regulacija toka elektrolize z mehkim regulatorjem
DESCRIPTION
REGULACIJA TOKA ELEKTROLIZE Z MEHKIM REGULATORJEM. mag. Anton VERDENIK univ.dipl.in ž TALUM d.d. Tovarni š ka c.10 2325 Kidri č evo, SI-Slovenija [email protected]. www.talum.si. Vsebina. Pridobivanje aluminija z elektrolizo Izhodiščno stanje in opredelitev problema - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
REGULACIJA TOKA ELEKTROLIZE Z
MEHKIM REGULATORJEMmag. Anton VERDENIK univ.dipl.inž
TALUM d.d.
Tovarniška c.10 2325 Kidričevo, SI-Slovenija
2Anton VERDENIK – AIG’05
Vsebina
Pridobivanje aluminija z elektrolizo Izhodiščno stanje in opredelitev problema Koncept vodenja sistema s FUZZY Rezultati in diskusija Zaključek
3Anton VERDENIK – AIG’05
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
4Anton VERDENIK – AIG’05
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
5Anton VERDENIK – AIG’05
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
6Anton VERDENIK – AIG’05
Usmerniški sistem - fotografije
Regulirni transformator Usmerniški transformator Usmerniške diode Katodna zaščita
Komandni prostor Regulator toka usmerniške skupine – letnik 1951
7Anton VERDENIK – AIG’05
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
8Anton VERDENIK – AIG’05
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
9Anton VERDENIK – AIG’05
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
10Anton VERDENIK – AIG’05
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
11Anton VERDENIK – AIG’05
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
12Anton VERDENIK – AIG’05
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
13Anton VERDENIK – AIG’05
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