Спосіб оптимального керування електричним режимом потужного енергоспоживача

Спосіб оптимального керування електричним режимом потужного енергоспоживача, за яким вимірюють струм і напругу в силовому ланцюзі енергоспоживача, перетворюють їх у сигнали, пропорційні обмірюваним параметрам, і подають на модель силового ланцюга, після чого вимірюють на моделі сигнал, що характеризує потужність, порівнюють його з заданим і при наявності неузгодженості змінюють параметри силового ланцюга до усунення неузгодженості, який відрізняється C2 2 (19) 1 3 76551 4 пругу в силовому ланцюзі установки, перетворюту корисної дії ЕТУ. ють їх у сигнали, пропорційні обмірюваним параЗаявлене рішення полягає в тому, щоб при метрам, і подають на модель силового ланцюга, заданому значенні PH(t) в процесі енергоперетвощо має ємність та індуктивність, після чого вимірення електричної енергії в теплоту визначати рюють на моделі сигнал, який характеризує потузнак і величину відхилення потужності Pр(t) від її жність, порівнюють його з заданим і при наявності оптимального значення і змінювати параметри неузгодженості змінюють параметри силового ласилового ланцюга ЕТУ до усунення неузгодженоснцюга до усунення неузгодженості [3]. Візьмемо це ті, підтримуючи Pр(t)=0, а KП(t) max при обмерішення за прототип. женнях U UДОП, I IДОП, d cos b, де IДОП, UДОП В цьому випадку процес управління умовно максимально допустимі значення струму і напруги можна представити трьома тактами: вимірювання в ЕТУ на даному етапі технологічного процесу; d, b в установці - пошук оптимальних уставок на моде- діапазон, в межах якого може дрейфувати зналі - видача управляючих сигналів на об'єкт. В дачення коефіцієнту потужності. ному випадку модель функціонує не синфазно з Підвищення ефективності, що забезпечує мопроцесом і відключається від нього на період пожливість скорочення витрати електроенергії з одшуку оптимальних уставок, що призводить до зниночасним зниженням енергетичних утрат на тону ження швидкодії і появи запізнень. Другим суттєтермооброблюваної продукції буде відбуватися вим недоліком такого рішення є те, що при внаслідок того, що підведена до силового ланцюга управлінні не враховуються зміни потужності тепЕТУ енергія використовується повніше за рахунок лових втрат. постійного підтримання в реальному часі процесу По сукупності суттєвих ознак таке рішення є оптимального погодження між параметрами силонайбільш близьким до заявленого і приймається вого ланцюга джерела енергії і силового ланцюга за прототип. Його недоліком є те, що на період навантаження. Виникаюча при цьому неузгоджевідключень процес стає не керованим, і це привоність Pр(t) із-за неузгодженості між параметрами дить до збільшення тривалості плавки і росту силових ланцюгів джерела енергії і навантаження втрат енергії. визначається з допомогою моделі, а усувається за В основу винаходу поставлена задача розробдопомогою системи автоматичного регулювання ки способу оптимального управління електричним (CAP). режимом потужного енергоспоживача, що забезЗаявлене рішення можна сформулювати тапечує можливість скорочення витрат електроенерким чином. Спосіб оптимального управління елекгії з одночасним зниженням енергетичних утрат на тричним режимом потужного енергоспоживача, тону термооброблюваної продукції. при якому вимірюють струм і напругу в силовому Поставлена задача вирішується за рахунок ланцюзі енергоспоживача, перетворюють їх у сигпроведення процесу по коефіцієнту використання нали, пропорційні обмірюваним параметрам, і попотужності джерела енергії, який підтримується на дають на модель силового ланцюга, після чого оптимальному рівні і дозволяє повніше використовимірюють на моделі сигнал, що характеризує вувати задану потужність джерела енергії. потужність, порівнюють його з заданим і при наявЗаявлений спосіб здійснюється таким чином. ності неузгодженості змінюють параметри силовоВстановлена на даний момент часу t потужність го ланцюга до усунення неузгодженості, який згідджерела енергії РH(t) складається з корисної склано винаходу з допомогою моделі представленої дової PП(t), яка повністю перетворюється в тепло, слідкуючим фільтром на основі коливального конпотужності теплових втрат РПОТ(t), які залежать від туру з ємності і управляємої індуктивності, визнаструму І силового ланцюга установки, і невикорисчається і підтримується по ходу процесу оптиматаної потужності Pр(t), яка виникає за рахунок льне значення коефіцієнта використання відхилення від оптимального режиму по струму на потужності джерела енергії, при якому згасання I і по напрузі на U слідкуючого фільтра підбирають таким чином, щоб РH(t)=Рn(t)+РПОТ(t)+ Pр(t) воно характеризувало утрати в силовому ланцюзі Таким чином для корисної складової потужноенергоспоживача і джерела енергії, а вхідний сигсті можна записати нал пропорційний напрузі перетворюють в частотPП(t)=PH(t)-РПОТ(t)+ Pр(t) но-модульований і подають безпосередньо в коПри відхиленнях від оптимального режиму буливальний контур, змінюють індуктивність де спостерігатись слідкуючого фільтру другим сигналом, пропорційним струму, а із сигналу, що характеризує коефіціPр(t)=I· U+U· I 0 єнт використання потужності джерела енергії і зніДля випадку оптимального електричного ремається з виходу моделі, виділяють складову, що жиму в установці, при якому РП(t)=РП(t)max і Pр(t) характеризує відхилення коефіцієнту використанРП(t)=РП(t)max=РH(t)=Рn(t)-РПОТ(І) ня потужності джерела енергії від її оптимального Але величина РП(t) в якості критерію оптимазначення, детектують цю складову, використовуюльного управління підходить для керування прочи в якості опорного сигнал, пропорційний струму цесом енергоперетворення менше ніж її нормовачи напрузі силового ланцюга, та по виділеному не значення KП(t)=PП(t)/PН(t), оскільки остання відхиленню змінюють параметри силового ланцюможе бути єдиним критерієм на всіх етапах процега енергоспоживача до усунення неузгодженості. су енергоперетворення при різних заданих знаЗазначений технічний результат не можна ченнях PН(t). Фізично KП(t) визначає плинне знаодержати, якщо з приведеної сукупності ознак вичення коефіцієнту використання потужності ключити будь яку. джерела енергії. Фактично KП(t) при деяких умовах Нижче приведено варіант здійснення винахоможе характеризувати плинне значення коефіцієн 5 76551 6 ду, що не виключає інші варіанти в межах формунеться в резонансному стані із-за повної взаємної ли винаходу. компенсації всіх спектральних складових, введеНа Фіг.1 представлена структурна схема, що них в контур 16. Допустимо, електричний режим реалізує пропонований спосіб оптимального енергоспоживача оптимальний і навантаження управління електричним режимом потужного енерблизьке до максимально припустимого. Тоді керогоспоживача; на Фіг.2 - схема моделі, яка викорисваний коливальний контур 16 знаходиться в резотовується для визначення відхилень потужності нансному режимі, якщо фазозрушуючий ланцюг від її оптимального значення по ходу технологічнонормалізатора 6 настроєний таким чином, що сигго процесу. нал, що надходить на вхід 11 моделі, однаковий До джерела 1 енергії (Фіг.1) підключене наванпо амплітудам та фазі з сигналом, що надходить таження 2 у виді силового активно-індуктивнона вхід 13 моделі. При цьому сигнал, що знімаєтьємнісного ланцюга (контуру). Датчики напруги 3 і ся з виходу моделі містить тільки несучу частоту і струму 4 силового ланцюга підключені до входів не містить низькочастотних складових вхідних сигмоделі 5 силового контуру. Оскільки напруга в налів. Його амплітуда максимальна і при даних ньому випереджає струм, так як характер наванумовах процесу характеризує KП(t)max. Якщо роботаження переважно індуктивний, то заміряний сигчий режим ланцюга 20 настройки підібраний з уранал подається на модель 5 через фазозрушуючий хуванням втрат РПОТ(І) в силовому ланцюзі ЕТУ, то ланцюжок (нормалізатор) 6. Останній застосовурезонансні значення амплітуди несучої частоти ється для завдання фазового зрушення й амплітуконтуру 16 будуть вірно характеризувати KП(t)max і дного значення сигналу по напрузі такої величини, при других умовах протікання процесу. Тому для щоб при оптимальному режимі роботи ЕТУ на оптимальних значень режиму ЕТУ на виході детевходи моделі подавалися однакові вхідні сигнали. ктора 7 після фільтрації сигнал, що моделює відВихід моделі 5 через фазочутливий випрямлювач хилення від оптимального режиму Pp(t), рівний 7 з фільтром, підсилювач 8 і виконавчий механізм нулю. Це обумовлено відсутністю зрушень фази в 9 зв'язаний з підстроювальним параметром силоколивальному контурі 16 від її значення при резового контуру 2 (в даному випадку з ємністю коннансному режимі контуру. Оскільки вихідний сигденсаторної батареї). Робота цих блоків відбуванал моделі UM(t) знімається на підсилювач 17 з ється в рамках обраного режиму, що задається з індуктивності L коливального контуру 16, то для допомогою блоку 10 завдання напруги на джерело нього в самому простому випадку (при коефіцієнті 1 енергії. підсилення рівному одиниці) справедливо У моделі (Фіг.2) умовно можна виділити два d di dl UM (t ) L i L· i i· L , вхідні ланцюги, коливальний контур і ланцюги наdt dt dt стройки. Перший вхідний ланцюг представляє кеде - потокозчеплення котушки контуру 16; і рований генератор 11 синусоїдальних коливань, струм в контурі 16; вихід якого гальванічне зв'язаний з коливальним d, - оператор диференціювання і символ контуром через потенціометр 12. Другий вхідний приросту величини. Таким чином спостерігається ланцюг складається з зустрічне включених вхідних для амплітуди несучої частоти контуру обмоток 13 індуктивності, намотаних на магнітопUM ( t ) K П ( t )max при відсутності низькочастотних роводи 14 і 15. Коливальний контур 16 представляє слідкуючий фільтр, з індуктивності якого зніскладових L· i i· L Pp ( t ) 0 . мається сигнал на підсилювач 17. Для збільшення Якщо в процесі роботи дестабілізуючі фактори добротності коливального контуру 16 застосоваприведуть до зміни активного чи реактивного опоний позитивний зворотний зв'язок. Його величина ру ланцюга струмопідводу чи навантаження, то це може регулюватися за допомогою резистора 18. приведе до відхилення від оптимального електриПерший ланцюг 19 настройки служить для вибору чного режиму та появи сигналу неузгодженості на несучої частоти керованого генератора 11, а друвиході детектора-фільтра 7. На виході моделі це гий ланцюг 20 настройки - для настроювання копроявиться в появі відхилення L· i i· L 0 , а в ливального контуру 16 в резонанс із цією частоЕТУ - Pp ( t ) 0 . В результаті CAP буде відпрацьотою. Вихід підсилювача 17 є виходом моделі. Пропоноване технічне рішення можна охараквувати відхилення потужності шляхом дії на регутеризувати наступною послідовністю дій. Сигнали, льований параметр в силовому ланцюзі 2 (в данопропорційні напрузі і струму силового ланцюга му випадку змінювати ємність силового ланцюгу) ЕТУ, поступають одночасно на входи 11 і 13 модо усунення неузгодженості. делі. Дія першого з них змінює частоту генеруємих Джерела інформації: коливань генератора. В свою чергу, дія другого 1 Оптимизация работы мощных электромесигналу на індуктивність коливального контуру 16 таллургических установок. /Гарнов В.К., Вишневепризводить до зміни його резонансної частоти. цкий Л.М., Левин Л.Г. -М.: Металлургия, 1975, Оскільки зміна частоти генерації і резонансної ча336с. стоти контуру відбувається синфазно, а глибина 2 Автоматическое управление электрическими частотної модуляції по обох входах підібрана одустановками: Уч-к для вузов /A.M. Кручинин, К.М. наковою, то при повній ідентичності (однаковості) Махмудов, Ю.М. Миронов и др.: Под ред. А. Д. спектральних складів вхідних сигналів в коливальСвенчанского. -М.: Энергоатомиздат, 1990. -416 с. ному контурі будуть спостерігатись зміни його ре(С. 243-248). зонансної частоти і частоти генерації. Але якщо 3 Авторское свидетельство СССР № 849557, контур 16 до подачі вхідних сигналі був настроєкл. Н05В6/06, 1979. ним в резонанс, то і в процесі цих змін він оста 7 Комп’ютерна верстка Т. Чепелева 76551 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601