面向节能降耗的电熔镁炉智能闭环设定控制方法研究

电熔镁砂具有熔点高、抗氧化、绝缘性强等特性，是生产耐火材料的主要原料。电熔镁炉是生产电熔镁砂的关键设备，熔炼过程通过调整电熔镁炉三相电极与熔池液面之间的位置来控制三相电极电流，通过电弧放热使炉内菱镁矿石熔化形成熔液，熔液再经过冷却结晶后生成电熔镁砂成品。电熔镁炉熔炼过程是一个具有原料物理化学反应的气液固多相共存的批次过程。由于运行指标单吨能耗在熔炼结束后才能测得，加上熔炼过程的物质变化机理不清，难以建立动态数学模型，难以采用基于模型的方法给出电流优化设定值。本项目针对电熔镁炉熔炼过程的优化设定问题，首先开展了三相电极电流值智能闭环设定控制策略研究，提出了一种由电流预设定模块、单吨能耗预报模块、电流预设定值前馈和反馈补偿模块组成的电熔镁炉智能闭环设定控制策略；其次针对智能闭环设定控制策略的各组成模块，提出了基于数据驱动的三相电极电流预设定算法、基于规则推理的多PI三相电极电流设定值前馈和基于迭代学习的反馈补偿算法，并建立了数据和机理相集合的单吨能耗混合预报模型，实现了电流值的闭环设定；同时，本项目还开展了单吨能耗目标值决策方法的研究，提出了不同工况的单吨能耗目标值智能决策方法，为实现三相电极电流闭环设定提供了前提条件。最后，本项目利用依托单位所开发的电熔镁炉半实物仿真平台对所提出的控制策略和算法的进行了仿真验证，并基于辽宁省大石桥市某电熔镁砂生产企业的实际熔炼过程，研制了电熔镁炉智能闭环设定控制系统软硬件原型，进行了工业验证研究。验证结果表明，本项目所提出的电熔镁炉智能闭环设定控制方法能够对电流值进行优化设定，并能根据实际生产情况的变化对电流设定值进行调整，使熔炼过程处于优化运行状态。本项目开发的闭环设定控制系统在实际工业现场安全稳定运行，使单吨能耗降低3.2%，产品产量提高2.1%，实现了熔炼过程的节能降耗，并在其他复杂工业过程的设定控制中具有推广价值。 2100433B

电熔镁炉是典型的高耗能设备，熔炼过程具有多种复杂动态特性。熔炼过程能耗与三相电极电流设定值直接相关，及时有效的获得合适的电流设定值对实现节能降耗具有重要意义。本项目拟针对复杂动态环境下电熔镁炉熔炼电流的设定控制问题，开展如下研究：1）利用熔炼过程所能获得的前馈和反馈信息，采用前馈、反馈、预报和补偿等基本控制思想，提出一种基于前馈和反馈信息的三相电极电流值智能闭环设定控制方法；2）在所提闭环设定控制方法基础上，分析炉内电热转换机理并结合过程数据，开展单吨能耗预报模型研究，用于实现电流设定值前馈补偿；3）利用人工决策经验和过程数据所蕴含的工艺知识，开展基于不同工况的单吨能耗目标值智能决策方法研究，为实现电流闭环设定提供前提条件；4）以实际电熔镁炉为背景，开展上述方法的仿真和工业验证研究。本项目申请将为电熔镁炉电流值的闭环设定提供理论方法，并在其他复杂工业过程的设定控制中具有推广价值。

故障自愈涵盖了从故障发生到重新恢复供电整个过程，对缩短故障停电时间、提高供电可靠性意义重大。本课题以面向智能配网故障自愈的保护方法为研究对象，主要研究故障的快速消除方法、自适应重合闸方法、电网区域自动划分及孤岛辨识方法，具体包括：（1）智能配电网故障建模及故障分析，采用分布智能式结构、基于区域纵联比较原理实现相间故障快速检测隔离的方法；（2）非相间故障自愈方法，包括单相接地全故障电流计算与补偿方法，线路参数在线计算与监视、断线故障判断与定位方法；（3）智能配电网自适应重合闸，包括智能配电网重合时序的确定及实现方法，基于注入信号法的瞬时性和永久性故障识别原理；（4）基于可达性矩阵和图的连通性原理的智能配电网分区及孤岛辨识方法，对故障后的电网拓扑进行快速分析，在此基础上对孤岛数量及覆盖范围进行判断。为实现智能配电网快速可靠自愈、提高供电可靠性提供理论依据和实现方法。