可控硅及电解铝负荷特性在电网稳定中快速降负荷的方法与流程

1.本发明属于电厂供电技术领域，特别是涉及一种可控硅及电解铝负荷特性在电网稳定中快速降负荷的方法。


背景技术：

2.电解铝系统属于高能耗负载，在使用自备电厂直供电相比大网不仅可以减少线路损耗，还可以很大程度降低生产成本及节约能源，所以目前电解铝行业都在探索推广自备电厂对电解铝直供电的运行方式；在大网供电模式下电解铝可控硅整流系统无需考虑负载稳定性，只需满足电解生产工艺要求，所以在应用于自备电厂直供电系统中存在诸多不足；目前常规电解铝可控硅整流装置在直供电系统中不足之处有：电解铝生产工艺对降负荷时间要求不需太快，通常能在2s左右完成降负荷即可，所以在电解铝可控硅降负荷时间参数设定在2s以内，以保证电流平滑降负荷；无法应对直供网系统中600ms以内降负荷要求；常规的电解铝可控硅整流系统快速降负荷引起过度调节（即超调量）不会造成对生产的影响，通常超调量为100%以上；电解铝生产工艺为恒流控制，在常规的控制系统中只需对电解槽进行电流控制，由于电解铝自身生产工艺特性，在生产中会产生电解效应，形成电压突变，由于恒流控制原理，电压突变引起负荷增高，在直供电系统中负荷突变量太大，很容易引起电网频率震荡，严重影响电网安全。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种可控硅及电解铝负荷特性在电网稳定中快速降负荷的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：本发明为一种可控硅及电解铝负荷特性在电网稳定中快速降负荷的方法，步骤如下：s1：调节可控硅整流装置脉冲控制系统电流回路；s2：调节整流装置中直流传感器反馈信号；s3：调节对可控硅整流脉冲控制器pid的设定；s4：调节电解铝效应的负荷控制对电网的稳定。
5.进一步地，s1步骤中，在直供网系统中当接收安稳降负荷命令时，跳过给定积分环节，让调节命令直接进行对脉冲控制器调节。
6.进一步地，s3步骤中，pid的设定步骤如下：
①
.对比例参数p进行调节；
②
.对积分参数i进行调节；
③
.对参数d进行调节。
7.进一步地，参数p设定趋势进行数值减小的微调。
8.进一步地，积分参数i根据参数p数值跟随设定，参数p数值减小，参数i进行数值增加微调。
9.进一步地，参数d配合参数p进行设定，并在超调量超过数值后，将参数d的数值轻微增加。
10.进一步地，在pid中加入前馈信息达成电网控制。
11.进一步地，电网控制为：电网异常时，降负荷时间200 ms～350ms，超调量＜50%；电网正常时，对电解铝生产保持稳定，降负荷时间200 ms～500ms，超调可量0～100%。
12.进一步地，电解铝系列电压根据电解槽启槽数量不断增加，由于系列电流恒定，电压增加对应负荷增大，设定电压统调参数u，其u分四种状态：u1=（0～400v）为第一状态；u2=（400～800v）为第二状态；u3=（800～1200v）为第三状态；u4=（1200～1600v）为第四状态。
13.进一步地，s4步骤中，电网不稳定时，将整流装置可控硅控制角调整，降低稳流深度，使稳流在浅控状态，效应电压的上升，自动降低电解铝系列电流。
14.本发明具有以下有益效果：本发明利用可控硅整流装置具备快速关断的调节功能进行应用，针对可控硅的调节速度快及数字脉冲控制系统优势进行克服负载惰性，加快调节速度减少系统惰性带来的超调量，保障直供网供电系统稳定。
附图说明
15.图1为本发明数控器硬件结构示意图；图2为本发明的常规电解铝降负荷曲线图；图3为本发明的直供网电解铝降负荷曲线图。
具体实施方式
16.请参阅图1-图3所示，本发明为一种可控硅及电解铝负荷特性在电网稳定中快速降负荷的方法。
17.可控硅及电解铝负荷特性在电网稳定中的应用针对电解铝可控硅整流装置可调节性原理进行分析。在电解铝直供网系统中负载其整流变压器与电解槽无法进行调节，只有通过可控硅整流装置进行调节，整个负载的稳定性通过打破传统整流装置调节方法来满足直供网系统的运行要求。
18.直供网要求200ms～600ms快速降负荷要求，传统电解铝整流装置设计在2s左右降负荷，为了加快降负荷速度，研究电解铝降负荷可缩短时间的主要分析通过以下几点可以改变：
1.可控硅整流装置脉冲控制系统电流调节回路可控硅整流装置脉冲控制系统调节系统在自动化设计中，脉冲控制系统调节给定会加入积分环节，通常积分时间设定为800ms左右，在直供网系统中当接收安稳降负荷命令时，跳过给定积分环节，让调节命令直接进行对脉冲控制器调节，此环节可缩短800ms时间。
19.2.整流装置直流传感器反馈信号整流装置自动调节是根据直流传感器反馈信号进行比较，在反馈信号采取中可设定为平均值，也可以设定为瞬时值，在直供网系统中应选择采取瞬时值，因为瞬时值不存在延时性，有效改变调节速度。
20.因电解铝系统负载特殊性，其系统容量大，由于综合型负载因素造成系统惰性较大，在直供网中来自综合型负载抑制突变性。针对系统惰性影响负载稳定性，不能满足快速将负荷要求，又在降负荷过程引起过度调节（超调量），其直接影响直供网安稳控制要求，在寻求突破过程应用以下方法可以解决对系统惰性的处理及超调量控制。
21.3.可控硅整流脉冲控制器pid设计要想克服电解铝负载惰性造成的调节速度及超调量控制，可以通过可控硅脉冲控制系统进行pid参数整定，在直供网中电解铝整流装置脉冲控制系统必须使用数字触发系统及数字pid调节参数，因为模拟的触发系统pid参数设定靠电容及电阻进行调节，调节空间较小及调节精度较差，所以在直供网电解铝整流系统必须使用数字pid调节系统。
22.把模糊控制pid应用于电解铝直供网控制，由于非直供网电解铝只需普通pid控制即可满足控制要求，而普通pid控制在直供网控制中又无法满足控制要求，因为常规pid控制技术对适应能力差，控制对象针对单一负荷变化量及按数学模型匹配。在直供网首次创新尝试模糊pid控制方法，充分利用模糊集合理论的控制方法。特别是在一些大滞后、时变、非线性的复杂系统，无法获得系统的精确的数学模型，而直供网电解铝负荷控对象的也未精确数学模型。在调节中考虑模糊控制器具有pid控制精度高等优点，又兼有模糊控制灵活、适应性强的优点，使直供网运行稳定。
23.调节对模糊控制pid设定方法如下：设定控制调节：分析电解铝系列电压阶段性、电网同步移相角变化性、负荷量调整随机性等因素。主要设定以下推理：电解铝系列大电流低电压时pid控制，电网同步信号移相角变化推理直供网频率不稳定进行设定pid参数，接收安稳控制信号调整d参数控制。
24.根据可控硅电解铝负荷参数及直供网参数实际数据采集统计处理，建立各种统计模型，采用多值逻辑控制模型进行设计。
25.在电解铝直供网系统中安稳对负载要求是：降负荷时间200ms～600ms，超调量＜50%。电解铝整流装置在未考虑超调量的情况下，按常规pid参数进行设定，其测试结果为：降负荷时间200ms，超调量100%。虽然降负荷时间可以满足，但是由于超调过大，还是不能满足直供网安稳控制要求，不利于电网稳定。在对可控硅整流装置脉冲控制系统pid整定的时，不仅要满足安稳控制要求，还不能影响电解铝正常生产工艺，电解铝整流装置对于直供网来说是一个负载，但对于电解槽来说是一个电源，所以既要满足直供网安稳要求，又要兼顾电解槽平稳生产，在对pid参数调整时一定要求进行多组参数进行实验测试，根据参数整定趋势，设定多值逻辑控制模型进行设计，分析pid具体匹配值。
26.比例参数p的调节方法：p参数作用是加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。
常规电解铝脉冲控制系统p参数响应速度及精度已满足安稳要求，由于超调量过大，此时p参数设定趋势应往小的值进行微调，但不宜过大，过大虽然可以降低超调量，但过大容易导致调节时间变慢及电解生产不稳定。
27.积分参数i的调节方法：i参数作用是消除系统的稳态误差。在常规电解铝脉冲系统中i参数还是比较合理，在直供网要根据p参数值进行跟随设定，p参数减小，i参数应往反方向微调，配合p参数观察调节效果。
28.参数d的调节方法：d参数作用是改善系统的动态性能，其主要作用是在响应过程中抑制偏差（超调量）的变化。d参数也要配合p参数进行设定，因测试中降负荷超调量为100%，此时可以把d参数加入，如超调量过大情况下应把d参数轻微调大，抑制部分超调量，也不太过于追求减少超调量，如果太过于控制超调，反而会影响调节速度，延长调节时间。
29.根据电解铝可控硅脉冲控制系统在常规运行中pid参数进行测试，分析当前pid参数控制情况，根据电解铝系列电压阶段性、电网同步移相角变化性、负荷量调整随机性等因素，设定多维变化参数，分析多维控制模式应对以上不同工况进行匹配pid，制定直供网安稳要求又能满足电解铝生产要求参数组控制目标：降负荷时间390ms，超调量＜50%，满足直供网运行要求同时也满足电解铝生产要求。
30.根据500ka系列可控硅设定pid参数经验，电解铝系列电压阶段性参数设计制定，即满足正常电解铝生产目标：静态、动态、效应电压跟随下其稳流效果都优于0.2%，在模糊控制中加入三种前馈信息，其前馈目标为：。在三种前馈信号进行计算交集pid以及设定前馈pid统调参数其原理如下：在此设定电压统调参数u，其u分四种状态，u1=（0～400v）为第一状态；对于电解槽要求调节速度快，接近直供网稳定要，在p参数设定应大,然后根据点解铝负载稳定匹配i参数和dc参数，u2=（400～800v）为第二状态；u3=（800～1200v）为第三状态，u4=（1200～1600v）为第四状态，此状态下电解铝铝负荷较大，负荷增大，p参数应趋附与小值，调节速度宜慢不宜快。
31.从第一阶段到第四阶段过程中，p参数不断往小的变化过程，根据p参数的变化值，寻找各阶段的i参数和d参数值，组态四个阶段的pid信号后，根据前馈系列电压信号变化设定统调参数u，统调参数u用来判断运行于那个阶段的pid参数。例如，现在系列电压为dc700v,前馈信号u自动识别为第二档u2 pid参数组运行，系列电压上升至1000v时，根据前馈信号自动进入u3档运行，电压统调参数u的设定为应对正常生产情况下的调节参数。
32.电网同步移相角变化性参数f，此参数主要应对频率异常情况进行切换，根据控制系统设定同步移相角监测为前馈信号，一旦低于120
°
判断为直供网异常，强制pid参数，即f＜120
°
，根据电压参数u的pid基础上，进行调整p参数和d参数，确保在直供网系统下能快速降负荷，实现调节目标为：降负荷时间200 ms～350ms，超调量＜50%。例如：当前系列电压为1000v，正常情况下应在u3参数运行，突然监测到f信号变化，此时在模糊控制中强制改变u3参数的p参数和d参数，实现降负荷时间310ms，超调可量45%目标值，一旦f参数进入正常值时，f前馈信号消失，pid自动转入u3稳态参数运行。
33.负荷量调整随机性参数设定，在直供网负荷量调整随机性归纳为安稳信号切负荷，此信号判断的前馈信号主要为系列电流a，当a突变量＞5%时，可判断为安稳切负荷，正常情况下系列电流a的调整量为缓慢递增的过程，而调整步长＜1%，所以突变量＞5%时判断
安稳切负荷信号，此时，前馈信号a启动，pid参数自动切换，按直供网目标要求进行，实现降负荷时间310ms，超调可量45%目标值，此判断逻辑为：当a突变量＞5%时，启动a调节参数，当a消失后，自动切换到稳态u参数运行。例如：当前系列电压为1250v，系列电流500ka,常态下在u4参数运行，当系列电流突然变为440ka，此时a参数启动，切换pid参数，切换至快速调节情况下，即强制改变p参数和d参数以达到快速降负荷，降低超调量。
34.跟多值逻辑控制模型设计模糊控制pid参数对直供网电网稳定取得良好的控制成果。
35.4.电解铝效应负荷控制对电网的稳定在直供网系统中其备用容量有限，而电解铝生产工艺存在效应电压，多个效应叠加时负荷增大70mw左右，负荷增加过大容易引起直供网频率不稳定甚至安稳动作，导致电网不稳定，又影响电解安全生产。针对电解铝效应引起负荷不稳定可以通过以下措施进行控制：可将整流装置可控硅控制角调整，降低稳流深度，使稳流在浅控状态，效应电压的上升，自动降低电解铝系列电流，将单系列最高效应电压控制在50v以下，此时负荷最大变动为45mw，完全能满足直供网要求的50mw以内波动。
36.5.结论1、采用高精度及高分辨率电能动态测试仪或用线路故障录波（故障录波由暂态运行调整到稳态运行）。
37.2、监测需要降负荷高压进线，可以实时同步测试降负荷各种数据。
38.3、在降负荷前把电能分析仪安装高压进线端或用线路故障录波（故障录波由暂态运行调整到稳态运行）。监测实时相电流、实时相电流电压，降负荷前通知启动电能动态测试仪，在降负荷时同步对时，提前10秒启动电能分析仪锁定降负荷瞬间数据。
39.根据电能动态测试仪所测试数据或故障录波稳态运行所录波形可以直观分析降负荷瞬间电压值、电流值、有功功率、无功功率、降负荷时间、降负荷超调量、最大值、最小值、平均值等数据。
40.根据采集数据可以有效判断pid参数的调整方向，避免pid参数盲目调整，每次调整pid后进行重复测试，最终确定电解铝直供网中可控硅整流装置稳定运行的参数值。
41.如图1分析，常规电解铝降幅，其降负荷时间在200ms，其超调量为100%，此时pid参数为单纯满足电解铝生产需要进行设定。
42.如图2为改变pid参数设后曲线，横轴为时间轴，纵轴为有功功率，模糊控制pid参数设定测试，最终选此曲线为即满足直供网要求的降负荷时间（350ms）和超调量（50%），又能满足电解铝稳定生产的最佳pid参数设计。