專利名稱：一種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法
技術領域：
本發明涉及ー種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法，屬于化工和冶金用低壓大電流整流系統穩流控制領域。
背景技術：
對于鋁電解行業來說，直流電流的平穩度是影響鋁電解產量的重要因素之一。鋁電解中，陽極效應能引起系列電流大幅度波動；若無穩流措施，鋁液面會出現振擺，易造成極間短路。為正常生產，必須加大電解槽極距，結果導致槽電壓上升、電耗增多、槽溫過高和電流效率降低等不良局面發生，穩流控制就成了鋁冶煉中不可缺少的重要環節，而長期倍受關注。因此，研究鋁電解過程中系列電流的穩流控制是當前鋁電解行業供電系統中值得研究的ー個重要課題。 電解鋁整流系統的調壓方式主要有大功率ニ極管整流機組調壓方式和大功率晶閘管整流機組調壓方式。其中，ニ極管整流機組調壓方式采用有載調壓變壓器進行粗調，自飽和電抗器進行細調；晶閘管整流機組調壓方式采用無載或有載調壓變壓器進行粗調，控制晶閘管導通角進行細調。有載調壓變壓器完成一次分接頭調節接近5s，稱為機械時間延遲，為避免分接頭頻繁切換或是誤動作，往往機械時間延遲再加上一段時間，所以有的有載調壓變壓器完成一次分接頭調節，所需時間為20s-100s，屬于慢動作原件。而自飽和電抗器與晶閘管的調節速度可以達到0.5s以內，目前對于有載調壓變壓器粗調與自飽和電抗器細調的智能自動調壓，還沒有實現無人自動化，有載調壓變壓器的調節由人工調節，為高效可靠地實現整個電解鋁供電系統穩流控制，智能自動調壓就必須有合適的優化控制策略，使得穩流調壓的過程由自飽和電抗器細調來完成，有載調壓變壓器粗調要保證細調有足夠的調壓裕量以維持系列電流的長期穩定運行。
發明內容
為了克服上述現有技術中的不足，本發明提供了ー種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法。本發明的主要技術內容如下
ー種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法，包括自飽和電抗器細調與有載調壓變壓器粗調的智能自動調壓，包括以下步驟
(1)、首先將自飽和電抗器細調的調壓范圍分為三個階段，設自飽和電抗器細調調壓范圍為O-AUmaxJfO-U1電壓范圍設為第一段，稱為升檔段，判斷調壓值處于升檔段時，進行有載調壓變壓器的升檔操作^fU1-U2電壓范圍設為第二段，稱為自由段，判斷調壓值處于自由段時，有載調壓變壓器無升降檔操作JfU2-AUmax電壓范圍設為第三段，稱為降檔段，判斷調壓值處于降檔段時，進行有載調壓變壓器的降檔操作；其中Ui〈U2 ；
(2)、在系列電流發生波動或系列電流給定值更改時，判斷給定值變化量是否小于額定電流Y%，所述Y %由現場實際參數獲得，(a)、若是給定值變化量大于額定電流Y%，則進行以下步驟
(al)、首先進行相應的有載調壓變壓器粗調的操作，所述操作包括升檔與降擋；
(a2)、待自飽和電抗器細調調節時間td并經延時時間Atd后對此時自飽和電抗器細調電壓值所處的區間進行判斷，根據區間進行相應的有載調壓變壓器操作；所述延時時間Atd要大于陽極效應消除的時間；
(a3)、如果自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內時，有載調壓變壓器粗調不操作；如果此時自飽和電抗器細調電壓值仍不處于自由段內，包括處于自飽和電抗器細調的上下限的情況，繼續進行有載調壓變壓器粗調的操作，重復以上al a2過程，直至自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內；
(b)、若是給定值變化量小于額定電流Y%，則進行上述步驟a2 a3的操作。上述步驟I中的自由段的電壓范圍要在有載調壓變壓器正常工作情況下變化一 個檔位所引起的輸出電壓變化量的I. 5倍左右。上述步驟I中的升檔段和降檔段的調壓范圍要可以滿足一次最常見電流波動的調壓范圍。借由上述技術方案，本發明至少具有下列優點
本發明電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制策略可以有效保持系列電流的長期穩定運行，實現系列電流的快速調節，有效減小有載調壓變壓器的動作次數，可實現整個電解鋁供電系統的自動化調節，避免不恰當的人為干預。避免了出現自飽和電抗器細調已達極限而電流未達到給定值，由于有載調壓變壓器粗調緩慢的調節時間造成的系列電流長時間偏離正常工作狀態的情況，進而避免較大的經濟損失，有利于系列電流的長期穩定運行，對于電解鋁生產有著較大的現實經濟意義。同時對電解鋁的供電設備的參數選擇提供了新的參考標準，即有載調壓變壓器每級調壓范圍與自飽和電抗器或晶閘管的調壓范圍的確定要滿足優化控制策略的要求。本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖I為電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法流程圖。圖2為電解鋁供電系統智能自動調壓簡單控制方法效果對比的示意圖。
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所采取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的其具體實施方式
、結構、特征及其功效，詳細說明如后。ー種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法，包括自飽和電抗器細調與有載調壓變壓器粗調的智能自動調壓，包括以下步驟
首先將自飽和電抗器細調的調壓范圍分為三個階段，設自飽和電抗器細調調壓范圍為O-A Umax JfO-U1電壓范圍設為第一段，稱為升檔段；將U1-U2電壓范圍設為第二段，稱為自由段^U2-AUmax電壓范圍設為第三段，稱為降檔段；其中VU2 ;其中自由段的電壓范圍要在有載調壓變壓器正常工作情況下變化一個檔位所引起的輸出電壓變化量的I. 5倍左右。為保證當細調調壓范圍處于自由段且接近U1或U2的情況下，再一次電流波動情況下細調有足夠的調節能力，升檔段和降檔段的調壓范圍要可以滿足一次最常見電流波動的調壓范圍。其中降檔段的調壓范圍要滿足陽極效應情況下的電流調節，因此降檔段的調壓范圍要大于升檔段的調壓范圍。這樣的設置有利于減小有載調壓變壓器的動作次數。如圖I所示，在系列電流發生波動或系列電流給定值更改時，判斷給定值變化量是否小于額定電流Y%，所述Y%由現場實際參數獲得，
I若是給定值變化量大于額定電流Y %，則進行以下步驟
(al)、首先進行相應的有載調壓變壓器粗調的操作，所述操作包括升檔與降擋；
(a2)、待自飽和電抗器細調調節時間td并經延時時間Atd后對此時自飽和電抗器細調電壓值所處的區間進行判斷，根據區間進行相應的有載調壓變壓器操作；所述延時時間Atd要大于陽極效應消除的時間；
(a3)、如果自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內時，有載調壓變壓器粗調不操作；如·果此時自飽和電抗器細調電壓值仍不處于自由段內，包括處于自飽和電抗器細調的上下限的情況，繼續進行有載調壓變壓器粗調的操作，重復以上al a2過程，直至自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內；
2若是給定值變化量小于額定電流Y%，則進行上述步驟a2 a3的操作。實施例I :
在系列電流發生波動的情況下，由于給定值變化量為0，肯定小于額定電流Y%，首先由自飽和電抗器細調對電流進行快速調節，實現系列電流的快速反應，再根據此時自飽和電抗器細調處的調壓范圍決定有載調壓變壓器粗調的動作情況，為防止誤動，判斷有載調壓變壓器粗調是否進行升降檔的操作在經細調調節時間td并經延時時間Atd后進行，延時時間Atd要大于陽極效應消除的時間。當調節過后自飽和電抗器細調范圍處于升檔段，為保證下次電流波動的情況下自飽和電抗器細調有足夠的裕度，有載調壓變壓器粗調進行升檔操作；當調節過后自飽和電抗器細調范圍處于自由段，有載調壓變壓器粗調不動作；當調節過后自飽和電抗器細調范圍處于降檔段，為保證下次電流波動的情況下自飽和電抗器細調有足夠的裕度，有載調壓變壓器粗調進行降檔操作。自由段的設置可以保證在系列電流波動較小且下次電流波動依然有足夠調節能力的情況下，減小有載調壓變壓器粗調不必要的動作。在有載調壓變壓器粗調進行升降檔的過程中，仍保持自飽和電抗器細調的調節能力，有載調壓變壓器粗調的調節過程相對細調非常緩慢，在有載調壓變壓器粗調的調節過程中電壓緩慢變化，對系列電流產生影響，自飽和電抗器細調可以及時響應電流的變化進行快速調節，維持系列電流的長期穩定運行。有載調壓變壓器粗調在完成了一次升檔或降檔的操作后，待自飽和電抗器細調調節時間td并經延時時間Atd后對此時細調電壓值所處的區間進行判斷，如果此時自飽和電抗器細調電壓值仍不處于自由段內，包括處于細調的上下限的情況，繼續進行有載調壓變壓器粗調的升降檔操作。重復以上過程，直至自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內。實施例2:
在綜合自動化監控系統更改系列電流給定值的情況下，以電流給定值的變化量為判斷有載調壓變壓器粗調動作的參考量，如果電流給定值的增大量大于額定電流的Y%，超出自飽和電抗器細調的調節能力，此時直接進行有載調壓變壓器粗調的升檔操作；如果電流給定值的減小量大于額定電流的Y%，超出自飽和電抗器細調的調節能力，此時直接進行有載調壓變壓器粗調的降檔操作。同樣，有載調壓變壓器粗調在完成了一次升檔或降檔的操作后，待自飽和電抗器細調調節時間td并經延時時間Atd后對此時細調電壓值所處的區間進行判斷，如果此時自飽和電抗器細調電壓值仍不處于自由段內，包括處于自飽和電抗器細調的上下限的情況，繼續進行有載調壓變壓器粗調的升降檔操作。重復以上過程，直至自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內。圖2所示為電解鋁供電系統智能自動調壓簡單控制方法效果對比的示意圖。圖中電流隨時間變化曲線I遵循的簡單控制策略為當細調處于極限狀態并持續一定時間后進行有載調壓變壓器的調壓操作。電流隨時間變化曲線2的優化控制方法。在智能自動調壓簡單控制策略中，前一次電流波動調節后，自飽和電抗器細調調壓值已處于臨近極限狀態，在本次電流波動中，因剰余調節能力不足夠調節波動而進行有載調壓變壓器的調節，由于有載調壓變壓器調節時間很長，此時電解鋁整流系統在相當長的一段時間內處于電流不穩定狀態，從而造成較大的經濟損失。而采用優化控制方法，對大部分的電流波動，由于自飽 和電抗器細調有足夠的調節能力，依靠自飽和電抗器細調調壓的快速性，系列電流可很快回歸系統給定值，保持了電流的長期平穩運行。以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍內，當可利用上述掲示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
權利要求
1.ー種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法，其特征在于包括自飽和電抗器細調與有載調壓變壓器粗調的智能自動調壓，包括以下步驟 (1)、首先將自飽和電抗器細調的調壓范圍分為三個階段，設自飽和電抗器細調調壓范圍為O-AUmaxJfo-U1電壓范圍設為第一段，稱為升檔段，判斷調壓值處于升檔段時，進行有載調壓變壓器的升檔操作^fU1-U2電壓范圍設為第二段，稱為自由段，判斷調壓值處于自由段時，有載調壓變壓器無升降檔操作JfU2-AUmax電壓范圍設為第三段，稱為降檔段，判斷調壓值處于降檔段時，進行有載調壓變壓器的降檔操作；其中Ui〈U2 ； (2)、在系列電流發生波動或系列電流給定值更改時，判斷給定值變化量是否小于額定電流Y%，所述Y %由現場實際參數獲得， (a)、若是給定值變化量大于額定電流Y%，則進行以下步驟 (al)、首先進行相應的有載調壓變壓器粗調的操作，所述操作包括升檔與降擋； (a2)、待自飽和電抗器細調調節時間td并經延時時間Atd后對此時自飽和電抗器細調電壓值所處的區間進行判斷，根據區間進行相應的有載調壓變壓器操作；所述延時時間Atd要大于陽極效應消除的時間； (a3)、如果自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內時，有載調壓變壓器粗調不操作；如果此時自飽和電抗器細調電壓值仍不處于自由段內，包括處于自飽和電抗器細調的上下限的情況，繼續進行有載調壓變壓器粗調的操作，重復以上al a2過程，直至自飽和電抗器細調電壓量處于自由段內； (b)、若是給定值變化量小于額定電流Y%，則進行上述步驟a2 a3的操作。
2.根據權利要求I所述的ー種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法，其特征在于所述步驟I中的自由段的電壓范圍要在有載調壓變壓器正常工作情況下變化一個檔位所引起的輸出電壓變化量的I. 5倍左右。
3.根據權利要求I所述的ー種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制方法，其特征在于所述步驟I中的升檔段和降檔段的調壓范圍要可以滿足一次最常見電流波動的調壓范圍。
全文摘要
本發明公開了一種電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制策略，屬于化工和冶金用大電流整流系統穩流控制領域。目前國內外電化學整流電源調壓方式主要采用自飽和電抗器細調與有載調壓變壓器粗調的智能自動調壓，為實現電解鋁系列電流長期平穩運行的目標，自飽和電抗器細調與有載調壓變壓器粗調的智能自動調壓必須進行優化控制。本發明電解鋁供電系統智能自動調壓優化控制策略可以有效保持系列電流的長期穩定運行，實現系列電流的快速調節，有效減小有載調壓變壓器的動作次數，可實現整個電解鋁供電系統的自動化調節，避免不恰當的人為干預。
文檔編號C25C3/20GK102851703SQ201210380090
公開日2013年1月2日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者許其品, 許和平, 楊銘, 仇新宏 申請人:國電南瑞科技股份有限公司