直流电弧炉新型整流电源的研究

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；也可用于恒有功功率的工作状态或增加直流输出电流，以提高生产率。

（５）降低了初次投资费用。尽管新型整流电源由于增加了续流二极管使整流装置价格增加了20%～25%，但采用新型整流电源后，高压侧不需要设置SVC装置，无功功率补偿电容减少，谐波滤波电路简化，以及整流变压器不需要电压分档转换开关，这些使得新型整流电源的总费用显著降低。另外，在相同的晶闸管配置情况下，新型整流电源可增加直流输出电流，提高生产率。在保持相同的直流输出电流和生产率的情况下，可将整流变压器的容量减少20%，从而进一步降低投资成本。