直流電弧爐新型整流電源研究

２ 仿真結(jié)果及討論

控制對象直流電弧爐，作為一個復雜的非線性、多因素時變系統(tǒng)，極難抽象出合適的數(shù)學模型用以對真實的物理系統(tǒng)描述，所以，新型整流電源系統(tǒng)擬采用模糊控制器，但基本模糊控制器由于不具有積分環(huán)節(jié)，而且對輸入量的處理是離散而有限的，采用模糊控制的系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)誤差比較大。為了使系統(tǒng)有較好的控制性能，提出了一種多模態(tài)分段控制算法來綜合利用ＰＩ調(diào)節(jié)器與模糊控制器的長處。這樣，可以使系統(tǒng)具有較快的響應速度和抗參數(shù)變化的魯棒性，而且可以對系統(tǒng)實現(xiàn)高精度誤差控制。模糊—ＰＩ控制器結(jié)構(gòu)圖如圖９所示。

由于其中二種控制方式在系統(tǒng)工作過程中是分段切換使用，不會同時出現(xiàn)而相互影響，所以二者可以分別設計和調(diào)試。在從模糊控制模態(tài)向PI模態(tài)切換時，一般都選在誤差語言變量的語言值為“零（ZO）”時。即當e=ZO時，切換至PI控制，用以下PI算法：

其中，kp—比例系數(shù)，KI—積分系數(shù)，U—輸出控制量。

新型整流電源系統(tǒng)設定電壓值VS=700V、電流值IS=100KA和給定無功功率Qhvo=28MVA，控制系統(tǒng)采用模糊—PI控制器。新型整流電源系統(tǒng)輸出的電流、電壓、無功功率以及功率因數(shù)的仿真結(jié)果曲線如圖10(a)(b)所示，新型整流電源與傳統(tǒng)三相全控整流橋運行的對比曲線如圖10(c)所示。

從仿真結(jié)果曲線來看，新型整流電源系統(tǒng)啟動過程中的超調(diào)量小，σ％=9.8%，上升時間ｔｒ和調(diào)節(jié)時間ts都比較短，分別為100步和150步左右，系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后的穩(wěn)態(tài)精度較高，諧波較小，系統(tǒng)運行的平均功率因數(shù)高，cosφ=0.94，閃變Pst≤０．８２％，新型整流電源系統(tǒng)具有較好的性能指標。新型整流電源與傳統(tǒng)三相全控整流橋運行仿真

結(jié)果曲線對比如圖10(C)所示，新型整流電源系統(tǒng)顯著地提高了電網(wǎng)運行的平均功率因數(shù)，降低了無功功率及其波動，減少了閃變。兩種整流電源有關參數(shù)對比情況見表１。

計算機仿真研究結(jié)果表明，新型整流電源與傳統(tǒng)的三相全控整流橋相比具有不少的優(yōu)勢，能達到比傳統(tǒng)整流電源更高的性能指標。主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（１）無功功率及其波動顯著減少，相應的閃變也大大減少。這樣就可以考慮省去SVC裝置。

（２）減少了總的電流、電壓諧波畸變。原因有兩個，一是整流變壓器一次側(cè)的基波電流較小；二是各個半橋的α1≠α2，設α=α1-α2，在α變動20°時，5次諧波移動100°，而７次諧波移動140°，對每次諧波來說，總有一個α1和α2值使這次諧波相抵消。這樣，總的諧波畸變都有所改善。

（３）系統(tǒng)具有較高的運行功率因數(shù)。由于功率因數(shù)較高，新型整流電源的整流變壓器就不需要調(diào)節(jié)電壓的多抽頭轉(zhuǎn)換開關，其設計容量也可適當減少，從而使整流變壓器的成本和維修費用降低。

（４）新型整流電源的過流能力強。這是由于直流電流交替地通過晶閘管和續(xù)流二極管輸出，晶閘管的導通時間是可變的，導通時間越短，其輸出電流可越大。這種過流能力可用于恒無功功率的運行狀態(tài)，以降低閃變；也可用于恒有功功率的工作狀態(tài)或增加直流輸出電流，以提高生產(chǎn)率。

（５）降低了初次投資費用。盡管新型整流電源由于增加了續(xù)流二極管使整流裝置價格增加了20%～25%，但采用新型整流電源后，高壓側(cè)不需要設置SVC裝置，無功功率補償電容減少，諧波濾波電路簡化，以及整流變壓器不需要電壓分檔轉(zhuǎn)換開關，這些使得新型整流電源的總費用顯著降低。另外，在相同的晶閘管配置情況下，新型整流電源可增加直流輸出電流，提高生產(chǎn)率。在保持相同的直流輸出電流和生產(chǎn)率的情況下，可將整流變壓器的容量減少20%，從而進一步降低投資成本。