[发明专利]一种中间包电磁加热电源恒温控制方法

说明书

本发明公开了一种中间包电磁加热电源恒温控制方法，针对采用前级三相整流和后级全桥级联结构的中间包电磁加热电源，分别建立三相电流输入和单相电流输出的数学模型，采用功率和电流的双环控制模式，实现单相负载功率和系统输入输出电流的闭环控制；同时，为抑制变频负载产生的三相输入谐波电流，在输入电流闭环控制中加入谐波抑制控制器，改善输入侧的电能质量；并在系统中加入钢水温度的前馈控制，实现对电磁加热电源输出电流的准确跟踪，实现对钢水的恒温控制，提高钢铁的连铸成材率和生产效率。

技术领域

本发明涉及冶金行业中，用于连铸钢材精炼制备用中间包电磁加热电源的控制方法。。

背景技术

在冶金行业中，中间包通道式感应加热与精炼装备是提升我国连铸钢材的品质，降低能源利用率亟需的关键装备，对于我国国民经济的发展意义重大。连铸中间包钢水加热过程是连铸钢材生产过程中的重要环节，该环节的主要问题是控温与精炼。连铸实践表明，低过热度的恒温浇注对稳定操作和改善铸坯质量起着重要的作用，有助于提高钢材的生产品质，然而在许多连铸运行参数中间，钢水温度或过热度是最不可预测的变量之一，如何控制这个变量是连铸技术追求的目标，而目前唯一的手段是用外部热源来调控钢水的温度。同时，随着现代电力电子技术与功率半导体技术的发展，大功率高效率变频电源被逐渐应用到钢材感应加热技术之中，其中感应加热电源作为电能变换装置起着连接三相电网与感应加热器的作用，既要考虑减少对电网的谐波污染，又要保证输出负载电流的低谐波特性。基于全桥级联多电平变换器结构的拓扑因其模块化，低谐波，高冗余等特性而在中高压电源场合得到广泛关注，该结构能实现交-交变频调幅目的，针对连铸钢材制备用中间包电磁加热系统，如何快速跟踪输入电流、输出电流以及保证钢水负载恒温加热等问题一直是该拓扑在本领域的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种中间包电磁加热电源恒温控制方法，完成对输入、输出电流的快速跟踪以及保证连铸过程中钢水的恒温加热，保证电磁加热电源的稳定可靠工作。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种中间包电磁加热电源恒温控制方法，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；

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。

所述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。

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。