[发明专利]一种直流电弧炉的电极调节在线实时跟踪控制方法

说明书

本发明属于冶金装备技术领域，涉及一种直流电弧炉的电极调节在线实时跟踪控制方法，通过传感器采集得到弧流反馈值、弧压反馈值和电极立柱位置；根据弧流参考值与采集的弧流反馈值计算弧流差值，然后利用PID调节器控制PWM脉冲发生器控制直流电源装置工作来调节输出电压；根据弧流参考值和弧流差值作差来计算弧压参考值，然后将弧压参考值和动态干扰值求和再与采集的弧压反馈值作差得到弧压差值，再经PID调节器控制伺服阀调节电极立柱的位置和升降速度，进行稳弧控制。本发明实现了直流电弧炉工作时不同工况下弧压与弧流的最佳匹配，达到弧压、弧流在线实时跟踪控制的目的，解决了直流电弧炉工作时的频繁短路、断弧问题起到明显的抑制效果。

技术领域

本发明属于冶金装备技术领域，特别涉及一种直流电弧炉的电极调节在线实时跟踪控制方法。

背景技术

相比钢铁行业传统冶炼设备，直流电弧炉具有低能耗、低电极损耗、高能源转化效率、CO2减排效果明显、动态无功补偿要求低等优点，是未来钢铁行业绿色智能制造的重要生产装备和发展方向。

电极调节自动控制调节系统是直流电弧炉的核心设备，其控制策略和动作灵敏度直接影响冶炼作业效率和企业生产效益，传统直流电弧炉电极升降控制调节系统采用电压闭环、电流闭环分开控制的策略，电极升降控制具体是指如图1所示系统中的顶阴极上升或下降控制，从而控制顶阴极与底阳极的距离变化，进而实现电弧的控制，然而上述控制方法割裂了电弧炉工作时弧压、弧流之间的联系，电极调节系统易出现超调或振荡现象，导致出现频繁短路、断弧现象，影响电弧熔炼的效率和熔炼出的产品质量，且直流电源输出的功率也难以跟踪炉内熔炼工况，无法达到最佳匹配供能状态，为保证达到生产条件需要持续保持大功率输出，造成能源浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流电弧炉的电极调节在线实时跟踪控制方法，充分考虑直流电弧炉工作时不同工况下弧压与弧流的最佳匹配关系，利用电流外环、电压内环的双闭环控制策略来达到电极升降调节实时在线跟踪控制的目的，避免了传统直流电弧炉电极升降控制系统电压、电流双闭环分开控制调节易引起频繁断弧、直流电源输出功率难以跟踪炉内熔炼工况无法达到最佳匹配供能的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

包括以下步骤：

S1：通过传感器采集得到弧流反馈值、弧压反馈值和电极立柱位置；

S2：根据弧流反馈值和预设的弧流参考值计算弧流差值；弧流差值由如下公式得到：

ΔI＝I_set-I_f

其中，I_f为经滤波后得到的弧流反馈值，I_set为预设弧流参考值，ΔI为预设弧流参考值与弧流反馈值之间的弧流差值；

S3：通过PID调节器控制PWM脉冲发生器控制直流电源装置工作来调节输出电压；

S4：根据弧流参考值和弧流差值计算弧压参考值，然后将弧压参考值和动态干扰值求和再与采集的弧压反馈值作差得到弧压差值；

弧压参考值由如下公式得到：

U_ref＝(I_set-ΔI)K

其中，I_set为预设弧流参考值，K为不同冶炼阶段电弧燃烧时弧压、弧流的阻抗匹配系数，U_ref为弧压参考值；

弧压差值可由如下公式得到：

ΔU＝U_d+U_ref-U_f