專利名稱：一種電解鋁穩(wěn)流控制的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解鋁穩(wěn)流控制方法，屬于化工和冶金用低壓大電流整流設(shè)備控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電解鋁是一種重要的工業(yè)負(fù)荷，連續(xù)不斷的供給直流電才能保證鋁液的正常生產(chǎn)。電解鋁中，陽(yáng)極效應(yīng)能引起系列電流大幅度波動(dòng)；若無(wú)穩(wěn)流措施，鋁液面會(huì)出現(xiàn)振擺，易造成極間短路。電解鋁的主要關(guān)鍵技術(shù)包括大型預(yù)焙電解槽技術(shù)、超濃相輸送技術(shù)和供電整流技術(shù)，而自動(dòng)穩(wěn)流控制技術(shù)是供電整流技術(shù)的核心，穩(wěn)流控制的精度直接影響到電解生產(chǎn)工藝技術(shù)水平的高低。所以，保證直流電流的平穩(wěn)度既能增加電解鋁產(chǎn)量，也能提高電流效率、降低噸鋁電耗。

由于電解鋁生產(chǎn)所需的直流電流較大，單臺(tái)機(jī)組一般無(wú)法完成供給，同時(shí)單臺(tái)機(jī)組供電也存在電流波動(dòng)大的問(wèn)題，因此一般采用多機(jī)組構(gòu)成更多脈波直流并聯(lián)輸出供電。每機(jī)組2臺(tái)整流柜各6脈波單獨(dú)調(diào)節(jié)自己的細(xì)調(diào)元件，保證各自的直流電流及系列總電流的平穩(wěn)輸出。目前的整流方案有兩種，一種是二極管整流器，一種是晶閘管整流器。在電流控制精度方面，后者有著顯著的優(yōu)越性。但考慮到電解鋁廠的直流用電負(fù)荷大且集中，是很大的諧波源，而且自然功率因數(shù)僅為0.86左右，特別是深控時(shí)更加嚴(yán)重。如不進(jìn)行很好地治理，對(duì)電力系統(tǒng)特別是自備電廠影響較大，所以采用晶閘管整流的同時(shí)，仍采用較多級(jí)數(shù)的有載調(diào)壓變壓器。但是關(guān)于有載調(diào)壓變壓器的控制，長(zhǎng)期以來(lái)都是靠經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，當(dāng)陽(yáng)極效應(yīng)等特殊工況發(fā)生時(shí)，有載調(diào)壓變壓器的調(diào)節(jié)總是滯后的。而直接導(dǎo)致穩(wěn)流控制系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)性能不好的原因是缺乏對(duì)有載調(diào)壓變壓器分接頭切換與晶閘管觸發(fā)角協(xié)調(diào)控制的研究。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有電解鋁穩(wěn)流控制系統(tǒng)響應(yīng)速度慢，調(diào)節(jié)性能不好，而導(dǎo)致電解鋁能耗過(guò)高、經(jīng)濟(jì)效益較低等問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種可以提高穩(wěn)流精度和響應(yīng)速度的電解鋁穩(wěn)流控制方法。為了解決上述問(wèn)題，本方案所采取的技術(shù)方案是，一種電解鋁穩(wěn)流控制的方法，包括以下步驟:步驟(1)，在電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)或發(fā)電機(jī)組處于故障、維修的工況下時(shí)，首先判斷系列電流的實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值的偏差是否超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值:當(dāng)結(jié)果為是，則優(yōu)先調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，直到上述的偏差小于閾值，進(jìn)入步驟(2);當(dāng)結(jié)果為否，則直接進(jìn)入步驟(2)；步驟(2)，判斷發(fā)電機(jī)組中的晶閘管觸發(fā)角是否處于線性區(qū)，進(jìn)行如下處理:A、若此時(shí)晶閘管觸發(fā)角處于線性區(qū)，則調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角，直至陽(yáng)極效應(yīng)或故障消失；
B、若此時(shí)晶閘管觸發(fā)角處于截止區(qū)或飽和區(qū)，則調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，直至晶閘管觸發(fā)角處于線性區(qū)，返回步驟A。在所述的步驟(I)中調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭的具體方法如下:當(dāng)Λ I > O且I Λ I I > Iset時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，執(zhí)行降檔操作；當(dāng)Λ I < O且I Λ I I > Iset時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，執(zhí)行升檔操作；其中，Λ I為系列電流的實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，Iset為設(shè)定的閾值。在所述步驟(2)具體如下:對(duì)于晶閘管整流機(jī)組，采用晶閘管觸發(fā)角α作為區(qū)分各段的標(biāo)志，根據(jù)晶閘管的熄弧要求確定最小觸發(fā)角Qniin，根據(jù)供電功率因數(shù)要求確定最大觸發(fā)角α_;當(dāng)Cimin彡a ( Cimax時(shí)，觸發(fā)角處于線性區(qū)，調(diào)節(jié)晶閘管整流機(jī)組中的晶閘管觸發(fā)角，所述觸發(fā)角調(diào)節(jié)范圍為Qniil^aniax;當(dāng)晶閘管觸發(fā)角a < Cimin時(shí)，觸發(fā)角處于截止區(qū)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭；當(dāng)a > Cimax時(shí)，觸發(fā)角處于飽和區(qū)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭。所述的最小觸發(fā)角0_取5° ,所述的最大觸發(fā)角0_取12°。在所述的步驟(2)中有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)的具體方法如下:
步驟301，當(dāng)晶閘管觸發(fā)角達(dá)到上限時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭升高一檔；當(dāng)晶閘管觸發(fā)角達(dá)到下限時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭降低一檔；步驟302，執(zhí)行完升降檔操作后，再繼續(xù)判斷晶閘管觸發(fā)角所處工作區(qū)間，當(dāng)晶閘管觸發(fā)角達(dá)到上、下限時(shí)，返回步驟301，直到晶閘管觸發(fā)角處于線性區(qū)。在步驟(I)中，有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)一檔的電壓級(jí)差小于晶閘管觸發(fā)角調(diào)壓深度，晶閘管觸發(fā)角的調(diào)壓深度U取值由公式U = Uh-U1獲得，其中Uh為晶閘管整流裝置觸發(fā)角為最小觸發(fā)角CIniin時(shí)直流側(cè)電壓輸出，U1為晶閘管整流裝置觸發(fā)角為最大觸發(fā)角amax時(shí)直流側(cè)電壓輸出。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下優(yōu)點(diǎn):1、將觸發(fā)角的調(diào)壓范圍分段化，給出了 3個(gè)工作區(qū)間的定義和最大、最小觸發(fā)角，這樣既能滿足實(shí)際晶閘管整流電路的正常運(yùn)行的要求，也可以改善整流系統(tǒng)的功率因數(shù)，同時(shí)對(duì)整流設(shè)備的參數(shù)選取提出了新標(biāo)準(zhǔn)，包括有載調(diào)壓變壓器分接頭電壓級(jí)差、晶閘管調(diào)壓深度等。2、晶閘管的連續(xù)調(diào)節(jié)，與有載調(diào)壓變壓器分接頭的協(xié)調(diào)控制，有效減少了陽(yáng)極效應(yīng)、機(jī)組故障等帶來(lái)的電流突變的影響，在有載調(diào)壓變壓器分接頭在約束的動(dòng)作次數(shù)范圍內(nèi)，大大降低了電流波動(dòng)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。


圖1為本發(fā)明電解鋁穩(wěn)流控制方法的流程圖。圖2為本發(fā)明系列電流控制與單機(jī)組閉環(huán)控制的示意圖。圖3為一臺(tái)機(jī)組退出運(yùn)行的工況下有載調(diào)壓變壓器有無(wú)參與協(xié)調(diào)控制的對(duì)比示意圖。圖4為電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)電流輸出響應(yīng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。對(duì)于晶閘管整流機(jī)組，采用晶閘管觸發(fā)角作為區(qū)分各段的標(biāo)志，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將觸發(fā)角的調(diào)壓范圍分為三段:當(dāng)a < amin時(shí)，觸發(fā)角處于截止區(qū)；當(dāng)Qmin^ α ( α_時(shí)，觸發(fā)角處于線性區(qū)；當(dāng)α > α_時(shí)，觸發(fā)角處于飽和區(qū)。雖然觸發(fā)角調(diào)壓變化與觸發(fā)角并不成線性關(guān)系，但可以用觸發(fā)角的值表征調(diào)壓所處的范圍。觸發(fā)角一般控制在5° ^12° (實(shí)際工況會(huì)略有調(diào)整)，觸發(fā)角過(guò)大會(huì)引起系統(tǒng)諧波電流大及電源利用效率低，過(guò)小則難以滿足晶閘管熄弧要求，否則會(huì)導(dǎo)致?lián)Q相失敗。圖1為本發(fā)明電解鋁穩(wěn)流控制的流程圖，若電解鋁供電系統(tǒng)發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)等時(shí)，測(cè)量此時(shí)的系列電流，得到與設(shè)定值的偏差，當(dāng)偏差大于閾值時(shí)，則直接調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，根據(jù)偏差的正負(fù)，決定有載調(diào)壓變壓器分接頭是升檔還是降檔。當(dāng)偏差小于閾值時(shí)，將系列電流的偏差平均分配給各個(gè)機(jī)組，對(duì)于單機(jī)組穩(wěn)流控制系統(tǒng)，當(dāng)觸發(fā)角處于線性區(qū)時(shí)，調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角，直到觸發(fā)角達(dá)到最大限制或最小限制，再判斷有載調(diào)壓變壓器分接頭是升檔還是降檔。圖2為本發(fā)明系列電流控制與單機(jī)組閉環(huán)控制的示意圖，I1, I2,…，In分別為機(jī)組1,2,..., η的實(shí)際電流值，Iset為系列電流偏差閾值，G1(S), G2(S),..., Gn(S)分別為各單機(jī)組的PID控制，α.為晶閘管觸發(fā)角的最大限制，α-為晶閘管觸發(fā)角的最小限制，Td為有載調(diào)壓變壓器分接頭動(dòng)作延時(shí)。實(shí)施例1:一臺(tái)機(jī)組因故障退出運(yùn)行圖3為在一臺(tái)機(jī)組因故障退出運(yùn)行的工況下，有載調(diào)壓變壓器有無(wú)參與協(xié)調(diào)控制的對(duì)比示意圖。原來(lái)4機(jī)組系統(tǒng)有I臺(tái)機(jī)組在&時(shí)刻退出運(yùn)行，若無(wú)有載調(diào)壓變壓器參與協(xié)調(diào)控制，又考慮到晶閘管調(diào)節(jié)范圍的限制，此時(shí)每臺(tái)機(jī)組仍維持原來(lái)的工作狀態(tài)，如曲線
I所示。若有載調(diào)壓變壓器參與協(xié)調(diào)控制，在保證負(fù)荷電流300kA不變的條件下，其余3臺(tái)機(jī)組則按原負(fù)荷電流300kA運(yùn)行。此時(shí)根據(jù)穩(wěn)流條件，該機(jī)組有載調(diào)壓變壓器檔位自動(dòng)升檔至與其他機(jī)組相同。觸發(fā)角已經(jīng)處在截止區(qū)，此時(shí)有載調(diào)壓變壓器參與動(dòng)作，通過(guò)調(diào)節(jié)分接頭，電流也很快地進(jìn)入新的工作狀態(tài)，如曲線2所示。實(shí)施例2:電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)圖4為電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)時(shí)，電流輸出響應(yīng)的示意圖。實(shí)施例1中的四機(jī)組整流系統(tǒng)，電解槽在h時(shí)刻發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)，電解槽直流電阻瞬間變大，直到t2時(shí)刻恢復(fù)，槽電阻回到正常值。通過(guò)分接頭切換控制與觸發(fā)角控制的配合，直流電流有效地被控制在電流的設(shè)定值范圍內(nèi)，直流電流誤差較大幅度地減小。以上所述，顯示和描述了本發(fā)明基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技 術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電解鋁穩(wěn)流控制的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟(1)，在電解槽發(fā)生陽(yáng)極效應(yīng)或發(fā)電機(jī)組處于故障、維修的工況下時(shí)，首先判斷系列電流的實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值的偏差是否超過(guò)預(yù)先設(shè)定的閾值: 當(dāng)結(jié)果為是，則優(yōu)先調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，直到上述的偏差小于閾值，進(jìn)入步驟(2);當(dāng)結(jié)果為否，則直接進(jìn)入步驟(2)； 步驟(2)，判斷發(fā)電機(jī)組中的晶閘管觸發(fā)角是否處于線性區(qū)，進(jìn)行如下處理: A、若此時(shí)晶閘管觸發(fā)角處于線性區(qū)，則調(diào)節(jié)晶閘管觸發(fā)角，直至陽(yáng)極效應(yīng) 或故障消失； B、若此時(shí)晶閘管觸發(fā)角處于截止區(qū)或飽和區(qū)，則調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，直至晶閘管觸發(fā)角處于線性區(qū)，返回步驟A。
2.如權(quán)利要求1所述的一種電解鋁穩(wěn)流控制方法，其特征在于，在所述的步驟(I)中調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭的具體方法如下: 當(dāng)Λ I > O且I Λ 11 > Iset時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，執(zhí)行降檔操作； 當(dāng)Λ I < O且I Λ 11 > Iset時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭，執(zhí)行升檔操作； 其中，Λ I為系列電流的實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值的偏差，Isrt為設(shè)定的閾值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種電解鋁穩(wěn)流控制方`法，其特征在于，所述步驟(2)具體如下: 對(duì)于晶閘管整流機(jī)組，采用晶閘管觸發(fā)角α作為區(qū)分各段的標(biāo)志，根據(jù)晶閘管的熄弧要求確定最小觸發(fā)角απ η，根據(jù)供電功率因數(shù)要求確定最大觸發(fā)角α_; 當(dāng)CiminS α < α_時(shí)，觸發(fā)角處于線性區(qū)，調(diào)節(jié)晶閘管整流機(jī)組中的晶閘管觸發(fā)角，所述觸發(fā)角調(diào)節(jié)范圍為a miIT α max ; 當(dāng)晶閘管觸發(fā)角a < amin時(shí)，觸發(fā)角處于截止區(qū)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭； 當(dāng)a > Cimax時(shí)，觸發(fā)角處于飽和區(qū)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭。
4.如權(quán)利要求3所述的一種電解鋁穩(wěn)流控制方法，其特征在于:所述的最小觸發(fā)角0 ^取5°，所述的最大觸發(fā)角^1_取12°。
5.如權(quán)利要求1或3所述的一種電解鋁穩(wěn)流控制方法，其特征在于，在所述的步驟(2)中有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)的具體方法如下: 步驟301，當(dāng)晶閘管觸發(fā)角達(dá)到上限時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭升高一檔；當(dāng)晶閘管觸發(fā)角達(dá)到下限時(shí)，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭降低一檔； 步驟302，執(zhí)行完升降檔操作后，再繼續(xù)判斷晶閘管觸發(fā)角所處工作區(qū)間，當(dāng)晶閘管觸發(fā)角達(dá)到上、下限時(shí)，返回步驟301，直到晶閘管觸發(fā)角處于線性區(qū)。
6.如權(quán)利要求5所述的有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)方法，其特征在于:在步驟(I)中，有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)一檔的電壓級(jí)差小于晶閘管觸發(fā)角調(diào)壓深度，晶閘管觸發(fā)角的調(diào)壓深度U取值由公式U = Uh-U1獲得，其中Uh為晶閘管整流裝置觸發(fā)角為最小觸發(fā)角a min時(shí)直流側(cè)電壓輸出，U1為晶閘管整流裝置觸發(fā)角為最大觸發(fā)角a max時(shí)直流側(cè)電壓輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種電解鋁穩(wěn)流控制的方法，屬于化工和冶金用低壓大電流整流設(shè)備控制領(lǐng)域。本發(fā)明適用于由晶閘管整流裝置構(gòu)成的電解鋁供電系統(tǒng)，在陽(yáng)極效應(yīng)發(fā)生或機(jī)組故障、維修等工況下，首先判斷系列電流的實(shí)際測(cè)量值與設(shè)定值的偏差是否超過(guò)閾值，然后判斷觸發(fā)角是否處于線性區(qū)；當(dāng)觸發(fā)角處于線性區(qū)時(shí)，將單機(jī)組電流的給定值與實(shí)際值的偏差作為小閉環(huán)PID控制器的輸入，通過(guò)調(diào)節(jié)觸發(fā)角，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電流輸出的控制；當(dāng)觸發(fā)角處于截止區(qū)或飽和區(qū)時(shí)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間延遲，調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器的分接頭，實(shí)現(xiàn)交流側(cè)電壓有級(jí)調(diào)節(jié)，間接控制直流電流輸出。本發(fā)明提供了一種可以提高穩(wěn)流精度和響應(yīng)速度的電解鋁穩(wěn)流控制方法。
文檔編號(hào)C25C3/16GK103103569SQ201310041660
公開(kāi)日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者劉皓明, 高元, 李柵柵, 黃海萍, 袁曉玲, 楊銘, 許其品, 吳寶秀, 許和平 申請(qǐng)人:河海大學(xué)