基于PLC的电解铝整流供电系统

基于 PLC的电解铝整流供电系统

陈甲成 狄万枫

青海百河铝业有限责任公司 青海 西宁 810000

摘要：电解铝产过程表现出持续平稳、负荷波动小等特点，电解槽的热平衡惯性使其拥有高达10%的负荷调节能力[2]，能够给地区电网辅助服务提供相当可观的备用容量。经过调校，可作为低成本、优质调频资源参与电力系统调频服务，电解铝企业也能从服务中获得相应收益[3]。本文对PLC的电解铝整流供电系统进行分析，以供参考。

关键词：PLC；电解铝；整流供电

引言

在金属应用领域，铝的应用程度仅仅次于钢铁，它具备导电性能好、密度小、延展性强、耐腐蚀度好等优势。我国在提高电解铝阳极性能上具有很大的发展空间。提升电解铝阳极材料的质量，最先要确保原料质量的优质性，使煅烧质量与糊料配料质量达到最优配置比例，使优质粘结剂形成[1]。

1电解铝行业特性

电解铝具有高载能特性，电解铝电耗成本在电解铝生产成本中占据约45%~50%的比重，电解铝高载能特性使得能源在电解铝行业中占据了重要的地位，能否获得廉价的能源越来越成为企业盈利的关键。2018年吨铝综合交流电耗在13677千瓦时，我区电解铝企业自备电厂发电成本在0.12元/千瓦时左右（山东地区魏桥自备电厂的成本为0.2元/千瓦时，信发则为0.3元/千瓦时。不具备自备电厂的企业，例如河南省，电价超过0.5元/千瓦时），每生产一吨铝液，成本在1641元（如河南省成本在6800元左右），刨去运输成本，盈利空间还是很大的。按自备电厂运行状态计算，吨铝液能耗在4.6吨标准煤，是吨钢能耗的10倍，是吨水泥能耗的52倍。没有铝土矿资源，对铝土矿资源的对外依存度为100%，但具有丰富的煤矿资源，煤炭远景储量占到全国的40%，到2019年，煤炭产量达到了2.38亿吨，国家产业政策的引导下，使得电解铝项目大量向中西部能源富集区转移，在“十二五”期间，形成了电解铝建设高潮。

2运动控制阈值优选的仿真方法

2.1阈值优选的评价指标设计

确定备选的控制阈值，使用运动控制阈值法获得缩减后的调频信号场景，将之应用于2.1调频容量优化决策仿真过程。仿真结果的调频容量、收益、成本、实时性等用作评价指标。具体到电解铝厂，决策者关注的是调频收益、调节成本、计算时长(决定计算成本、决策成本及不满足实时约束带来的决策后果)。

2.2运动控制阈值的优选步骤

控制阈值优选的步骤是：1)决策者根据工程经验，给定一个阈值搜索范围；2)对于搜索范围内的每一个阈值候选值，进行2.1的容量决策仿真过程；3)比较仿真结果的收益、成本和实时性等2.2中的评价指标，对三个指标分别进行排序；4)由决策者按照排序判断选取一个备选的运动控制阈值作为下一小时投标容量决策的调频信号缩减阈值；5)下一小时投标容量决策采用上一小时和上周同日的下一小时调频历史数据作为决策场景。

3四季度电解铝等或仍保持较高盈利，铝价有望继续高位运行

从二季度开始至9月10日，电解铝均价涨幅超26%，期间曾上涨至1.532万元/t。多家机构研报称，铝价上涨是因为进入二季度后新冠肺炎疫情逐渐缓解，基建、地产等领域用铝需求增加。有分析师表示，随着经济复苏，预计四季度电解铝、氧化铝行业仍保持较高盈利，铝价有望继续高位运行。据研究数据显示，国内市场下半年新增投产氧化铝产能3，000kt，全年计划投产5，600kt；全年电解铝减产产能580kt，下半年电解铝投产产能650kt，全年计划投产产能2，450kt。

4系统硬件设计

电流差动继电保护装置，设计的基于PLC的电解铝整流电源系统选择模型是HNR6083微机电流差动继电保护装置。HNR6083型号电流差动继电保护装置适用于110~330kV电压水平的总线和单个电视保护、保护和测量及集成[2]。这种类型的电流差动继电保护装置的主要功能有:公交车过电压报警、公交车低压报警、公交车绝缘监测报警、电视断线报警等。监控功能:4号外部远程信号收集、8号设备软件判断远程信、外部远程信号收集具体电视工作位置信号等。故障信号记录功能:该设备的动态内存具有保护故障波形最新15次的功能，对于每个故障事件，可以记录故障事件的4周波和故障事件后的5周波。各州派可以记录到24个点。电流差动继电保护装置可以查看故障记录数据、时间、相应故障类型等，及时分析故障事件。通信传输功能:该型号设备包括RS485、CAN网络通信接口结构，便于本文档和其他智能设备之间的通信和数据传输。HNR6083的差动保护包括独立制动和无制动电流差动组件，两个组件都具有双折线比率制动功能，这两个组件可以迅速消除本文中的系统内部障碍。

5系统软件设计

系统的电解铝整流电源由PLC可编程逻辑控制组成，由整个PLC控制模块和控制对象组成，根据给定值和实际输出值组成控制整流电源偏差集成。偏差率、积分和微分为线性组合，通过三种类型的数据组成控制量，并对受控对象进行整流电源控制。使用PLC控制系统电源可以增加系统的总容量，通过多次计算可以减少错误动作的发生概率，同时不需要在计算中累计计算结果。终端输出连续两次的结果是最接近系统的历史数据，其他附加数据由系统后台管理员自动删除。上述计算方法可以有效地节省系统内的数据占用内存，节省空间，提高系统综合计算能力。

6电解铝行业发展方向

6.1节能减排、绿色发展

按照绿色、高效发展、清洁生产的理念，提高产能利用率，最大程度的利用铝液资源就地转化直接铸造，减少能源消耗，降低生产成本，提高资源综合利用率，淘汰落后机电设备，对生产过程中产生的固体废弃物、工业废水废气、烟气烟尘进行回收利用和处理，减少对环境的污染，既要金山银山，也要绿水青山。

6.2突破进展：铝电解废阴极转化为高端石墨材料

近日，专家组对以中铝郑州有色金属研究院有限公司为主开发的“铝电解废阴极高值化利用关键技术及装备”科技成果进行了评价，一致评价该项目整体技术达到国际水平，既解决了铝电解废阴极的环保问题，又实现了向环保要效益的目的。中铝郑州有色金属研究院有限公司经过6年的研究，首次开发了废阴极高值化利用成套技术及装备，使废阴极全部要素得到无害化处理的同时，同步实现了废阴极中炭质材料和氟化物的全量化高值化利用，属当前铝工业原创性、革命性和引领性技术。现已获得授权专利9项，其中国际专利1项。

6.3引进紧缺人才，培育创新能力

根据铝行业延伸产业链，发展深加工的需要，引进铝产品精深加工领域的专家，加强铝产品精深加工领域的师资力量建设。依托高校、国家重点实验室、技术中心，以企业为主体，产学研相结合，培育自主创新技术体系。完善行业技能培养机制，加强人才培养，促进本地人员就业，减轻企业人力成本，保障企业正常稳定生产。

结束语

基于PLC技术在市场的广泛应用，为行业领先发展提出了挑战的同时，为金属行业的可持续发展提供了新的方向，以此本文从硬件与软件两个方面，开展了应用PLC技术的电解铝整流供电系统设计。并采用设计对比实验的方式验证了本文设计系统在实际运行中具有提高了行业供电的可靠性，为降低单位计量数值下金属铝电解耗能提供了技术支撑。

参考文献

[1]张昕.基于PLC的电解铝整流供电系统[J].农村电气化,2019(07):22-24.

[2]周鑫,蒋小铭.电解铝供电系统孤网运行下的控制策略[J].世界有色金属,2019(18):22-23.

[3]姬九军.浅谈电解铝供电整流系统的优化改造[J].设备管理与维修,2019(18):82-84.

[4]薛赟斌.电解铝整流机组电气设备安装及调试[J].科技创新导报,2019,16(10):29+31.

[5]覃国林.电解铝整流供电系统中的无功补偿及高次谐波的抑制[J].决策探索(中),2018(01):74-75.