REGULACIJA TOKA ELEKTROLIZE Z MEHKIM REGULATORJEM

REGULACIJA TOKA ELEKTROLIZE Z

MEHKIM REGULATORJEMmag. Anton VERDENIK univ.dipl.inž

TALUM d.d.

Tovarniška c.10 2325 Kidričevo, SI-Slovenija

[email protected]

2Anton VERDENIK – AIG’05

Vsebina

Pridobivanje aluminija z elektrolizo Izhodiščno stanje in opredelitev problema Koncept vodenja sistema s FUZZY Rezultati in diskusija Zaključek


1000°C

Pridobivanje aluminija z elektrolizo

Martin HALL 1863-1914

Paul HEROULT 1863-1914

Primarni aluminij pridobivamo v elektrolizni celici po Hall-Heroultov postopku iz l.1886

Al2O3 Električni tok

Kvantitativna razmerja med surovinami, energenti in produkcijo definirata Faradayeva zakona o elektrolizi.

1kA ~ 8kg Aluminija v 24 urah

1kg Al+1.32kg CO2 ~ 1.92kg Al2O3

+0.4kg C+14kWh energije


Elektrolizna dvorana Ekonomično produktivnost dobimo z instalacijo več 100 elektroliznih celic Energijo za potek procesa zagotavlja transformatorsko usmerniški sistem. Elektroliza predstavlja zelo dinamično električno breme

U s m e rnikTrans fo rm ato r j i

E C 1 E C n -1E C 2 E C n

-

+

E C m E C n +2E C m-1 E C n +1

110kV Stikališče

Usmerjevalnica

Elektroliza B

ELEKTROLIZA B Jakost toka : 75kA Spec.por. ener:14.5 kWh/kgAl Tokovni izkoristek: 89% Število celic v dvorani:184 Letna proizvodnja: 35.000t Nazivna moč:60MW


Usmerniški sistem - opredelitev problema Usmerniški sistem sestavlja več vzporedno delujočih usmerniških skupin Usmerniške skupine, ki delujejo paralelno imajo lokalno regulacijo toka

Ni regulacije po skupnem toku Id

Regulacijsko odstopanje je odpravil operater z ročno korekcijo

EL

EK

TR

OL

IZA

. . . . . . . . .

T1 T1 2

1 0 al i 1 1 0 kV AC

8 0 0 V7 5 kA1 8 4 C E L IC

M e r i te vto ka

R

+-

R

+-

M e rite vnape to s t i V

AU

SME

RJE

VA

LN

ICA

T2

R

+-

R o c novo de nje

VO

DE

NJE

SIST

EM

A

U k

M r eža 1 0 k V AC

R eg u lac ija - O b s to jec a

E n o s m er n a + p o lE n o s m er n a - p o l

L eg en d a

I d 1 I d 2 I d n

Id

I d 1US 1-

I d 2US 2-

I d nUS n-

I z I d

U k


Usmerniški sistem - fotografije

Regulirni transformator Usmerniški transformator Usmerniške diode Katodna zaščita

Komandni prostor Regulator toka usmerniške skupine – letnik 1951


Koncept nadgradnje regulacije toka Nova regulacijska zanka z meritvijo skupnega toka Id.

Kaskadna regulacija Glede na naravo procesa je glavni regulator FUZZY SCADA poveča fleksibilnost sistema

EL

EK

TR

OL

IZA

. . . . . . . . .

T1 T1 2

1 0 ali 1 1 0 kV AC

8 0 0 V7 5 kA1 8 4 C E L IC

M e r ite vto ka

R

+-

R

+-

M e rite vnape to s t i

USM

ER

JEV

AL

NIC

A

T2

R

+ -

VO

DE

NJE

SIST

EM

A

U kD E i

R o c no

Avto m .

Iz

-

F U ZZY

V

A

-

U z

E i

E u

M r eža 1 0 k V AC

R eg u lac ija - O b s to jec a

E n o s m er n a + p o lE n o s m er n a - p o l

L eg en d a

R eg u lac ija - N o v o

Id

U d

Kr m i l ni k

SC AD A

I d 1 I d 2 I d nI d 1US 1-

I d 2US 2-

I d nUS n-

I z I d

F u zzy

-

U kM

A


Struktura mehkega regulatorja

-2 0 0 -1 5 0

1

5 0-1 0 0 -5 0 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0

0

dU k (m V)

N V Z E P VP SP MN MN S

-3 0-9 0 9 03 0

Uk

F u zzy p ro ce so r F Z0 0 1

Id

Ud

AD 0 0 2 D A0 0 1

Proc esor - OMRON CS1G-H/CPU42

An

alo

gn

ivh

od

i

An

alo

gn

iiz

hodi

UkM

ehca

nje

-5 -4

1

50-3 -2 -1 1 2 3 4

0

E i (kA)

N V N M Z E P VP M

-0 .1 0 .6

To k pre vis o k To k pre nize k

idzik KIIE

k i

Iz

-E i E ik

-5 -4

1

50-3 -2 -1 1 2 3 4

0

D E I (kA)

N V Z E P V

-0 .5 0 .5

To k naras c a To k padaTo k s tabi le n

diiik KTETEDE 1

kdDE i

DE ikdt

d

-5 0 -4 0

1

5 00-3 0 -2 0 -1 0 1 0 2 0 3 0 4 0

0

E U (V)

N V Z E P V

Ano dni e fe kt S tabi lni pro c e s Izpad U S

udzuk KUUE

EziMind UUpNEItrajapEI zI

kuEu-

Uz

Euk

Eu=ZE (normalna napetost) Ei

NV NM ZE PM PV PO NS NM ZE ZE PM ZE NV NM ZE PM PV

DEi

NE NM ZE ZE PM PS

Eu =PO (nizka napetost) Ei

NV NM ZE PM PV PO NM NM ZE PM PS ZE NM NM ZE PM PV

DEi

NE NM ZE ZE PS PV

Eu =NE (visoka napetost) Ei

NV NM ZE PM PV PO ZE ZE ZE ZE ZE ZE NM NM ZE PM PM

DEi

NE NM ZE ZE ZE ZE

1. IF(Ei is NV)AND(DEi is PO)AND(Eu is ZE)THEN(dUk is NS)2. IF(Ei is NM)AND(DEi is PO)AND(Eu is ZE)THEN(dUk is NM).45. IF(Ei is PV)AND(DEi is NE)AND(Eu is NE)THEN(dUk is ZE)

Inferenc a

kykk dUKTUU 1

COG

Ost

renj

e

dUk ky dUK


Izvedba s krmilnikom - fotografije

Stikalni pult

Krmilnik

Dajalci želene vrednosti

D ZV1R o c no

Auto m

8 8 .8 8

Ž e le nto k

D ZV2R o c no

Auto m


Rezultati delovanja - sledenje

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 120073

74

75

76

77

78

79

I(kA)

t(s)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

770

780

790

800

810

U(V)

IzId

Uz

Ud

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200-5

-2.5

0

2.5

5

I(kA)

t(s)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

-50

-25

0

25

50

U(V)

Eik

DEik

Euk

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

U(mV)

t(s)0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

5.7

5.95

6.2

6.45

6.7

U(V)

dUk

Uk

Spremembe želene vrednosti


Rezultati delovanja - motnje

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 180070

72

74

76

78

80

I(kA)

t(s)0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

760

780

800

820

840

860

U(V)

IzId

Uz

Ud

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-5

-2.5

0

2.5

5

I(kA)

t(s)0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

-50

-25

0

25

50

U(V)

Eik

DEik

Euk

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

U(mV)

t(s)0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

5.7

5.95

6.2

6.45

6.7

U(V)

dUk

Uk

0 50 100 150 200 250 300 350 40068

70

72

74

76

78

I(kA)

t(s)0 50 100 150 200 250 300 350 400

730

750

770

790

810

830

U(V)

IzId

Uz

Ud

0 50 100 150 200 250 300 350 400-5

-2.5

0

2.5

5

I(kA)

t(s)0 50 100 150 200 250 300 350 400

-50

-25

0

25

50

U(V)

Eik

DEik

Euk

0 50 100 150 200 250 300 350 400-200

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

U(mV)

t(s)0 50 100 150 200 250 300 350 400

5.7

5.95

6.2

6.45

6.7

U(V)

dUk

Uk

Anodni efekt Izklop usmerniške skupine


0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 132070

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

I(kA)

t(min)

MEAN(Id)=76.2 kA

SDEV(Id)=0.06838

CV(Id)=0.08975 %

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Ei(kA)

IzId

Ei

Rezultati delovanja – kvaliteta

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 132070

71

72

73

74

75

76

77

78

79

80

I(kA)

t(min)

MEAN(Id)=75.46 kA

SDEV(Id)=0.2927

CV(Id)=0.3879 %

0 120 240 360 480 600 720 840 960 1080 1200 1320-1-0.9-0.8-0.7-0.6-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.91

Ei(kA)

IzId

Ei

15’ povprečje toka – ročno vodenje 15’ povprečje toka – kaskada s FUZZY


Zaključek

Izboljšana natančnost regulacije Povečana robustnost sistema Dosežena večja stopnja fleksibilnosti Moderna ergonomija vodenja Povečana obratovalna varnost Izboljšani tehnološki parametri procesa elektrolize

HVALA ZA POZORNOST

REGULACIJA TOKA ELEKTROLIZE Z MEHKIM REGULATORJEM

Documents

Transcript of REGULACIJA TOKA ELEKTROLIZE Z MEHKIM REGULATORJEM