本發(fā)明涉及用電需量控制技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

電爐廣泛用于煉鋼、熔制玻璃、冶煉有色金屬等領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)和國防軍工中具有重要作用。同時(shí)電爐也是高能耗設(shè)備，通過優(yōu)化控制其供電過程可以提高電能效率、降低電費(fèi)支出，對提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益、實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗具有重要意義。

供電部門對電爐企業(yè)實(shí)行兩部制電價(jià)制度，即電費(fèi)由基本電費(fèi)與電度電費(fèi)兩部分構(gòu)成。電度電費(fèi)即按用電部門實(shí)際耗電度數(shù)計(jì)算的電費(fèi)?；倦娰M(fèi)是按照企業(yè)的最大需量作為計(jì)算電費(fèi)的依據(jù)，在生產(chǎn)前企業(yè)需要與供電部門簽訂合同約定最大用電需量上限，企業(yè)按照該限額每月繳納基本電費(fèi)，并且在生產(chǎn)中企業(yè)的用電負(fù)荷尖峰不能超過該數(shù)值，否則面臨懲罰。

目前電爐企業(yè)采用的用電負(fù)荷控制為單閉環(huán)結(jié)構(gòu)，即根據(jù)電爐工況優(yōu)化確定用電負(fù)荷設(shè)定值，再通過控制器使電爐實(shí)際負(fù)荷跟蹤設(shè)定值，以提高電爐電能效率，并且避免違反最大需量約束。然而，電爐冶金過程受到原料成分變化、設(shè)備持續(xù)磨損或突發(fā)故障、外部環(huán)境溫度變化等外部環(huán)境和內(nèi)部干擾的影響，具有顯著的動(dòng)態(tài)不確定性，導(dǎo)致實(shí)際用電負(fù)荷往往偏離設(shè)定結(jié)果，不僅降低了電能效率，而且會(huì)超出最大需量上限，因此企業(yè)不得不另外安裝最大需量控制器，采取分閘、斷電的方式確保最大需量約束的滿足，進(jìn)一步增加了電爐用電負(fù)荷的波動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)及方法，以保證實(shí)際用電負(fù)荷被控制在設(shè)定值水平上，達(dá)到滿足最大需量約束，提高電爐用電效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：提供一種電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括：離線決策模塊，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)建立冶煉階段以及該冶煉階段下的電爐較優(yōu)用電負(fù)荷數(shù)據(jù)庫；在線優(yōu)化設(shè)定模塊，根據(jù)當(dāng)下的冶煉階段調(diào)用離線決策模塊中對應(yīng)的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值，接收設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋回來的實(shí)際用電負(fù)荷，在線優(yōu)化確定滿足最大需量約束的用電負(fù)荷設(shè)定值；設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊，用于接收在線優(yōu)化設(shè)定模塊下達(dá)滿足最大需量約束的用電負(fù)荷設(shè)定值，接收控制模塊反饋回來的實(shí)際用電負(fù)荷數(shù)據(jù)，以動(dòng)態(tài)調(diào)整電爐的用電負(fù)荷設(shè)定值；控制模塊，用于接收設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊下達(dá)的用電負(fù)荷設(shè)定值，并接收電爐反饋回來的實(shí)際用電負(fù)荷，以實(shí)時(shí)調(diào)整電爐三相電極，將用電負(fù)荷控制在設(shè)定值水平附近。

所述在線優(yōu)化設(shè)定模塊每隔1倍滑差時(shí)段接收所述設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷的平均值。

所述在線優(yōu)化設(shè)定模塊通過在線優(yōu)化確定滿足最大需量約束的用電負(fù)荷設(shè)定值，其中，P_off為離線決策模塊中對應(yīng)該冶煉階段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值；P_high為企業(yè)與供電局約定的最大需量限額；n為常數(shù)，表示n倍的滑差時(shí)段長度等于一個(gè)需量周期；為第i個(gè)滑差時(shí)段設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷。

所述設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊每隔1倍滑差細(xì)分時(shí)段接收控制模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷的平均值，其中，1倍滑差細(xì)分時(shí)段時(shí)間長度等于0.1～0.5倍的滑差時(shí)段。

所述設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊通過動(dòng)態(tài)調(diào)整電爐的用電負(fù)荷設(shè)定值，其中，P_on為在線優(yōu)化設(shè)定模塊確定的滿足最大需量約束的用電負(fù)荷設(shè)定值；為第i個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段接收控制模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷；m為常數(shù)，表示m倍的滑差細(xì)分時(shí)段長度等于一個(gè)滑差時(shí)段；l表示當(dāng)前時(shí)刻正處于某個(gè)滑差時(shí)段中的第l個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段結(jié)束。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：還提供一種電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制方法，采用上述的電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括以下步驟：

(1)在線優(yōu)化設(shè)定模塊根據(jù)當(dāng)前冶煉階段，調(diào)用離線決策模塊中對應(yīng)該冶煉階段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_off；

(2)在線優(yōu)化設(shè)定模塊每隔1倍滑差時(shí)段接收設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷平均值并確定出下一個(gè)滑差時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_on下達(dá)給設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊；

(3)設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊每隔1倍滑差細(xì)分時(shí)段接收控制模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷平均值并確定出下一個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_dy下達(dá)給控制模塊，其中1倍滑差細(xì)分時(shí)段時(shí)間長度等于0.1～0.5倍的滑差時(shí)段；

(4)設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊每隔m個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段計(jì)算出實(shí)際用電負(fù)荷平均值其計(jì)算方式如下：其中，m為常數(shù)，表示m倍的滑差細(xì)分時(shí)段長度等于一個(gè)滑差時(shí)段；l表示當(dāng)前時(shí)刻正處于某個(gè)滑差時(shí)段中的第l個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段結(jié)束；為第i個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段接收控制模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷。

所述步驟(2)中在線優(yōu)化設(shè)定模塊確定出下一個(gè)滑差時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值其中，P_high為企業(yè)與供電局約定的最大需量限額；n為常數(shù)，表示n倍的滑差時(shí)段長度等于一個(gè)需量周期；為第i個(gè)滑差時(shí)段設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷。

所述步驟(3)中設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊確定出下一個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值

有益效果

由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點(diǎn)和積極效果：本發(fā)明根據(jù)電爐實(shí)際用電負(fù)荷閉環(huán)調(diào)整用電負(fù)荷設(shè)定值，再將設(shè)定值下達(dá)給控制器閉環(huán)調(diào)整電爐三相電極升降，即通過一種雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)保證電爐在動(dòng)態(tài)不確定環(huán)境下其實(shí)際用電負(fù)荷也不會(huì)超出最大需量限額，從而降低電爐用電負(fù)荷的波動(dòng)，提高電爐用電效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種實(shí)施例的電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明一種實(shí)施例的滑差時(shí)間分時(shí)段示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明的實(shí)施方式涉及一種電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)，如圖1所示，包括：離線決策模塊，根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)建立冶煉階段以及該冶煉階段下的電爐較優(yōu)用電負(fù)荷數(shù)據(jù)庫；在線優(yōu)化設(shè)定模塊，根據(jù)當(dāng)下的冶煉階段調(diào)用離線決策模塊中對應(yīng)的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值，接收設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋回來的實(shí)際用電負(fù)荷，在線優(yōu)化確定滿足最大需量約束的用電負(fù)荷設(shè)定值；設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊，用于接收在線優(yōu)化設(shè)定模塊下達(dá)滿足最大需量約束的用電負(fù)荷設(shè)定值，接收控制模塊反饋回來的實(shí)際用電負(fù)荷數(shù)據(jù)，以動(dòng)態(tài)調(diào)整電爐的用電負(fù)荷設(shè)定值；控制模塊，用于接收設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊下達(dá)的用電負(fù)荷設(shè)定值，并接收電爐反饋回來的實(shí)際用電負(fù)荷，以實(shí)時(shí)調(diào)整電爐三相電極，將用電負(fù)荷控制在設(shè)定值水平附近。

本實(shí)施方式中離線決策模塊、在線優(yōu)化設(shè)定模塊、設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊可以采用軟件的形式安裝在上位機(jī)中，控制模塊采用可編程邏輯控制器(PLC)實(shí)現(xiàn)，作為下位機(jī)。上位機(jī)與下位機(jī)通過以太網(wǎng)通訊，獲取下位機(jī)收集的電爐實(shí)時(shí)用電負(fù)荷數(shù)據(jù)，下位機(jī)通過I/O模塊采集電量測量儀表檢測到的電極電流、爐前變壓器二次側(cè)電壓以及功率因數(shù)，并進(jìn)一步測算出電爐在每秒的用電負(fù)荷值。

采用上述的電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，包括以下步驟：

(1)在線優(yōu)化設(shè)定模塊根據(jù)當(dāng)前冶煉階段，調(diào)用離線決策模塊中對應(yīng)該冶煉階段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_off；

(2)在線優(yōu)化設(shè)定模塊每隔1倍滑差時(shí)段接收設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷平均值并確定出下一個(gè)滑差時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_on下達(dá)給設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊；其中，在線優(yōu)化設(shè)定模塊確定出下一個(gè)滑差時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_high為企業(yè)與供電局約定的最大需量限額；n為常數(shù)，表示n倍的滑差時(shí)段長度等于一個(gè)需量周期；為第i個(gè)滑差時(shí)段設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷；

(3)設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊每隔1倍滑差細(xì)分時(shí)段接收控制模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷平均值并確定出下一個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_dy下達(dá)給控制模塊，其中1倍滑差細(xì)分時(shí)段時(shí)間長度等于0.1～0.5倍的滑差時(shí)段；其中，設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊確定出下一個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值其中，m為常數(shù)，表示m倍的滑差細(xì)分時(shí)段長度等于一個(gè)滑差時(shí)段；l表示當(dāng)前時(shí)刻正處于某個(gè)滑差時(shí)段中的第l個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段結(jié)束；為第i個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段接收控制模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷。

(4)設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊每隔m個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段計(jì)算出實(shí)際用電負(fù)荷平均值其計(jì)算方式如下：

下面通過一個(gè)具體的實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

如圖2所示，需量周期為15分鐘，滑差時(shí)段為3分鐘，滑差細(xì)分時(shí)段為0.5分鐘。

采用電爐動(dòng)態(tài)需量雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行電爐用電負(fù)荷控制的方法，包括以下步驟：

步驟1：在線優(yōu)化設(shè)定模塊根據(jù)當(dāng)前冶煉時(shí)間，調(diào)用離線決策模塊中對應(yīng)該階段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值P_off；

步驟2：，假設(shè)當(dāng)前時(shí)刻為第18分鐘，在線優(yōu)化設(shè)定模塊恰好間隔3分鐘接收到設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷平均值按照最大需量約束，下一個(gè)滑差時(shí)段平均用電負(fù)荷應(yīng)不大于由此確定出下一個(gè)滑差時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值

步驟3：又假設(shè)當(dāng)前時(shí)刻變?yōu)榈?8分鐘30秒，設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊恰好間隔0.5分鐘，接收到控制模塊反饋來的實(shí)際用電負(fù)荷平均值并確定出下一個(gè)滑差細(xì)分時(shí)段的電爐用電負(fù)荷設(shè)定值下達(dá)給下位機(jī)PLC；

步驟4：又假設(shè)當(dāng)前時(shí)刻變?yōu)榈?1分鐘結(jié)束，設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊計(jì)算實(shí)際用電負(fù)荷平均值其計(jì)算公式如下：

步驟5：下位機(jī)PLC每間隔0.5分鐘，計(jì)算出該滑差細(xì)分時(shí)段的實(shí)際用電負(fù)荷平均值，以反饋給設(shè)定值動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊。