发电机组直供矿热炉模糊控制系统

　　1997年3月唐山钢铁公司热电联产发电机组投入运行，但由于种种原因未能和大电网并网，为节能降耗，公司决定该发电机组直供铁合金矿热炉。这种特殊的供电形式，对于矿热炉负载的稳定性等方面提出了严格的要求，如果负载电流不平衡将会使得发电机组发出的电压不稳，周波发生变化，从而导致铁合金冶炼变压器温度升高，铁损增加，无功功率加大，直接影响铁合金冶炼变压器的使用寿命，也影响矿热炉工况顺行。由于发电机组是属于大惯性系统，要求负载平稳变化，不能有大的波动，否则将会产生发电机组飞车的恶性事故。为了确保发电机组和矿热炉的设备安全，使得用电更加合理，我们引入了模糊控制理论，研制出适用于小型电网或发电机组供电的模糊型矿热炉微机控制系统。

1　供电环境对矿热炉自动控制的影响
　　矿热炉内电极的升降将引起电弧长度及操作电阻的变化，从而改变冶炼电流及入炉功率。其生产工艺要求：首先在融化期要用满负荷给炉子供电，这意味着3根电极插得较深，电极电流较大，炉内温度较高，有利于炉料融化和还原反应；其次要保证炉况和电弧稳定，如果炉况不稳，3个电极的动作频繁，会导致炉料过快下塌，热效率降低，影响产品质量和吨铁电耗指标，并导致炉况恶化；第三要保证三相电流的平衡，如果电流不平衡度过高，变压器铁损增加，电效率降低；第四要保证按负荷曲线冶炼。传统的手动控制是由操作人员调节电极的位置以达到三相电流相对平衡，但由于操作人员技术水平、责任心、反应速度等因素，通常会造成三相电流不平衡或入炉功率减少，致使效率低，3个坩锅不熔通，炉况变差，出铁少，吨铁电耗指标升高。
　　矿热炉是发电机组的唯一负载，发电机组的额定输出功率相对矿热炉的功率冗余度几乎为零，所以不允许大负荷突然加载或卸载，否则可能烧毁发电机或造成飞车事故。相对变化剧烈的矿热炉，发电机组可视为恒定功率的供电设备。因此，在此系统中必须控制矿热炉，使之适合恒定输入功率的特性，即在冶炼工艺允许的情况下，当电压偏高时，电极下降，提高冶炼电流，以达到降低电压的目的；当电压偏低时，提升电极，降低电流，从而保证电压稳定，保证整个系统的正常运行。

2　控制方案
　　由于矿热炉是一个复杂的受控对象，受多种因素的影响，且三相之间相互耦合。经典控制理论不能解决调节过于频繁和高精度控制这对矛盾，控制品质差，易振荡，同时也很难使用数学模型描述发电机组直供矿热炉系统的控制过程。因此，我们决定在该控制系统中采用模糊控制技术。但是，在实际研制过程中我们发现简单的模糊控制器由于没有控制规则和参数调定能力，系统自适应能力有限。故我们在该系统中加入了自组织环节，它能自动在运行过程中对控制器自身的有关参数进行调整，使系统的品质和性能改善，系统的稳定性、精确度大大提高。
2.1自组织模糊控制器
　　矿热炉的生产是连续的，随着生产的进行，熔池中的铁水逐渐增加，配料比、炉温、弧压不断变化，使三相电极上的电流随之剧烈波动。为了保证三相电流平衡，提高电效率，要求电极调节及时准确，而调节过于频繁又是生产工艺和设备所不允许的。发电机组直接供电，也不允许负载的剧烈变化，为了解决这些矛盾，我们设计了自组织模糊控制器，其结构框图如图1所示。

　　为了最大限度地提高程序的运行速度，采用查表法设计模糊控制器。在设计中把三相电流的偏差Ia、Ib、Ic作为模糊控制器的输入，它们的基本论域为[－40A,40A>。选定输入偏差语言变量的论域为Ii=[－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4>，则它们的量化因子均为K1=4／40=0.1。模糊控制器的输出控制量为UA、UB、UC，它们的基本论域为[－50Hz,＋50Hz>(正负号分别表示正转和反转)。输出语言变量的论域为Ui=[－4，－3，－2，－1，0，1，2，3，4>则输出控制量的比例因子K2=50／4=12.5。根据对实践经验的总结和优化可得3个以Ia、Ib、Ic为条件，分别以Ua、Ub、Uc为元素的三维数组即模糊控制表。

[1]  [2]  [3]