3为在一台机组因故障退出运行的工况下，有载调压变压器有无参与协调控制的对比示意图。原来4机组系统有I台机组在&时刻退出运行，若无有载调压变压器参与协调控制，又考虑到晶闸管调节范围的限制，此时每台机组仍维持原来的工作状态，如曲线
I所示。若有载调压变压器参与协调控制，在保证负荷电流300kA不变的条件下，其余3台机组则按原负荷电流300kA运行。此时根据稳流条件，该机组有载调压变压器档位自动升档至与其他机组相同。触发角已经处在截止区，此时有载调压变压器参与动作，通过调节分接头，电流也很快地进入新的工作状态，如曲线2所示。实施例2:电解槽发生阳极效应图4为电解槽发生阳极效应时，电流输出响应的示意图。实施例1中的四机组整流系统，电解槽在h时刻发生阳极效应，电解槽直流电阻瞬间变大，直到t2时刻恢复，槽电阻回到正常值。通过分接头切换控制与触发角控制的配合，直流电流有效地被控制在电流的设定值范围内，直流电流误差较大幅度地减小。以上所述，显示和描述了本发明基本原理、主要特征及优点，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技 术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种电解铝稳流控制的方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤(1)，在电解槽发生阳极效应或发电机组处于故障、维修的工况下时，首先判断系列电流的实际测量值与设定值的偏差是否超过预先设定的阈值: 当结果为是，则优先调节有载调压变压器分接头，直到上述的偏差小于阈值，进入步骤(2);当结果为否，则直接进入步骤(2)； 步骤(2)，判断发电机组中的晶闸管触发角是否处于线性区，进行如下处理: A、若此时晶闸管触发角处于线性区，则调节晶闸管触发角，直至阳极效应 或故障消失； B、若此时晶闸管触发角处于截止区或饱和区，则调节有载调压变压器分接头，直至晶闸管触发角处于线性区，返回步骤A。
2.如权利要求1所述的一种电解铝稳流控制方法，其特征在于，在所述的步骤(I)中调节有载调压变压器分接头的具体方法如下: 当Λ I > O且I Λ 11 > Iset时，调节有载调压变压器分接头，执行降档操作； 当Λ I < O且I Λ 11 > Iset时，调节有载调压变压器分接头，执行升档操作； 其中，Λ I为系列电流的实际测量值与设定值的偏差，Isrt为设定的阈值。
3.如权利要求1所述的一种电解铝稳流控制方`法，其特征在于，所述步骤(2)具体如下: 对于晶闸管整流机组，采用晶闸管触发角α作为区分各段的标志，根据晶闸管的熄弧要求确定最小触发角απ η，根据供电功率因数要求确定最大触发角α_; 当CiminS α < α_时，触发角处于线性区，调节晶闸管整流机组中的晶闸管触发角，所述触发角调节范围为a miIT α max ; 当晶闸管触发角a < amin时，触发角处于截止区，调节有载调压变压器分接头； 当a > Cimax时，触发角处于饱和区，调节有载调压变压器分接头。
4.如权利要求3所述的一种电解铝稳流控制方法，其特征在于:所述的最小触发角0 ^取5°，所述的最大触发角^1_取12°。
5.如权利要求1或3所述的一种电解铝稳流控制方法，其特征在于，在所述的步骤(2)中有载调压变压器分接头调节的具体方法如下: 步骤301，当晶闸管触发角达到上限时，调节有载调压变压器分接头升高一档；当晶闸管触发角达到下限时，调节有载调压变压器分接头降低一档； 步骤302，执行完升降档操作后，再继续判断晶闸管触发角所处工作区间，当晶闸管触发角达到上、下限时，返回步骤301，直到晶闸管触发角处于线性区。
6.如权利要求5所述的有载调压变压器分接头调节方法，其特征在于:在步骤(I)中，有载调压变压器分接头调节一档的电压级差小于晶闸管触发角调压深度，晶闸管触发角的调压深度U取值由公式U = Uh-U1获得，其中Uh为晶闸管整流装置触发角为最小触发角a min时直流侧电压输出，U1为晶闸管整流装置触发角为最大触发角a max时直流侧电压输出。
全文摘要
本发明公开了一种电解铝稳流控制的方法，属于化工和冶金用低压大电流整流设备控制领域。本发明适用于由晶闸管整流装置构成的电解铝供电系统，在阳极效应发生或机组故障、维修等工况下，首先判断系列电流的实际测量值与设定值的偏差是否超过阈值，然后判断触发角是否处于线性区；当触发角处于线性区时，将单机组电流的给定值与实际值的偏差作为小闭环PID控制器的输入，通过调节触发角，实现对直流电流输出的控制；当触发角处于截止区或饱和区时，经过一段时间延迟，调节有载调压变压器的分接头，实现交流侧电压有级调节，间接控制直流电流输出。本发明提供了一种可以提高稳流精度和响应速度的电解铝稳流控制方法。
文档编号C25C3/16GK103103569SQ201310041660
公开日2013年5月15日 申请日期2013年2月4日 优先权日2013年2月4日
发明者刘皓明, 高元, 李栅栅, 黄海萍, 袁晓玲, 杨铭, 许其品, 吴宝秀, 许和平 申请人:河海大学