[发明专利]中间包电磁感应加热系统多层控制方法

说明书

本发明公开了一种中间包电磁感应加热系统多层控制方法，顶层温度控制用于中间包包体温度精确调节，电压平衡控制则维持感应加热电源的电容电压稳定；中层电流预测控制则实现感应加热电源的交流输入电流、环流电流及输出电流的协同优化跟踪；底层包括开关动作分配与均压控制，将开关动作分配至感应加热电源的功率子模块并维持子模块电容电压平衡。顶层温度控制与电压平衡控制求得输出电流指令、输入电流指令及环流电流指令。本发明实现了对中间包电磁感应加热系统温度、输入电流、输出电流、模块电压的多目标控制。

技术领域

本发明涉及一种基于模块化多电平交交变换的中间包电磁感应加热系统多层控制方法，适合于中频高压大功率中间包电磁加热的场合。

背景技术

随着电力电子和半导体技术的进步，大功率高效率变频电源的出现极大地促进了钢材热处理感应加热技术的发展，中间包感应系统作为将电能转换为钢水热能的变换系统，其通过输出交变的电流在钢水中感应出电动势，进而产生感应电流。感应电流在钢水中流动产生焦耳热完成对钢水的加热，完成电能到热能的变换。中间包电磁感应加热系统通过降低钢水过热度，并维持恒温浇铸，进而提升钢材品种，是生产高品质纯净钢材的核心装备。中间包电磁感应加热系统具有功率大，输出电压等级高，电流控制精度要求高等特点。因此，对中间包感应加热系统控制方法的研究具有良好的理论和工程意义。

近年来随着冶金业的发展，大规模冶炼企业的中频感应加热负荷也越来越多。目前感应加热中频炉负荷的电源大多采用AC-DC-AC三级变换形式。多绕组变压器与二极管整流得到不可控的直流电，并作为后级H桥模块的输入电压，后级多个H桥输出级联实现高压交流输出；具有控制简单，结构可靠的优点，但绕线结构复杂，体积庞大。

近年来，基于H桥子模块级联多电平结构的中间包感应加热电源具有结构模块化，输出特性理想，多冗余的优点，得到了广泛的关注与研究。基于H桥模块级联的多电平模块化变换器(MMC)结构，能够直接实现AC-AC的变换，且具有功率双向流动等优点，是中间包电磁感应加热系统的发展方向。基于模块化多电平交交变换的中间包电磁感应加热系统，保护多个控制目标，且控制精度要求高，其控制策略是研究的重点。

发明内容

本发明旨在提供一种中间包电磁感应加热系统多层控制方法，实现对中间包电磁感应加热系统温度、输入电流、输出电流、模块电压的多目标控制。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种中间包电磁感应加热系统多层控制方法，包括顶层控制部分、中间层控制部分和底层控制部分；所述顶层控制部分包括整体平衡控制部分、桥臂间平衡控制部分和相间平衡控制部分；

所述整体平衡控制部分包括：采集电磁感应加热系统六个桥臂所有子模块电容电压u_dxi，并求和得到六个桥臂的总电容电压总电容电压与指令值作差后经PI控制得到三相交流输入电流的d轴控制指令三相交流输入电流的q轴控制指令设置为零，d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相交流电流指令维持电磁感应加热系统所有子模块电压平衡；其中，x＝a,b,c；

所述桥臂间平衡控制部分包括：将各相上下桥臂总电容电压作差得到三相桥臂电压差Δu_da,Δu_db和Δu_dc，Δu_da与Δu_db之和再与2*Δu_db作差，经PI控制后得到负序环流指令的d轴控制指令Δu_dc与Δu_db作差，经PI控制后得到负序环流指令的q轴控制指令d轴和q轴控制指令经dq/abc变换得到三相负序环流电流指令和维持三相上下桥臂的电容电压平衡；