[发明专利]一种中间包电磁加热电源恒温控制方法

权利要求书

1.一种中间包电磁加热电源恒温控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于中间包电磁加热电源的基本结构，依据基尔霍夫电压定律、基尔霍夫电流定律，分别建立前级三相整流电路和后级单相逆变电路的微分方程；前级三相整流电路的微分方程表达式如下：

其中，u_sx和i_sx分别为前级三相整流电路的三相交流输入电压和三相交流输入电流，L为前级三相整流电路交流输入侧连接电感值，U_dc为前级三相整流电路直流侧电容电压，s_cx为前级三相整流电路三相输入的等效开关函数；s_x定义为前级三相整流电路每相桥臂的等效开关函数；x＝a,b,c；前级三相整流电路的离散数学模型为：

其中，u_cx(k)表示前级三相整流电路在k时刻的三相交流输入电压，s_cx(k)为k时刻三相输入的等效开关函数，u_sx(k)为k时刻的三相电网电压，和i_sx(k)分别为k时刻前级三相整流电路输入电流的参考值和实际值；T为采样周期；

后级单相逆变电路的离散数学模型为：

其中，u_inv(k)为后级单相逆变电路在k时刻的输出电压，和i_o(k)分别为k时刻后级单相逆变电路输出逆变电流的参考值和实际值；u_o(k)为k时刻的负载电压，L_o和R_o分别为后级单相逆变电路的输出滤波电感和电阻；

2)离散化上述微分方程，得到离散数学模型；

3)基于上述离散数学模型，对前级三相整流电路采用负载功率前馈和输入电流的闭环控制，并在直流侧电容电压的参考值中叠加由输出所产生的电压纹波，通过比例-积分控制降低直流侧电压控制对输入电流控制的影响，抑制输入电流中的谐波分量，提高电网电流的电能质量；针对后级单相逆变电路，采用负载功率和温度双前馈的控制策略，得到输出电流参考值，通过比例-谐振控制实现输出电流的闭环控制，从而达到对输出电流指令的精确跟踪和保证钢水负载恒温的效果。

2.根据权利要求1所述的中间包电磁加热电源恒温控制方法，其特征在于，后级单相逆变电路的微分方程表达式如下：

其中，u_inv为后级单相逆变电路输出电压，L_o和R_o分别为后级单相逆变电路的输出滤波电感和电阻，u_o为负载电压，i_o为负载电流。

3.根据权利要求1所述的中间包电磁加热电源恒温控制方法，其特征在于，对前级三相整流电路采用负载功率前馈和输入电流的闭环控制方法实现过程包括：

1)根据输出负载功率波动量推导得到前级三相整流电路直流侧电容电压的纹波分量Δu，计算出直流侧功率，根据前级三相整流电路的调制原理，推导出该电容电压纹波分量Δu会导致前级三相整流电路输入侧产生谐波电流，通过负载功率计算出该电容电压纹波分量Δu：式中，δ为电压纹波的幅值，ω_o为输出频率，为电压纹波Δu的初相角；

2)将Δu叠加在直流侧电容电压外环控制系统中，实现对电压纹波分量的补偿，并通过比例-积分控制器实现对输入谐波电流的抑制，提高电网侧电能质量。

4.根据权利要求3所述的中间包电磁加热电源恒温控制方法，其特征在于，比例-积分控制器的输出表示为：其中，e_PI为电压闭环PI控制器的输出量，k_p和k_i分别为PI控制器的比例系数和积分系数，为前级三相整流电路直流侧电容电压参考值，u_dc为前级三相整流电路直流侧实际电容电压。

5.根据权利要求1所述的中间包电磁加热电源恒温控制方法，其特征在于，对后级单相逆变电路，采用负载功率和温度双前馈的控制策略的具体实现过程包括：根据负载功率和功率与电流的关系，得到满足系统所需负载功率的输出电流参考值，同时，考虑负载的恒温控制，在该输出电流参考值中叠加温度闭环控制产生的前馈分量，得到最终的输出电流参考值将实际输出电流i_o与其参考值比较，通过电流的闭环控制实现对输出电流i_o的精确跟踪，保证负载在恒温工况下运行。