1前言

株洲冶煉廠是我國(guó)大型有色企業(yè)之一，產(chǎn)品擁有銅、鉛、鋅、金、銀、鉆等二十余種，其主要產(chǎn)品為鋅。鋅分為工、n兩個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)，分別于1%8年，1996年投產(chǎn)，其中工系統(tǒng)年產(chǎn)鋅約為16萬(wàn)t，且系統(tǒng)為ro萬(wàn)t。由于鋅采用濕法冶煉技術(shù)生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝一個(gè)主要過(guò)程是將鋅液連續(xù)送人電解槽，加人相當(dāng)密度的直流電流，使鋅在陰極板上析出鋅。不難看出，鋅電解必將耗用大量的電能。株洲冶煉廠是中南地區(qū)用電大戶，年用電量高達(dá)ro億k耳飛，其中約76%的電量用于鋅電解。電能占全廠總能源的65%以上。

2系統(tǒng)研制的目的、意義

能源是現(xiàn)代社會(huì)前進(jìn)與發(fā)展的物質(zhì)前提與基礎(chǔ)，節(jié)能降耗已成為全世界所關(guān)注的主題。因此，如何提高電能的利用率具有重大的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。由于鋅電解使用的是直流電，在株冶的全部電力負(fù)荷中，3/4以上的電能需由交流電經(jīng)整流裝置變換為直流電，在這一轉(zhuǎn)換過(guò)程中，它將損耗相當(dāng)一部分電能。

這種損耗由整流系統(tǒng)的交、直流母線、開關(guān)、整流變壓器、整流機(jī)組內(nèi)大量晶閘管、硅元件、快熔、分流器、均流電抗器、平衡電抗器等種種設(shè)備在整流過(guò)程中的電能損失構(gòu)成。我們通常用整流效率來(lái)衡量整流過(guò)程中的電能損耗率大小。由此可得:交流電量=直流電量+損耗電量(l)直流電量/交流電量+損耗電量/交流電量二1(2)整流效率+損耗率=1(3)由式可知，整流效率與損耗率是一種反比例關(guān)系。因此，本系統(tǒng)從直流供電這一過(guò)程著手，以提高供電過(guò)程中的整流效率為目標(biāo)來(lái)進(jìn)行研制。從提高直流供電過(guò)程中的整流效率的角度出發(fā)，來(lái)提高電能利用率，降低能耗損失。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3，1供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

株冶I系統(tǒng)整流所供電系統(tǒng)如圖1所示。圖中叨2、粼H、科0三條35kv進(jìn)線經(jīng)過(guò)高壓母線及開關(guān)向18臺(tái)變壓器供電，414、424、426回路為廠動(dòng)力變壓器，提供全廠動(dòng)力用電，412、422為所內(nèi)自用變壓器，其余13臺(tái)整流變壓器經(jīng)過(guò)可控硅或二極管機(jī)組向直流母線供電，8(X)V直流母線通過(guò)直流刀閘和聯(lián)絡(luò)開關(guān)分別對(duì)工、n、班、W四個(gè)直流電解系列供電，每條進(jìn)線所帶的變壓器及直流電解所需的電流，可通過(guò)開關(guān)、刀閘的狀態(tài)來(lái)選擇。供電過(guò)程中的動(dòng)力負(fù)荷變化不可控，而由可控硅或二極管供電的電解整流負(fù)荷則可以通過(guò)調(diào)節(jié)可控硅的移相角或調(diào)節(jié)變壓器的有載開關(guān)的擋位來(lái)改變直流負(fù)荷的大小。

3.2系統(tǒng)研制方案

株冶的日用電量是相對(duì)穩(wěn)定的，但由于鋅電解工藝要求及工廠用電的分時(shí)段計(jì)價(jià)等因素，使一天中的電解直流電量因時(shí)段不同而變化。I整流所13臺(tái)整流變壓器共19臺(tái)整流機(jī)組對(duì)4個(gè)直流電解系列供電，在滿足各個(gè)系列不同直流供電量的前提下，協(xié)調(diào)好多臺(tái)整流機(jī)組的組合并聯(lián)運(yùn)行，并合理分配各臺(tái)整流機(jī)組的電流，使其損耗最小，從而獲得最佳整流效率是本系統(tǒng)研制的核心課題。如果對(duì)整個(gè)整流系統(tǒng)的各個(gè)主要耗能環(huán)節(jié)進(jìn)行能耗核算，這是不難做到的。

但要根據(jù)每臺(tái)整流變壓器、整流機(jī)組在不同負(fù)荷下的運(yùn)行，加上功率因數(shù)高低、環(huán)境及設(shè)備溫度的影響、現(xiàn)場(chǎng)工人操作的隨意性等等諸多因素來(lái)進(jìn)行綜合計(jì)算，以求得在不同負(fù)荷電流下以不同整流設(shè)備的組合方式來(lái)獲得最小損耗，這就將使這個(gè)問題成為多個(gè)不確定因素，在其離散且非線性的大量數(shù)據(jù)及繁瑣的計(jì)算中，很難找出整流效率的最優(yōu)解。所以，在方案研制中，我們不得不摒棄從理論上講可能極為精確但現(xiàn)實(shí)中卻很難做到的這種方法。而從解決問題的另一種角度出發(fā)，不以大量的公式對(duì)含有高維數(shù)的各種損耗或效率進(jìn)行計(jì)算，利用從直流供電過(guò)程中以動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的方式達(dá)到同樣的目的。

即采用計(jì)算機(jī)專家系統(tǒng)思想，將現(xiàn)場(chǎng)操作經(jīng)驗(yàn)和已有的相關(guān)知識(shí)結(jié)合起來(lái)，建立專家知識(shí)庫(kù)，在知識(shí)自動(dòng)刷新中，以合理的推理機(jī)制，提供最佳直流供電方案。同時(shí)將計(jì)算機(jī)連續(xù)計(jì)算出的整流效率直接顯示輔以論證。即:整流效率二直流電量/交流電量(4)式中直流電量是與35kV進(jìn)線相關(guān)的鋅直流系列直流總電量。交流電量為35kV進(jìn)線電量(R)，因?yàn)檫M(jìn)線電量包括廠動(dòng)力變用電量(Pf)、所變自用電量(玖)、鋅系列直流電量(巧)及整流過(guò)程中的電能損耗(乳)。所以，在計(jì)算機(jī)中建立的整流效率(動(dòng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算模型即為:巧刀=R一Pf一Pz綜上所述，計(jì)算機(jī)對(duì)整流效率的高速運(yùn)算和專家系統(tǒng)的創(chuàng)新思維與以往只能通過(guò)運(yùn)行一段時(shí)間后的各類原始電量報(bào)表計(jì)算整流效率來(lái)探索選擇直流供電方案相比，有飛速的突進(jìn)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)方案確立的主題設(shè)想，本管理系統(tǒng)硬件組成部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。圖中，瓦特/乏爾變送器接入35kV系統(tǒng)的進(jìn)線、廠變、所變計(jì)量CT、PT中，將以上多路交流信號(hào)經(jīng)變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電量再經(jīng)數(shù)據(jù)采集刀D變換后送人本所工控計(jì)算機(jī)，多路直流電量信號(hào)經(jīng)直流強(qiáng)電測(cè)量?jī)x檢測(cè)后通訊送人工控機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)本所交、直流電量實(shí)行計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)臨控。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算機(jī)將根據(jù)采集到的大量數(shù)據(jù)利用軟件進(jìn)行各種運(yùn)算和制成各項(xiàng)管理功能程序。設(shè)置在辦公室的中央管理機(jī)通過(guò)聯(lián)網(wǎng)通訊，可隨時(shí)調(diào)用現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)的資料，查閱本廠電力負(fù)荷運(yùn)行的即時(shí)電量參數(shù)和歷史檔案，監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)工控機(jī)的運(yùn)作。

4系統(tǒng)功能介紹

4.1直流供電優(yōu)化決策專家系統(tǒng)

簡(jiǎn)單地說(shuō)，專家系統(tǒng)就是一個(gè)在某一特定領(lǐng)域內(nèi)運(yùn)用人類專家的豐富知識(shí)，進(jìn)行推理求解的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)。它的核心功能是可不斷地獲取新知識(shí)，擴(kuò)充自身能力，運(yùn)用推理機(jī)制對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、求證、處理后上升為知識(shí)存入知識(shí)庫(kù)，新增添的知識(shí)刷新庫(kù)存原有知識(shí)，使得知識(shí)庫(kù)處于一種動(dòng)態(tài)尋優(yōu)的過(guò)程，庫(kù)存知識(shí)不斷得以擴(kuò)充，創(chuàng)新，由于專家系統(tǒng)能夠高效、準(zhǔn)確、全面、迅速而不疲倦地工作，解決問題不受環(huán)境和情緒的影響，專家的專長(zhǎng)不受時(shí)間和空間的限制。

所以，使用專家系統(tǒng)可以將人類專家的經(jīng)驗(yàn)和思維方法加以總結(jié)歸納，形成規(guī)則保存起來(lái)，提供咨詢。直流供電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行優(yōu)化決策的目的就是要在滿足電力系統(tǒng)安全運(yùn)行，確保電解直流電量要求的前提下，盡可能提高電力運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，即提高整流效率。整流所的現(xiàn)場(chǎng)條件可以使整流機(jī)組在相同與不相同的系列負(fù)荷條件下進(jìn)行多種組合搭配，每臺(tái)機(jī)組又可以在相當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行電流輸出調(diào)整，同時(shí)多年來(lái)對(duì)于電力經(jīng)濟(jì)運(yùn)行建立的相關(guān)知識(shí)可以直接融進(jìn)專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)，使專家系統(tǒng)迅速進(jìn)入機(jī)理推制的正向推理軌道。將得到最高效率的每一種組合狀態(tài)做為優(yōu)化建議刷新存人知識(shí)庫(kù)，當(dāng)值班人員接到廠總調(diào)改變各系列直流電流的指令而需要向?qū)＜易稍兊臅r(shí)候，它就將向你提供出相應(yīng)的最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方案。