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矿热炉混合无功补偿系统优化协调控制研究
中文摘要：
本文结合矿热炉混合无功补偿系统的实际运行情况，提出了一种优化协调控制方案。该方案采用了PF（功率因数）和THD（谐波失真率）两个指标进行控制，以发挥混合无功补偿系统的优势；同时，结合模糊控制和遗传算法进行系统优化，提高了控制精度和响应速度。最后，通过仿真实验验证了该方案的有效性。
关键词：矿热炉；混合无功补偿系统；优化协调控制；PF；THD；模糊控制；遗传算法；仿真实验
Abstract:
Thispaperproposesanoptimizedcoordinatedcontrolschemeforthemixedreactivepowercompensationsystemofminingelectricfurnacebasedontheactualoperationsituation.TheschemeusestwoindicatorsofPF(powerfactor)andTHD(harmonicdistortionrate)forcontroltomakefulluseoftheadvantagesofmixedreactivepowercompensationsystem.Meanwhile,thesystemisoptimizedwithfuzzycontrolandgeneticalgorithmtoimprovecontrolaccuracyandresponsespeed.Finally,theeffectivenessoftheschemeisverifiedthroughsimulationexperiments.
Keywords:miningelectricfurnace;mixedreactivepowercompensationsystem;optimizedcoordinatedcontrol;PF;THD;fuzzycontrol;geneticalgorithm;simulationexperiments.
1.引言
矿热炉是一种高温、高能耗、高负荷、高污染的设备，其电力系统的运行状态对生产效率和环境保护等方面都有重要影响。混合无功补偿系统作为一种能够有效提高系统PF和THD的技术，已经被广泛应用于矿热炉电力系统中。然而，由于矿热炉的工艺复杂性和系统参数变化等因素，混合无功补偿系统的控制存在一定困难。
因此，本文提出了一种基于模糊控制和遗传算法的优化协调控制方案，以提高混合无功补偿系统的控制精度和响应速度。该方案采用了PF和THD两个指标进行控制，以使系统PF达到事先设定的目标值，同时使THD尽可能小。通过仿真实验验证了该方案的优越性和可行性。
2.矿热炉混合无功补偿系统的控制
矿热炉混合无功补偿系统由滤波电容、晶闸管开关、铁芯变压器等组成，其控制策略主要包括以下两个方面：
（1）PF控制
PF（功率因数）是衡量系统有功功率和总功率之比的指标，其值范围为-1到1，通常设定PF目标值为0.9。矿热炉混合无功补偿系统通过控制补偿容量的大小和晶闸管的触发角度等参数，调整系统PF至目标值。
（2）THD控制
THD（谐波失真率）是表示谐波电压或电流占总电压或电流的百分比，其值的大小反映了系统的谐波含量。矿热炉混合无功补偿系统的滤波电容和铁芯变压器可以减小谐波，但是对于高阶谐波的抑制效果较差。因此，控制补偿容量的大小和晶闸管的触发角度等参数，能够减小谐波含量。
3.混合无功补偿系统优化协调控制方案
由于矿热炉混合无功补偿系统存在非线性、时变等因素，传统的PID控制方法往往无法满足系统的控制要求。因此，本文采用模糊控制和遗传算法相结合的方法，进行混合无功补偿系统的优化协调控制。
（1）PF和THD控制的模糊控制方案
模糊控制是一种基于模糊逻辑的控制方法，能够应对系统模型不确定、输入输出模糊等问题。本文将PF和THD作为输入，输出控制补偿容量和晶闸管的触发角度，构建了基于模糊控制的PF和THD控制模型。该模型可以通过调整模糊控制器的规则库和模糊识别函数来实现控制精度的优化。
（2）混合无功补偿系统的遗传算法优化
遗传算法是一种模拟生物进化过程的优化算法，可用于解决多目标优化问题和复杂非线性系统的优化问题。本文采用遗传算法对模糊控制器的规则库和模糊识别函数进行优化，以提高系统响应速度和收敛性。
（3）方案的实现与验证
本文利用MATLAB/Simulink对混合无功补偿系统进行建模，并进行仿真实验。实验结果表明，本文提出的优化协调控制方案可以有效地调节混合无功补偿系统的补偿容量和晶闸管的触发角度，达到目标PF和THD值，并且具有较好的控制精度和响应速度。
4.结论
本文针对矿热炉混合无功补偿系统的控制问题，提出了一种基于模糊控制和遗传算法的优化协调控制方案