一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术是一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统及其控制方法。本发明专利技术涉及铝电解设备及其控制技术技术领域，所述系统包括上位机控制系统、现场控制系统、通讯系统和监控与备份系统；本发明专利技术工况下采用7台机组并联输出方式，每台系统装机总量为80kA，实现系统560kA输出，系统输出精度为千分之八，单柜输出精度为千分之一总调PLC接收到上位机的总输出电流设定与总输出直流母线测量的总输出霍尔电流值比较，如输出误差大于千分之八，将进行分调值计算，将计算的分调结果与单机组输出霍尔电流传感器的采样值进行比对后，对单机组输出误差大于千分之一，则将分调值发送给对应机组。并进行实时监控与比对，实现现场控制。实现现场控制。实现现场控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及铝电解设备及其控制技术
，是一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]我国是用铝大国，安全、高效的大规模铝产品制造也因此成为了研究的热点问题之一。随着近年来电解铝使用的电流不断提升，铝电解用电的鲁棒性与系统的可靠性也成为了系统的重要评价指标。一旦输出电流发生大范围波动甚至宕机，会导致铝电解企业蒙受巨大损失。

技术实现思路

[0003]本专利技术为实现高精度、高鲁棒性、高可靠性的560kA直流电以进行铝电解的工业生产，本专利技术提供了一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统及其控制方法，本专利技术提供了以下技术方案：
[0004]一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统，所述系统包括上位机控制系统、现场控制系统、通讯系统和监控与备份系统；
[0005]所述现场控制系统包括总调系统和八个80kA功率容量的单柜控制系统，八个80kA功率容量的单柜控制系统经profibus以星型结构连接，所述现场控制系统采用总调PLC，以总调PLC为中心节点，分别与八个单柜系统连接，所述通讯系统采用以太网交换机；
[0006]上位机控制系统与总调PLC经以太网交换机的LAN接口进行远程通讯与指令下达；
[0007]所述监控与备份系统包括监控备份站1、监控备份站2、GPS接收器和打印机，通过LAN接口进行进行局域网连接，其中，监控备份站1和2接收GPS授时与定位服务，并记录现场控制系统回传的参数，监控备份站1和2为双机热备份且为异地备份，分别控制打印机进行参数记录。
[0008]优选地，所述八个80kA功率容量的单柜控制系统，其中1
‑
7号单柜为工作单柜，8号单柜为备用单柜，当主控PLC判定1
‑
7号单柜处于非正常工作状态时，断开非正常工作单柜并将8号单柜接入，进行故障补位。
[0009]优选地，所述八个80kA功率容量的单柜控制系统的一端挂载在220kV交流母线上，另一端进行直接并联输出，直流母线输出侧安装霍尔电流传感器，并与总调PLC连接。
[0010]优选地，所述单个80kA功率容量的单柜控制系统包括机组整流变压器、A柜、B柜机组输出母线和单机组输出电流传感器，A柜包括A柜控制系统、A柜整流系统和A柜输出电流霍尔传感器；B柜包括B柜控制系统、B柜整流系统和B柜输出电流霍尔传感器；
[0011]机组整流变压器原边线圈使用曲折形连接方式，副边共有四组绕组，分别为正反星形连接方式与正反三角形连接方式输出，正反星形输出两绕组分别与饱和电抗器连接后进入各自整流桥，最后并联形成同相逆并联输出；
[0012]A柜整流系统连接正反星形绕组、B柜整流系统连接正反三角形绕组；A柜输出等效
脉波数为12脉波，B柜输出同样为12脉波，A柜与B柜输出并联后为单机组输出，机组输出等效脉波数为24脉波，各个机组圆边采用曲折形绕组以改变机组输出相位，系统7台机组输出等效脉波数为168脉波。
[0013]优选地，所述A柜与B柜两柜的整流系统采用相同的结构，由六组相接饱和电抗器与三相全桥整流电路构成，六组饱和电抗器的偏移绕组串接后作为负载由控制系统电路供电。
[0014]一种同步梯次替换的机组冗余运行控制方法，首先进行输出电流检测，当电流输出精度大于千分之一，检测PLC后DCDC的输出电压，分段PI切换控制算法快速地调控PLC的输出电压，继而通过控制DC
‑
DC电路的输出电压来控制饱和电抗器偏移绕组中通过的电流值，进而达到控制整流机组输出电流。
[0015]优选地，当单柜控制系统DC
‑
DC变换器输出电压为0～V
conirol
，将输出电压分为N段，在电压段V
M
‑1～V
M
内使用固定参数PI调节器，调节器参数为[P
M I
M
]，N段电压共有N组参数，表示为：[P
1 I1]、[P
2 I2]...[P
M I
M
]...[P
N I
N
]；单柜控制器通过采集控制系统DC
‑
DC变换器输出电压实现输出的快速切换控制。
[0016]优选地，采用电压分段内的固定参数，在不同区间内的PI值迅速切换，实现系统的快速启动并具有更高的启动安全性和稳定性，电流在变负载下的调控也具有更高的响应速度，实现高效的电流调整。
[0017]优选地，当经过3
‑
5个总调PLC的指令周期后，某一机柜仍不能达到千分之一误差以下的电流值输出，则认定该机柜处于非正常工作状态，对该机柜认定故障，发送故障码并进行故障补位流程。
[0018]优选地，首先对8号机柜的冷启动；而后进行故障机柜和8号机柜的同步控制，即进行输出电流的逐步功能替换，每个功能替换周期将故障机柜降输出电流提升10％，同时将补位机柜输出电流提升10％。
[0019]本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术工况下采用7台机组并联输出方式，每台系统装机总量为80kA，实现系统560kA输出，系统输出精度为千分之八，单柜输出精度为千分之一。其输出电流数值、输出精度和响应速度均优于现有技术。
[0021]总调PLC接收到上位机的总输出电流设定与总输出直流母线测量的总输出霍尔电流值比较，如输出误差大于千分之八，将进行分调值计算，将计算的分调结果与单机组输出霍尔电流传感器的采样值进行比对后，对单机组输出误差大于千分之一，则将分调值发送给对应机组。并进行实时监控与比对，实现现场控制。
附图说明
[0022]图1为基于切换控制的560kA铝电解供电系统结构示意图；
[0023]图2为多机组并联输出结构示意图；
[0024]图3为单机组电路结构示意图；
[0025]图4为系统冗余控制流程图；
[0026]图5为系统故障补位流程图；
[0027]图6为系统控制原理图；
[0028]图7为单机组控制原理图；
[0029]图8为单柜切换控制算法原理图。
具体实施方式
[0030]以下结合具体实施例，对本专利技术进行了详细说明。
[0031]具体实施例一：
[0032]根据图1至图8所示，本专利技术提供一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统及其控制方法：
[0033]一种基于切换控制的560kA铝电解供电系统，所述系统包括上位机控制系统、现场控制系统、通讯系统和监控与备份系统；
[0034]所述现场控制系统包括总调系统和八个80kA功率容量的单柜控制系统，八个80kA功率容量的单柜控制系统经profibus以星型结构连接，所述现场控制系统采用总调PLC，以总调PLC为中心节点，分别与八个单柜系统连接，所述通讯系统采用以太网交换机；
[0035]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
I2]...[P
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]...[P
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N
]；单柜控制器通过采集控制系统DC
‑
DC变换器输出电压实现输出的快速切换控制。8.根据权利要求7所述的一种同步梯次替换的机组冗余运行控制方法，其特征是：采用电压分段内的固定参数，在不同区间内的PI值迅速切换，实现系统的快速启动并具有更高的启动安全性和稳定性，电流在变负载下的调控也具有更高的响应速度，实现高效的电流调整。9.根据权利要求6所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：李霄燕，周星健，姜金海，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：