直流电弧炉新型整流电源的研究

反馈环节及该环节通道中的前馈补偿环节综合使控制信号减少（增大），从而控制触发角α1、α2的增大（减少），使整流装置输出电压降低（升高），控制输出的负载电流减少（增大），直至稳定于给定电流。新型整流电源系统无功功率负反馈环节及其环节通道中的前馈补偿环节也同样，通过控制触发角α1、α2的大小，使无

功功率稳定于给定（预算）的无功功率。新型整流电源系统能做到通过调节触发角α1和α2，同时独立调节电弧电流和无功功率。

整流电源系统还设置了短路封锁环节。在直流电弧炉的运行中，塌料是熔化期频繁发生的正常工况，这种工况对整流装置来说就是直流侧短路。若只有恒流控制环进行调节就会出现深控状态下的过电流输出，若持续时间较长，就有可能损坏整流装置。因此，有必要设置短路封锁环。控制系统判断采样输入的弧流和弧压信号，根据整流装置的输出特性和元器件特性，以及短路运行时的状态，再结合电极位置调节器和炉子本身的情况，选定弧流、弧压及动作延时和信号保持时间的设定值，并根据实际运行状况调整设定值（仿真过程中，设定弧压40V，弧流150kA，延时20ms）。当弧流大于设定值，同时弧压小于设定值时，该环即判断运行处于短路状态，并延时一定时间。若短路状态在延时设定值内消除，则该环不动作，并解除短路识别信号，恢复原态；反之，若短路状态持续时间大于延时设定值，则该环发出一脉冲封锁信号，将触发角α1、α2增至150°，同时给电极调节器一个信号，全速提升电级，保持一定时间后（该时间足以使电极脱离短路状态），触发脉冲自动前移至引弧时的相位。

２ 仿真结果及讨论

控制对象直流电弧炉，作为一个复杂的非线性、多因素时变系统，极难抽象出合适的数学模型用以对真实的物理系统描述，所以，新型整流电源系统拟采用模糊控制器，但基本模糊控制器由于不具有积分环节，而且对输入量的处理是离散而有限的，采用模糊控制的系统中稳态误差比较大。为了使系统有较好的控制性能，提出了一种多模态分段控制算法来综合利用ＰＩ调节器与模糊控制器的长处。这样，可以使系统具有较快的响应速度和抗参数变化的鲁棒性，而且可以对系统实现高精度误差控制。模糊―ＰＩ控制器结构图如图９所示。

由于其中二种控制方式在系统工作过程中是分段切换使用，不会同时出现而相互影响，所以二者可以分别设计和调试。在从模糊控制模态向PI模态切换时，一般都选在误差语言变量的语言值为“零（ZO）”时。即当e=ZO时，切换至PI控制，用以下PI算法：

其中，kp―比例系数，KI―积分系数，U―输出控制量。

新型整流电源系统设定电压值VS=700V、电流值IS=100KA和给定无功功率Qhvo=28MVA，控制系统采用模糊―PI控制器。新型整流电源系统输出的电流、电压、无功功率以及功率因数的仿真结果曲线如图10(a)(b)所示，新型整流电源与传统三相全控整流桥运行的对比曲线如图10(c)所示。

从仿真结果曲线来看，新型整流电源系统启动过程中的超调量小，σ％=9.8%，上升时间ｔｒ和调节时间ts都比较短，分别为100步和150步左右，系统进入稳态后的稳态精度较高，谐波较小，系统运行的平均功率因数高，cosφ=0.94，闪变Pst≤０．８２％，新型整流电源系统具有较好的性能指标。新型整流电源与传统三相全控整流桥运行仿真

结果曲线对比如图10(C)所示，新型整流电源系统显著地提高了电网运行的平均功率因数，降低了无功功率及其波动，减少了闪变。两种整流电源有关参数对比情况见表１。

计算机仿真研究结果表明，新型整流电源与传统的三相全控整流桥相比具有不少的优势，能达到比传统整流电源更高的性能指标。主要表现在以下几个方面：

（１）无功功率及其波动显著减少，相应的闪变也大大减少。这样就可以考虑省去SVC装置。

（２）减少了总的电流、电压谐波畸变。原因有两个，一是整流变压器一次侧的基波电流较小；二是各个半桥的α1≠α2，设α=α1-α2，在α变动20°时，5次谐波移动100°，而７次谐波移动140°，对每次谐波来说，总有一个α1和α2值使这次谐波相抵消。这样，总的谐波畸变都有所改善。

（３）系统具有较高的运行功率因数。由于功率因数较高，新型整流电源的整流变压器就不需要调节电压的多抽头转换开关，其设计容量也可适当减少，从而使整流变压器的成本和维修费用降低。

（４）新型整流电源的过流能力强。这是由于直流电流交替地通过晶闸管和续流二极管输出，晶闸管的导通时间是可变的，导通时间越短，其输出电流可越大。这种过流能力可用于恒无功功率的运行状态，以降低闪变；也可