面向節(jié)能降耗的電熔鎂爐智能閉環(huán)設(shè)定控制方法研究

電熔鎂砂具有熔點(diǎn)高、抗氧化、絕緣性強(qiáng)等特性，是生產(chǎn)耐火材料的主要原料。電熔鎂爐是生產(chǎn)電熔鎂砂的關(guān)鍵設(shè)備，熔煉過(guò)程通過(guò)調(diào)整電熔鎂爐三相電極與熔池液面之間的位置來(lái)控制三相電極電流，通過(guò)電弧放熱使?fàn)t內(nèi)菱鎂礦石熔化形成熔液，熔液再經(jīng)過(guò)冷卻結(jié)晶后生成電熔鎂砂成品。電熔鎂爐熔煉過(guò)程是一個(gè)具有原料物理化學(xué)反應(yīng)的氣液固多相共存的批次過(guò)程。由于運(yùn)行指標(biāo)單噸能耗在熔煉結(jié)束后才能測(cè)得，加上熔煉過(guò)程的物質(zhì)變化機(jī)理不清，難以建立動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，難以采用基于模型的方法給出電流優(yōu)化設(shè)定值。本項(xiàng)目針對(duì)電熔鎂爐熔煉過(guò)程的優(yōu)化設(shè)定問(wèn)題，首先開(kāi)展了三相電極電流值智能閉環(huán)設(shè)定控制策略研究，提出了一種由電流預(yù)設(shè)定模塊、單噸能耗預(yù)報(bào)模塊、電流預(yù)設(shè)定值前饋和反饋補(bǔ)償模塊組成的電熔鎂爐智能閉環(huán)設(shè)定控制策略；其次針對(duì)智能閉環(huán)設(shè)定控制策略的各組成模塊，提出了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的三相電極電流預(yù)設(shè)定算法、基于規(guī)則推理的多PI三相電極電流設(shè)定值前饋和基于迭代學(xué)習(xí)的反饋補(bǔ)償算法，并建立了數(shù)據(jù)和機(jī)理相集合的單噸能耗混合預(yù)報(bào)模型，實(shí)現(xiàn)了電流值的閉環(huán)設(shè)定；同時(shí)，本項(xiàng)目還開(kāi)展了單噸能耗目標(biāo)值決策方法的研究，提出了不同工況的單噸能耗目標(biāo)值智能決策方法，為實(shí)現(xiàn)三相電極電流閉環(huán)設(shè)定提供了前提條件。最后，本項(xiàng)目利用依托單位所開(kāi)發(fā)的電熔鎂爐半實(shí)物仿真平臺(tái)對(duì)所提出的控制策略和算法的進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，并基于遼寧省大石橋市某電熔鎂砂生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際熔煉過(guò)程，研制了電熔鎂爐智能閉環(huán)設(shè)定控制系統(tǒng)軟硬件原型，進(jìn)行了工業(yè)驗(yàn)證研究。驗(yàn)證結(jié)果表明，本項(xiàng)目所提出的電熔鎂爐智能閉環(huán)設(shè)定控制方法能夠?qū)﹄娏髦颠M(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，并能根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況的變化對(duì)電流設(shè)定值進(jìn)行調(diào)整，使熔煉過(guò)程處于優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的閉環(huán)設(shè)定控制系統(tǒng)在實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，使單噸能耗降低3.2%，產(chǎn)品產(chǎn)量提高2.1%，實(shí)現(xiàn)了熔煉過(guò)程的節(jié)能降耗，并在其他復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的設(shè)定控制中具有推廣價(jià)值。 2100433B

電熔鎂爐是典型的高耗能設(shè)備，熔煉過(guò)程具有多種復(fù)雜動(dòng)態(tài)特性。熔煉過(guò)程能耗與三相電極電流設(shè)定值直接相關(guān)，及時(shí)有效的獲得合適的電流設(shè)定值對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要意義。本項(xiàng)目擬針對(duì)復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境下電熔鎂爐熔煉電流的設(shè)定控制問(wèn)題，開(kāi)展如下研究：1）利用熔煉過(guò)程所能獲得的前饋和反饋信息，采用前饋、反饋、預(yù)報(bào)和補(bǔ)償?shù)然究刂扑枷耄岢鲆环N基于前饋和反饋信息的三相電極電流值智能閉環(huán)設(shè)定控制方法；2）在所提閉環(huán)設(shè)定控制方法基礎(chǔ)上，分析爐內(nèi)電熱轉(zhuǎn)換機(jī)理并結(jié)合過(guò)程數(shù)據(jù)，開(kāi)展單噸能耗預(yù)報(bào)模型研究，用于實(shí)現(xiàn)電流設(shè)定值前饋補(bǔ)償；3）利用人工決策經(jīng)驗(yàn)和過(guò)程數(shù)據(jù)所蘊(yùn)含的工藝知識(shí)，開(kāi)展基于不同工況的單噸能耗目標(biāo)值智能決策方法研究，為實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)設(shè)定提供前提條件；4）以實(shí)際電熔鎂爐為背景，開(kāi)展上述方法的仿真和工業(yè)驗(yàn)證研究。本項(xiàng)目申請(qǐng)將為電熔鎂爐電流值的閉環(huán)設(shè)定提供理論方法，并在其他復(fù)雜工業(yè)過(guò)程的設(shè)定控制中具有推廣價(jià)值。

故障自愈涵蓋了從故障發(fā)生到重新恢復(fù)供電整個(gè)過(guò)程，對(duì)縮短故障停電時(shí)間、提高供電可靠性意義重大。本課題以面向智能配網(wǎng)故障自愈的保護(hù)方法為研究對(duì)象，主要研究故障的快速消除方法、自適應(yīng)重合閘方法、電網(wǎng)區(qū)域自動(dòng)劃分及孤島辨識(shí)方法，具體包括：（1）智能配電網(wǎng)故障建模及故障分析，采用分布智能式結(jié)構(gòu)、基于區(qū)域縱聯(lián)比較原理實(shí)現(xiàn)相間故障快速檢測(cè)隔離的方法；（2）非相間故障自愈方法，包括單相接地全故障電流計(jì)算與補(bǔ)償方法，線路參數(shù)在線計(jì)算與監(jiān)視、斷線故障判斷與定位方法；（3）智能配電網(wǎng)自適應(yīng)重合閘，包括智能配電網(wǎng)重合時(shí)序的確定及實(shí)現(xiàn)方法，基于注入信號(hào)法的瞬時(shí)性和永久性故障識(shí)別原理；（4）基于可達(dá)性矩陣和圖的連通性原理的智能配電網(wǎng)分區(qū)及孤島辨識(shí)方法，對(duì)故障后的電網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)行快速分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)孤島數(shù)量及覆蓋范圍進(jìn)行判斷。為實(shí)現(xiàn)智能配電網(wǎng)快速可靠自愈、提高供電可靠性提供理論依據(jù)和實(shí)現(xiàn)方法。