大功率整流供电优化与控制系统的研究与应用

论文摘要

冶炼行业电解过程的关键是节能增效以及整流供电系统的稳定运行，目前大功率整流供电尚未达到完全自动控制、无人值守。本文从实现供电系统自动控制、机组稳流控制以及提高供电整流效率的角度出发，设计开发了大功率整流供电优化与控制系统，该系统包括大功率整流供电全数字闭环控制系统和整流机组智能优化运行系统。从而实现了供电系统全数字自动控制，切实提高了整流效率，降低了电能损耗，确保了电解整流供电系统安全、经济、可靠运行。本文针对大功率整流供电系统设计了全数字闭环控制系统，该系统由上位工控机、PLC和全数字恒流触发控制器组成，采用双闭环结构。外环为系列电流控制环，由上位工控机进行优化控制；内环为单台机组电流闭环控制。其中二极管整流机组经基于PLC的档位控制器自动调节调变档位，可控硅整流机组由档位控制器自动调节调变档位进行粗调，再由全数字恒流触发控制器进行细调，保证稳流精度，确保了整流供电系统安全可靠运行。对于可控硅整流机组采用数字PI进行控制，同时由于变压器档位和可控硅控制角α之间存在耦合关系，设计了一种专家解藕控制来实现变压器档位和可控硅控制角α的协调控制。本文针对供电系统的高维、非线性、约束条件多等特点，设计了基于实时专家智能控制系统的整流机组智能优化运行系统，实时专家系统的知识库包括运行数据、事实、数学模型、启发性知识、元知识五类知识；同时，提出一种基于案例推理和基于规则推理相结合的级进推理控制策略，提高了专家系统的实时性和可靠性。该优化运行系统自动完成系列电流的大闭环控制，在满足电解需电量和功率因素要求的前提下，以尽量提高整流效率、减少供电过程中电能损耗为目标自动选择组合投入的整流机组和各投入机组的最佳电流分配值，由PLC档位控制器与全数字恒流触发控制器进行协调控制，既保证了电解槽系列供电量，又保证了整流供电系统经济运行。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 课题的来源、目的及意义
• 1.2 电解供电系统国内外现状
• 1.3 智能控制的策略及其发展
• 1.4 本文研究的内容
• 1.5 本文章节安排
• 第二章 大功率整流供电系统研究
• 2.1 电解过程工艺简介
• 2.2 大功率整流供电概况
• 2.3 大功率整流装置的研究
• 2.3.1 单台机组主电路
• 2.3.2 系列整流供电系统
• 2.4 大功率晶闸管整流系统特点
• 2.4.1 功率因数
• 2.4.2 单机组控制角与档位的配合
• 2.4.3 多台机组并联特性
• 2.5 本章小结
• 第三章 大功率整流机组智能全数字闭环控制系统
• 3.1 系统原理说明
• 3.2 二极管整流机组闭环控制
• 3.3 晶闸管整流机组闭环控制
• 3.3.1 晶闸管整流机组受控数学模型
• 3.3.2 数字PI控制
• 3.3.3 变压器档位与晶闸管控制角α的协调控制
• 3.4 本章小结
• 第四章 整流机组智能优化运行
• 4.1 引言
• 4.2 整流机组供电优化控制原理
• 4.3 优化控制模型
• 4.3.1 影响整流机组效率的功率损耗
• 4.3.2 整流供电优化控制模型
• 4.4 专家系统
• 4.4.1 专家系统的特点
• 4.4.2 专家系统的结构
• 4.5 专家控制系统的基本原理、结构及分类
• 4.6 实时专家系统特点
• 4.7 优化算法研究
• 4.7.1 基于神经网络自学习机制的优化决策专家系统
• 4.7.2 基于遗传算法的优化
• 4.7.3 基于蚁群算法的优化
• 4.8 整流机组优化运行实时专家系统的设计
• 4.8.1 知识的表示
• 4.8.2 推理机制
• 4.9 本章小结
• 第五章 系统实现及应用效果
• 5.1 开发环境及设计方法
• 5.1.1 开发环境
• 5.1.2 软件设计思想和方法
• 5.2 系统软件结构
• 5.2.1 系统结构
• 5.2.2 软件流程图
• 5.2.3 多线程技术
• 5.3 网络通讯技术
• 5.3.1 DNP3.O规约概述
• 5.3.2 通讯的实现
• 5.3.3 “四遥”功能的实现
• 5.4 专家系统的实现
• 5.4.1 知识库的实现
• 5.4.3 专家引擎类的实现
• 5.5 人机界面
• 5.6 系统应用结果
• 5.6.1 整流机组智能优化运行情况
• 5.6.2 整流电流智能数字化控制运行情况
• 5.7 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果