热轧带钢精轧机主传动系统振荡现象的仿真

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1999.06.023 第21卷第6期 北京科技大学学报 VoL,21 No.6 1999年12月 Journal of University of Science and Technology Beijing Dec.1999 热轧带钢精轧机主传动系统振荡现象的仿真 王京)赵媛媛) 张勇军)丁蕴石 1)北京科技大学信息工程学院，北京1000832)治金工业部自动化研究院，北京100071 摘要分析武汉钢铁公司热连轧精轧机组主传动系统的振荡原因，并用仿真计算结果定性 地解释了减小电网侧无功补偿装置的容量或者在控制回路加装带通滤波器(BP℉)将是有利于 抑制谐波的振荡现象的产生.还对改造为双闭环控制系统的可行性进行了初步分析， 关键词非特征谐波；无功补偿装置：精轧机主传动系统 分类号TP391.9 武汉钢铁公司热轧带钢厂的精轧机组机模型中作为控制系统的对象.此外，当精轧机 (82MW)和具有无功补偿装置(61MVAR)的供的冲击负荷逐渐递增时，各台轧机主电动机的 电网络之间发生了振荡现象这种振荡，在国内 负载电流不断上升，甚至会高达20kA以上，如 外都是比较罕见的，到目前为止，对它的分析还 此大的电枢电流产生的巨大热量如果不能够及 没有成熟的理论. 时驱散，它将引起电枢绕组的磁饱和，减小了电 在文献[1]中，考虑到直流侧谐波电流对交 动机电枢回路的电感，从而改变对象的模型参 流侧谐波电流及可控硅装置输出整流电压的影 数.在系统仿真中采用指数曲线(1一e)近似电 响，将电网与无功补偿装置的模型折算到电动 枢绕组的磁饱和曲线，以逼近系统在实际运行 机对象模型中，建立起与实际对象动态特性较 过程中随电枢电流增大电枢绕组发生磁饱和的 为吻合的系统模型，作者认为振荡的激发功率 情形，建立电动机电枢回路的动态数学模型. 源可能在于轧机的可控硅系统，对其在一定条 图1为该传动控制系统在不同负载电流1 件下产生的非特征谐波，通过电网与无功补偿 下(1分别取为2,6,8,10kA)振荡现象的仿真 装置并联后与轧机主传动系统构成的串联谐振 结果.从图看出当负载电流L较小时(2kA),电 网路而被放大，最终影响到交流侧电网波形的 枢电流中的谐波成分幅值很小，振荡现象不明 畸变：并从振荡可能的激发功率源及被放大通 显；随着负载电流（的增加（即负载功率的增加） 道等方面出发，提出了4种可行的解决方案. 到6kA时，电枢电流中谐波分量的幅值明显地 本文则是根据文献[1]中提出的分析方法， 增大，振荡现象进一步恶化，与现场的情况基本 对过补偿情况下原三环控制系统的振荡现象加 一致. 以仿真分析，从而证明这些方法的有效性， 2 1原三环控制系统振荡现象的仿真 10 (d) (c) 8 系统仿真模型用向量和矩阵表示，该模型 (b) 中维数较多，规模较大，仿真工况复杂，模型参 6 数要求容易改变.根据这些特点，选择了MAT- LAB4.0 for WINDOWS语言对该机主传动系 2 MNVWWwww 统进行仿真研究. 0 基于文献[1]中提出的分析方法，在仿真系 6.00 6.05 6.10 6.15 统中，将过大容量的无功补偿装置折算进电动 tis 图1原三环控制系统振荡现象的仿真 1999-07-09收稿王京男.50岁，副教授 l/kA分别为：(a2.(b)6,(c)8,(d)10

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 匕 一 热轧带钢精轧机主传动系统振荡现象的仿真 王 京 ” 赵媛媛 ” 张勇军 ‘， 丁 蕴石 ” 北京科技大学信息工程学院 ， 北京 冶金工业部 自动化研究院 ， 北京 摘 要 分析武汉 钢 铁 公司 热 连轧精轧机组 主 传动系统 的振荡原因 ， 并用 仿真计算结果定性 地解释 了减小 电 网侧无功补 偿装 置 的容量或者在控制回路加装 带通滤波器 将是有利于 抑 制谐 波 的振 荡现 象的产生 还对 改造 为双 闭环 控制系统 的可 行性进行 了初 步分析 关键词 非特 征谐波 无功 补偿装置 精轧机主传动系统 分 类号 武 汉 钢 铁 公 司 热 轧 带 钢 厂 的 精 轧 机 组 和 具有无 功 补偿 装 置 的供 电 网络 之 间发 生 了振 荡现象 ‘ 这种振荡 ， 在 国 内 外 都是 比较罕 见 的 ， 到 目前 为止 ， 对它 的分 析还 没 有 成 熟 的理 论 在 文 献 【 中 ， 考 虑 到直 流侧 谐波 电流对 交 流侧谐波 电流 及 可 控 硅装 置 输 出整 流 电压 的影 响 ， 将 电 网 与无 功补 偿 装 置 的模 型折 算到 电动 机 对 象 模 型 中 ， 建立起 与 实际 对象 动 态 特性 较 为 吻 合 的 系统 模 型 作 者 认 为振 荡 的激发功率 源 可 能在 于 轧 机 的可 控 硅 系 统 ， 对 其 在 一 定条 件 下 产 生 的非 特 征 谐波 ， 通 过 电 网 与无 功 补偿 装 置 并联后 与 轧机主 传 动 系 统 构成 的 串联谐振 网路 而 被 放 大 ， 最 终 影 响 到 交流侧 电 网 波形 的 畸变 并 从振 荡可 能 的激 发 功 率 源 及 被放大通 道等 方 面 出发 ， 提 出 了 种 可 行 的解 决方 案 本 文 则 是 根据 文 献 〔 中提 出 的分 析 方 法 ， 对 过补偿情 况 下 原三 环 控 制 系统 的振 荡现象加 以仿 真 分 析 ， 从 而 证 明这 些 方法 的 有 效 性 机模型 中作为控制系统 的对象 此外 ， 当精轧机 的冲击负荷逐渐递增 时 ， 各台轧机主 电动机 的 负载 电流不 断上 升 ， 甚至会高达 以上 如 此大 的 电枢 电流产生 的巨大热量如果不 能够及 时驱 散 ， 它将引起 电枢绕组 的磁饱和 ， 减小 了 电 动机 电枢 回路 的 电感 ， 从 而 改变对 象 的模型参 数 在 系统仿真 中采用指 数 曲线 一 一今近似 电 枢绕组 的磁 饱和 曲线 ， 以逼近 系统在实际运行 过程 中随 电枢 电流增大 电枢绕组 发生磁饱和 的 情 形 ， 建立 电动机 电枢回路 的动态数学模型 图 为该传动控 制系统在不 同负载 电流 下 分别取 为 ， ， ， 振荡现象 的仿真 结果 从 图看 出当负载 电流 较小 时 ， 电 枢 电流 中的谐波成分 幅值很 小 ， 振 荡现 象不 明 显 随着负载 电流 的增加 即负载功率的增加 到 时 ， 电枢 电流 中谐波分量 的幅值 明显 地 增 大 ， 振荡现象进一 步恶化 ， 与现 场 的情况基 本 一 致 原三环控制 系统振荡现象的仿真 系统 仿真模 型 用 向量 和 矩 阵表 示 该 模 型 ， 中维 数较 多 ， 规模较 大 ， 仿 真 工 况 复杂 ， 模 型 参 主 数 要 求 容 易 改变 根据 这 些特 点 ， 选择 了 … 语 言对 该 轧 机 主 传 动 系 统进行 仿 真研 究 基 于 文 献 〔 中提 出 的 分 析 方法 ， 在 仿 真 系 统 中 ， 将 过 大 容量 的无 功补 偿 装 置折 算进 电动 盘 卫 一 钾姗、 勺丫叭 丫叭姗州协八八刀叮丫 一 一 收稿 王 京 男 ， 岁 ， 副 教授 图 原 三环控 制 系统 振荡 现 象的仿 真 分 别 为 ， ， ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1999．06．023

Vol.21 No.6 王京等：热轧带钢精轧机主传动系统振荡现象的仿真 ·593· 2减小静态无功补偿装置容量后，三 15 (a) 环控制系统的仿真 10 从文献[]得到：电网侧无功补偿装置的容 量过大可能是原主传动控制系统中出现联合振 荡现象的根本原因，而减小无功补偿装置的容 量可能是解决振荡现象最直接、最经济的方法 10 此外，减小无功补偿装置的容量将有利于系统 -15 谐振频率点的右移，可以避开易导致系统不稳 5.905.956.006.056.106.156.20 定的敏感频率区域，并使得系统在谐振频率点 tis 处的衰减程度加大，可有效地抑制振荡现象， (b) 为了验证上述观点，在仿真中消除了交流 10 侧滤波器组高通滤波器的影响，此时控制系统 在不同负载电流4下(4分别取为2,6,8,8.5,9， 10kA)振荡现象的仿真结果见图2. -5 12 10 10 5 (d) 6.00 6.05 6.10 6.15 6.20 t/s 图3欠补偿(a)和过补偿(b)情况下电网的波形比较 3取消电压调节器后的双环控制系 8.248.268.288.308.328.34 统仿真 t/s 图？减小无功补偿装置容量后三环控制系统的仿真 由于原三环控制系统中的电压环是本系统 WkA分别为：(a)2,b)6,(c)8,(d)8.5,(e)9,(①10 中反应最快、最灵敏的一环，且电压反馈中含有 与过补偿的情况（见图1）对比，可以发现： 丰富的谐波成分，当整流电压有谐波成分产生 当输入同幅值、同相位的谐波电流时，过补偿情 后，它将通过电压反馈进入控制系统，产生△a, 容易导致低频谐波振荡的维持和扩大.为了从 况下主传动系统电枢电流中的交流分量明显大 根本上切断谐波电流进入控制系统的可能通 于欠补偿情况下的电枢电流交流分量：减小静 道，考虑将原三环控制系统改造为速度和电流 态无功补偿装置容量后，传动系统直至负载电 的双闭环控制，而将原电压调节环变为一电压 流达到8.5kA时谐波电流才出现明显的增大； 随着负载电流的继续增加，谐波电流的大小 截止负反馈环节，它仅在电流断续引起整流电 压急剧变化时才出现电压负反馈，从而可以改 基本保持不变，由此可以说明：减小静态无功补 善系统的动态性能.改造后的双环控制系统在 偿装置的容量不仅可能大大增加系统产生振荡 时的功率，而且谐波的振荡现象不会随着负载 不同负载电流L下(L分别取为2,6,9,12.5kA) 振荡现象的仿真见图4所示，与见图1比较可 功率的增加而进一步恶化. 以说明：即使在某些时刻电压负反馈被引入到 此外，因为过补偿产生电枢电流谐波分量 控制系统中，由于电压截止负反馈中限幅环节 幅值的放大亦会引起交流侧谐波电流幅值的增 大，最终影响到电网电压波形的严重畸变，图3 的存在，使得电枢电流中的谐波分量的幅值被 抑制在一个很小的范围内， 所示为欠补偿和过补偿情况下，当单机架负载 电流L均取为10kA时直流侧电枢电流中谐波 由该仿真结果并结合现场振荡试验的结 果，可以推测传动系统中的谐波很可能就是从 分量对交流侧电网电压波形影响的比较. 整流电压的反馈环节处引入·当整流电压值处

心 王 京等 热 轧带钢 精轧机主 传 动 系统振 荡现象的仿 真 减小静态无功补偿装置容量后 ， 三 环控制系统的仿真 从文献 得到 电网侧无功补 偿 装置 的容 量过大可 能是原主传动控制系统 中出现联合振 荡现象的根本原因 ， 而 减 小无 功补 偿 装置 的容 量可 能是解决振荡现象最直接 、 最经 济的方法 此外 ， 减小无功补偿装置 的容量 将有利 于 系统 谐振频率点的右移 ， 可 以避开 易导致系统 不 稳 定 的敏感频率区域 ， 并使得系统在谐振频 率 点 处 的衰减程度加大 ， 可 有效地抑制振荡现象 为了验证 上述观 点 ， 在仿真 中消 除了交流 侧滤波器 组高通滤波器 的影 响 ， 此 时控 制系统 在不 同负载电流 人下 分别取为 ， ， ， ， ， 振荡现象的仿真结果见 图 工工 一 乏淤臣才 乏眨爱 一 。 娜蜘卿 〕 又 又 飞 又 ’ 又 了又 “劝 又厂 召、哎 卜 心 图 欠补偿 和 过补 偿 情况 下 电 网 的波形 比较 圈 减小无功补偿装 容 后三环控制系统的仿 真 习 分别 为 ， 伪 ， ， ， ， 与过补偿 的情况 见 图 对 比 ， 可 以发现 当输入 同幅值 、 同相位的谐波 电流 时 ， 过补偿情 况 下主传动系统 电枢 电流 中的交流分量 明显 大 于 欠补偿情况 下 的 电枢 电流 交流 分量 减 小静 态 无 功补偿装置 容量 后 ， 传 动 系统直 至 负载 电 流达到 时谐波 电流才 出现 明显 的增大 随着 负载 电流 的继 续增 加 ， 谐波 电流 的大小 基本保持不变 由此可 以说明 减小静态无功补 偿装置 的容量 不仅可 能大大增加系统产生振荡 时 的功率 ， 而 且 谐波 的振荡现象不 会 随着 负载 功率的增加 而 进 一 步恶 化 此 外 ， 因 为过补偿产 生 电枢 电流 谐 波分量 幅值 的放 大亦会 引起 交流侧谐波 电流 幅值 的增 大 ， 最 终 影 响 到 电 网 电压波 形 的严重 畸变 图 所示 为欠 补 偿 和 过 补 偿 情况 下 ， 当单机架 负载 电流 均 取 为 时直 流 侧 电枢 电流 中谐 波 分 量对 交 流 侧 电 网 电压 波 形 影 响 的 比较 取 消 电压 调 节器 后 的双环控制 系 统仿真 由于 原三环控制系统 中的 电压环 是本 系统 中反 应 最快 、 最 灵 敏 的一 环 ， 且 电压 反馈 中含有 丰 富 的谐波 成分 当整 流 电压 有 谐波 成 分产 生 后 ， 它 将通过 电压 反 馈进入控制 系统 ， 产 生 △ ， 容 易 导致低频谐 波振 荡 的维持 和 扩 大 为 了从 根 本 上 切 断 谐 波 电流 进 入 控 制 系 统 的可 能通 道 ， 考虑 将 原三环 控制 系统 改造 为速度和 电流 的双 闭环 控制 ， 而 将 原 电压 调 节 环变 为一 电压 截止 负 反 馈环节 ， 它 仅在 电流 断续 引起 整 流 电 压 急剧 变化 时才 出现 电压 负反 馈 ， 从而 可 以改 善系统 的动 态 性 能 改造后 的双环 控制 系统在 不 同负载 电流 人下 人分别 取 为 ， ， ， 振荡现 象 的仿真见 图 所 示 与 见 图 比较 可 以说 明 即使在 某些 时刻 电压 负反 馈被 引 入 到 控制系统 中 ， 由于 电压 截止 负 反 馈 中限 幅 环 节 的存在 ， 使得 电枢 电流 中的谐波 分量 的幅值被 抑 制 在 一 个 很 小 的范 围 内 由 该 仿 真 结 果 并 结 合 现 场 振 荡 试 验 的 结 果 ， 可 以推 测 传 动 系 统 中 的谐波 很 可 能就 是 从 整 流 电压 的反 馈环 节 处 引 入 当 整 流 电压 值 处

。594· 北京科技大学学报 1999年第6期 于限幅范围之内时，系统是相当于典型的转速、 取决于调谐锐度2值的大小.Q值越大，通频带 电流双闭环控制.电压反馈环节不引入，能避免 越窄，则衰减得越快，也越有利于滤除无用的谐 谐波电流进入控制系统中而被放大，从而不会 波信号而不会影响到有用信号的通过. 影响到交流侧电网电压的波形；并得到增加电 压限制环节中整流电压的限幅范围，或者完全 终端放大器输出 触发 取消电压反馈的作用，因此将原三环控制系统 PHC 环节 改为典型的双闭环控制系统可能是解决原系统 BPF IC 谐波振荡问题的一种有效方法. 14 图5加入带滤波器的方案示意图 d 12 MNMwWKAMWAwwww 此时，加入带通滤波器(BP℉)后三环控制系 10(c) 统的仿真结果见图6与图7.其中，图6为与原 WMAM/MVW 三环控制系统比较的电枢电流波形：图7为加 (b) 入带通滤波器后对交流侧电网电压波形的影 WWANMAM 响，由此可以证明在控制系统中加入带通滤波 器对于抑制电枢电流中谐波电流分量的有效性 (a) 3 8.95 9.05 9.15 9.259.35 t/s (a 图4取消电压调节器后双环控制系统的仿真 /kA分别为(a)2,(b)6,(c)9,(d12.5 6b) 4原三环控制系统加带通滤波器后 的仿真 2 5.00 5.05 5.105.15 5.205.25 在原三环控制系统中，由于谐波引入通道 及谐波放大通道的同时存在，电动机的电枢电 图6加入带通滤波器后三环控制系统与原三环控制系 流中必定会带有被放大的谐波电流，其频率为 统的仿真结果比较.(a)加入带通滤波后三环控制系统的 53倍工频.此时，可以考虑在原控制系统中加 电枢电流，b)原三环控制系统的电枢电流 入滤波器环节消除交流谐波信号，通常情况下， 300~400HZ的高频干扰可以用由电阻R和电 1.0 容C组成的T型网络来滤除，而此处83Hz的 0.5 低频干扰却难以在滞后时间较短的情况下用简 单的RC滤波网络滤除，因此采用了有源滤波 器.如图5所示.在终端放大器的输出端加1个 ）.5 k=1的比例调节器IC,在其输入端接1个有源 1.0 的带通滤波器(BPF),将53次谐波完全抵消. BPF的传递函数为： 4.955.005.055.105.155.205.25 AoBovos t/s Gu=sBaos+@i' 图7加带通滤波器后的电网电压波形 其中，A是一个衰减系数.仿真中各项参数取 为A=0.9;⊙=580：B=1/0-1/3(2为滤波器的 5改造后典型转速、电流双闭环控制 调谐锐度，其值取为3).根据BP℉的传递函数 系统的振荡仿真 可得到其幅频特性：它在频率点⊙=580处放大 倍数最大（接近于1），而在高于或低于®，的其 将原三环控制系统改为双闭环控制的结 他频率点处均衰减得很快，其衰减的程度完全 构，有可能从根本上切断谐波电流进入控制系

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 于 限幅 范 围之 内时 ， 系统是 相 当于 典型 的转速 、 电流双 闭环控制 电压 反馈环 节 不 引入 ， 能避免 谐波 电流进入 控制 系 统 中而 被放 大 ， 从而 不 会 影 响 到交流侧 电网 电压 的波 形 并 得 到 增 加 电 压 限制环 节 中整 流 电压 的 限 幅 范 围 ， 或 者 完全 取 消 电压 反 馈 的作用 因此将 原 三 环 控制系 统 改 为典型 的双 闭环控制 系统可 能 是解 决原系统 谐波 振荡 问题 的一 种 有 效方 法 取 决于 调 谐锐 度 值 的大小 值越大 ， 通频带 越窄 ， 则衰减得越快 ， 也越有利于滤除无用 的谐 波 信 号而 不 会影 响到有用信号 的通过 ’ 触发 环节 栅 、 、 、 丫 、 、 、 、 、 谧。 、 二。 、 扒八八勺叭月丫叭汉丫叭伪勺万、八八那内丫、八厂丫协了叭八户厂八介八八川户 图 加入 带滤波器的方案示惫图 此 时 ， 加入带通滤波器 后三环控制系 统 的仿真结果见 图 与 图 其 中 ， 图 为与原 三 环 控制系统 比较的电枢 电流波形 图 为加 入 带通 滤波器 后对 交流侧 电 网 电压 波 形 的 影 响 由此可 以证 明在控制系统 中加 入 带通滤波 器对 于抑制 电枢电流 中谐波 电流分量 的有效性 图 取消 电压 调 节器 后 双环控制 系统 的仿真 人 分 别 为 ， ， ， 原三环控制系统加 带通滤波器后 的仿真 在 原三环 控制 系统 中 ， 由于 谐波 引入通道 及 谐波放 大通 道 的 同 时存 在 ， 电动 机 的 电枢 电 流 中必 定 会带有 被放 大 的谐波 电流 ， 其频率为 倍 工 频 此 时 ， 可 以考虑 在 原 控制 系 统 中加 入滤波器环 节 消除交流谐波信号 通 常情况下 ， 一 的高频 千扰可 以用 由 电阻 和 电 容 组 成 的 型 网 络 来滤 除 而 此 处 的 低 频干扰却 难 以在滞后 时 间较短 的情 况下 用简 单 的 滤波 网络 滤 除 ， 因 此采用 了有 源 滤波 器 如 图 所 示 在 终端放大 器 的输 出端 加 个 的 比例 调 节 器兀 ， 在 其输 入 端 接 个 有 源 的带通滤波器 ， 将 次 谐 波 完 全抵 消 的传 递 函 数 为 召侧、男︺ 图 加 入 带通 滤波器 后三环控制系统与原 三环控制系 统 的仿真结果 比较 加入带通滤波后三环控制系统的 电枢 电流 ， 原三环控制系统的 电枢 电流 乏代侧理于 一一 毒器氢 ， ， 图 加 带通 滤 波器 后 的 电网 电压 波 形 其 中 ， 。 是 一 个 衰减 系数 仿 真 中各 项 参 数 取 为 。 。 。 刀 为滤 波器 的 调 谐 锐度 ， 其值取 为 根据 的传 递 函 数 可 得到其幅频特性 它在 频 率 点 。 。 处放大 倍 数最 大 接近于 ， 而 在 高于 或 低 于 。 。 的其 他频 率 点处均衰 减得很 快 ， 其 衰 减 的程度 完 全 改造后典型转速 、 电流双闭环控制 系统 的振荡仿真 将 原 三 环 控 制 系 统 改 为 双 闭 环 控 制 的 结 构 ， 有 可 能从 根本上 切 断谐 波 电流进入控 制 系

Vol.21 No.6 王京等：热轧带钢精轧机主传动系统振荡现象的仿真 ·595· 统的通道，但在谐波源尚未完全确定的情况下， 有必要对改造后典型转速、电流双闭环控制系 统的振荡问题作一仿真分析.主要研究当控制 1.20 回路中的其他环节成为可能的谐波源时对电枢 1.15 电流中谐波成分的影响， 1.10 本次改造后将采用典型的速度和电流双闭 1.00 环控制系统，此时由整流装置产生的谐波分量 1.05 只有可能从检测电流反馈环节引入控制回路中， (a) 0.95 但由于电枢回路中有平波电抗器这样的大电感 0.90 9.709.759.809.859.909.95 元件存在，若符合>>R的条件，将使得电流的 0.85 t/s 脉动甚微，从而大大减小了谐波电流被引入控 图8典型双闭环控制系统加带通滤波器前后的仿真结 制回路的可能性.即使小幅值的谐波电流有可 果 (a)加带通滤波器前，(b)加入带通滤波器后 能引入控制回路而被放大，此时在电流调节器 6结论 的输出加装带通滤波器亦可以有效地抑制电枢 电流中谐波分量.图8给出了典型双闭环控制 (1)利用文献[1]中建立的对象数学模型，将 系统在负载电流1L=10.3kA时，加装带通滤波器 折算后的电动机模型作为控制对象，对原三环 前后的仿真结果比较.为了证明在电流调节器 控制系统的仿真分析结果，可以定性地说明电 的输出端加入带通滤波器对于减小谐波分量的 枢电流中谐波分量是随着负载功率的增加而增 有效性，在仿真中给控制回路中输入的谐波电 大的，这与现场的实际情况是基本符合的 流信号幅值很大(3kA)以得到电枢电流中明显 (2)减小其无功补偿的容量的确有利于抑制 的谐波分量.事实上，双闭环控制系统对谐波电 谐波振荡现象， 流的放大程度小于三环控制系统对谐波电流的 (3)对文献[1]中提出的几种解决方案分别 放大程度.这是因为，双闭环控制系统有利于系 加以仿真分析，证明了它们对于抑制谐波振荡 统开环截止频率的前移，使得系统在谐振频率 现象的有效性；采用的典型双闭环控制系统是 点处的衰减程度加大，从而能够有效地减小谐 可行的. 波振荡的幅值.由以上的分析可以表明：改造后 参考文献 的典型转速、电流双闭环控制系统在谐波引入 1王京，武钢热轧带钢厂精轧机主传动系统振荡原因 通道和谐波放大通道两方面上均有利于抑制谐 的初步探析.北京科技大学学报，1999,21（增刊1）：16 波振荡现象。因此它将成为本次改造中解决振2陈伯时.电力拖动自动控制系统北京：机械工业出 荡问题的一个具体措施. 版社，1992.5 Simulation Results of Oscillation Occurring in the Electrical Supply System of a Hot Finishing Mill Wang Jing,Zhao Yuanyuan,Zhang Yongjun,Ding Yunshi 1)Information Engineering School,UST Beijing,Beijing 100083,China 2)Automation Research Institute of Ministry of Metallurgical Industry,Beijing 100071.China ABSTRACT The reason for oscillation occurring in the electrical supply system of a hot finishing mill is analyzed.The simulation results qualitatively show that either diminishing the capacity of var compensation systems in the electrical supply system or a band-passing filter(BPF)to be connected into the control system of the mill is capable damping the oscillation.The feasibility of the reconstructed two-loop control system is also analyzed tentatively. KEY WOEDS atypical harmonics:var compensation systems;main drive system of hot finishing mill

心】 王 京等 热 轧 带钢 精 轧机 主 传 动 系统振荡现象 的仿真 丈逻阅裂却 统 的通道 ， 但在谐波源 尚未完全确 定 的情 况 下 ， 有 必 要对 改造 后 典型 转速 、 电流 双 闭环 控 制 系 统 的振荡 问题 作一 仿 真分 析 主 要 研 究 当 控制 回路 中的其他环 节 成 为可 能 的谐波源 时对 电枢 电流 中谐波成 分 的影 响 本 次改造 后 将采用 典 型 的速度和 电流双 闭 环 控制系统 ， 此 时 由整 流 装 置 产 生 的谐波 分量 只有可 能从检测 电流反馈环 节 引入控制 回路 中 但 由于 电枢 回路 中有平 波 电抗器这样 的大 电感 元件存在 ， 若符合 。 的条件 ， 将使得 电流 的 脉动 甚微 ， 从 而 大大 减 小 了谐波 电流被 引入控 制 回路 的可 能性 即使 小 幅值 的谐波 电流有 可 能 引入控制 回路而 被放大 ， 此 时在 电流 调 节器 的输 出加装带通滤波器亦可 以有效地抑制 电枢 电流 中谐波分 量 图 给 出 了典 型双 闭环 控制 系统在负载 电流 。 时 ， 加装 带通滤 波器 前后 的仿真结果 比较 为 了证 明在 电流调 节器 的输 出端加入 带通滤波器 对 于 减 小谐波 分 量 的 有效性 ， 在仿真 中给控制 回路 中输 入 的谐波 电 流信号幅值很 大 以得 到 电枢 电流 中明显 的谐波 分量 事实上 ， 双 闭环控制 系统对 谐波 电 流的放大程度小于 三 环 控制 系统 对谐波 电流 的 放大程度 这 是 因 为 ， 双 闭环 控制 系统 有 利 于 系 统开环 截止频率的前移 ， 使得 系统在谐 振频 率 点处 的衰减程度加大 ， 从而 能够 有效地减 小谐 波振荡的幅值 由 以上 的分析 可 以表 明 改造后 的典型转速 、 电流双 闭环 控制系统在谐波 引入 通道和 谐波放大通道两 方面 上均有利于 抑制谐 波振荡现象 因此它将成 为本次改造 中解 决振 荡问题 的一 个具体措施 · · 图 典型双 闭环控制 系统加 带 通滤 波器前 后 的仿真结 果 加 带通滤波器 前 ， 加 入带通滤波器 后 结论 利用 文献〔 中建立 的对象数学模型 ， 将 折 算后 的 电动 机模 型 作 为控制对 象 ， 对 原三 环 控制系统 的仿 真分 析 结果 ， 可 以定性地 说 明 电 枢 电流 中谐波 分量是 随着 负载功率 的增加而增 大 的 ， 这 与现场 的实 际 情 况 是 基 本符合 的 减小其无功补偿 的容量 的确有利于抑制 谐波振 荡现象 对 文 献 【 中提 出 的几种解 决方案分 别 加 以仿 真分 析 ， 证 明 了它 们 对 于 抑 制谐波振 荡 现象 的有效 性 采用 的典 型双 闭环 控 制系统 是 可 行 的 参 考 文 献 王 京 武钢 热 轧 带钢 厂 精轧机主 传 动 系统振荡原 因 的初步探析 北京科技大学学报 ， ， 增刊 陈伯 时 电力拖动 自劫控制系统 北京 机械工 业 出 版社 ， 肠馆 雌 ， ， 毋 ， ， 馆 刀 ， ， 馆 ， 吹 ， ， ， 卿 ， ， 拼 一 一