冶金工业电弧炉电气自动化控制系统的能效提升与智能优化方法

冶金工业电弧炉电气自动化控制系统的能效提升与智能优化方法

摘要：文章针对冶金工业电弧炉电气自动化控制系统，讨论其能效提升与智能优化的途径，讲述电弧炉在冶金工业的地位以及电气自动化控制系统对能效的影响，分析当下系统的能效现状及其存在的问题，从硬件升级、控制策略优化、监测体系改善等方面给出能效提升的路径，从智能算法应用、协同控制优化、自适应调节机制、远程运维管理等角度探究智能优化的方法，给电弧炉电气自动化控制系统的发展给予参考。

关键词：冶金工业；电弧炉；电气自动化控制系统；能效提升；智能优化

冶金工业属于国民经济的关键基础产业，电弧炉在其中担当着重要角色，担负着废钢熔炼、合金生产等任务。电气自动化控制系统是电弧炉稳定运行并高效生产的中心，它的性能直接关系到电弧炉的能效水平。能源问题愈发突出，环保要求持续提高，改善电弧炉电气自动化控制系统的能效，做到智能优化，变成冶金工业可持续发展的必然需求。不过，当前电弧炉电气自动化控制系统在能效方面存在不少问题，能源浪费、控制精度不够等情况，亟需展开深入探究并加以技术创新。

一、冶金工业电弧炉电气自动化控制系统能效提升方法

（一） 硬件升级优化提升系统能效基础

电弧炉电气自动化控制系统硬件设备是整个系统正常运行的基础，对其实施升级优化，可以有效提高系统的能效水平。一方面，更换成高效节能型变压器，新型变压器的空载损耗与负载损耗均较之以往有所下降，在传输电能的过程中，能量损失得以减少，电能利用率得以提高。另一方面，采用先进功率控制器件，智能功率模块便是其中之一，此类器件具有响应速度较快、控制精度较高、损耗较小等优点，可以对电弧炉的功率输出实施更为精确的调控，从而避免不必要的能量消耗。

（二） 优化控制策略实现能效精准控制

控制策略是电弧炉电气自动化控制系统的关键部分，改进控制策略可达成对能效的准确控制。传统的恒功率控制策略在应对复杂工况的时候有局限之处，利用智能功率分配控制策略，可以按照电弧炉的当下工作情况以及工艺需求来调节各个相的功率输出，使得电弧炉在不一样的时期都能维持最好的能效水准。而且，加入模糊控制算法，依照电弧长度、电流波动这些模糊变量自行改变控制参数，提升系统对付复杂工况的适应性，削减由于控制不当造成的能量损耗。

（三） 完善监测体系以强化能效反馈与调控

完善监测体系是电弧炉电气自动化控制系统能效提升的重要保障。在电弧炉关键部位安装多种传感器，实时监测电弧电流、电压、功率、温度等参数，把这些数据传送到控制中心。经过对监测数据加以分析，可以及时察觉系统运行时出现的能效问题，局部过热、功率分配不合理等等。按照监测结果，马上调节控制策略和设备运行参数，做到对能效的动态调节。创建能效评价指标体系，针对电弧炉的能效水平实施量化评价，给系统的进一步改良赋予依照。

二、冶金工业电弧炉电气自动化控制系统智能优化方法

（一） 智能算法深度应用优化系统参数运行

智能算法在电弧炉电气自动化控制系统中的应用给系统智能优化带来了新的途径。遗传算法具备很强的全局搜索能力，可以用来改善电弧炉的控制参数，比如电极调节速度、功率分配比例等等。通过对很多参数组合执行搜索和评价，遗传算法可以找到使得电弧炉能效最高的参数组合，从而完成系统运行参数的改善。神经网络算法能够模仿并学习电弧炉的运行规律，按照输入的即时数据来预测电弧炉的将来情况，然后预先调整控制策略。像依照原料成分、温度之类的资料来预估电弧炉的熔炼时间以及功率需求，预先调整功率输出，防止能源的浪费。粒子群优化算法等也在电弧炉控制参数改善中起着关键作用，凭借持续迭代探寻最佳答案，改善系统的运行效率和能效水平。

（二） 多环节高效联动的协同控制与优化整合

电弧炉电气自动化控制系统包含诸多环节和设备，协同控制优化整合可以做到各个环节之间高效联动。把电弧炉的电气控制系统同原料供应系统、烟气处理系统等协同控制起来，按照电弧炉的运行情况及时调整原料的供应数量和速度，保证电弧炉一直处在最合适的原料供应状态，削减因为原料供应短缺或者太多而引发的能量浪费。协调烟气处理系统的运作，依照电弧炉产生的烟气量及其成分来调节处理设备的运行参数，从而提升烟气处理效率，缩减能耗。借助协同控制优化整合，冲破各个环节之间的信息屏障，达成资源共享和协同工作，改良整个电弧炉生产系统的能效水平。

（三） 构建适应复杂工况变化的自适应调节机制

电弧炉在实际工作过程中会遇到各种不同的工况， 比如原料成分的波动、电网电压的变化等等。建立起自适应调节机制就可以让电弧炉 系统的运行参数，从而达到最节能的状态。自适应调节机制就是 法迅速计算出最新的控制参数，最后自动更改设备的运行状态。 就能自动增大电弧炉的功率输出，保证电弧能持续稳定地燃烧；原料成分出 艺参数，既能保证熔炼品质又能减少能量消耗。

（四） 远程运维管理实现智能化高效维护方案

远程运维管理属于电弧炉电气自动化控制系统智能优化的关键方向。创建远程监测平台之后，可以做到对电弧炉运作状况的远程监测，运维 障诊断和预警，尽早察觉潜藏的问题并加以处理，防止故障进一步发 运维管理还能达成设备的远程调试与升级，当系统必要改良或者更新的时候 Ti 关操作，提升运维效率。而且远程运维管理平台会积攒很多运行数据，给系统的进一 步改良和改善给予数据支撑，从而达成电弧炉电气自动化控制系统的智能化高效维护。

（五）融合数字孪生技术实现仿真驱动的智能决策优化

在电弧炉电气自动化控制系统的智能优化过程中，融合数字孪生技术是一项极具前景的手段。通过构建一个与物理电弧炉系统高度一致的虚拟仿真模型，将传感器采集到的运行数据实时同步至数字孪生平台，就能够实现对电弧炉运行状态的全息再现与动态跟踪。在虚拟环境中，运维人员和控制系统可对熔炼过程中的温度变化、电弧稳定性、电极运动、功率消耗等关键参数展开实时仿真演算与预测分析，提前发现可能存在的运行风险与能耗异常，并在实际调整前测试不同优化方案的效果，从而减少试错成本。

例如，在对高碳钢与低碳钢不同工艺切换过程中，数字孪生模型能够根据原料种类和能耗模型，模拟不同参数设定下的熔炼时间、温升速率和电耗变化，帮助系统智能选择最节能的控制曲线。该技术还支持仿真驱动的智能决策，通过与 AI 算法耦合，结合实时生产数据和历史运行规律，自动推荐节能操作策略和设备运行节奏，促使整个控制系统由“被动调节”向“主动预测优化”转变。

三、结束语

冶金工业电弧炉电气自动化控制系统的能效改进和智能改良属于推动冶金工业朝着绿色、高效方向发展的关键手段。通过硬件设备更新改良、控制策略改善修正、监测系统完善等能效改良方式，再加上智能算法深入运用、协同控制改良整合、自适应调节机制形成、远程运维经营等智能改良手段，可以切实加强电弧炉电气自动化控制系统的能效水准，做到电弧炉的智能化、高效化运作。日后，伴随科技持续发展革新，电弧炉电气自动化控制系统的能效改良和智能改良办法会不停完备并发展，从而给冶金工业的可持续发展增添新的活力。

参考文献

[1] 智能化技术在电气工程及其自动化控制中的应用研究[J]. 张贵龙.自动化应用，2024（S2）

[2] 冶金企业工业4.0 背景下的智能化电气控制系统研究[J]. 王良伟.冶金与材料，2023（11）