Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова, Магнитогорск, Россия:

А. А. Николаев, заведующий кафедрой автоматизированного электропривода и мехатроники (АЭПиМ), канд. техн. наук, доцент, эл. почта: aa.nikolaev@magtu.ru
Р. Р. Дёма, профессор кафедры машин и технологий обработки давлением и машиностроения (МиТОДиМ), докт. техн. наук, эл. почта: demarr@magtu.ru
П. Г. Тулупов, доцент кафедры АЭПиМ, канд. техн. наук, эл. почта: tulupov.pg@mail.ru
С. С. Рыжевол, аспирант кафедры АЭПиМ, эл. почта: snaffls18@gmail.com

Рассмотрена структура контура косвенного регулирования полной проводимости в системе управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей HIREG (Danieli, Италия). Для печей, на которых установлена данная система, обозначена проблема завышенной величины стандартных отклонений токов и мощностей электрических дуг, что приводит к неоптимальному режиму работы и повышенным эксплуатационным издержкам. В качестве решения предложено использование концепции цифрового двойника для адаптации настройки контура регулирования к текущим условиям плавления шихты. Основная идея предлагаемого решения заключается в использовании цифрового аналога электрического контура печи с системой управления HIREG для осуществления итерационного поиска наиболее оптимальных параметров регулятора при условии выявления его неоптимальной работы в соответствии с набором заранее определенных критериев. Результаты исследования реализованы на базе одной из отечественных печей. Достигнут технический эффект в виде уменьшения стандартных отклонений сигналов токов и мощностей электрических дуг, что обеспечило сокращение времени работы под током и удельного расхода электроэнергии.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FZRU-2023-0008).

1. Xiang F., Zhi Z., Jiang G. Digital twins technolgy and its data fusion in iron and steel product life cycle // 2018 IEEE 15th International Conference on Networking, Sensing and Control (ICNSC). — Zhuhai, China. 2018. DOI: 10.1109/ICNSC.2018.8361293.
2. Николаев А. А., Корнилов Г. П., Якимов И. А. Исследование режимов работы дуговых сталеплавильных печей в комплексе со статическими тиристорными компенсаторами реактивной мощности // Электрометаллургия. 2014. № 6. С. 9–13.
3. Николаев А. А. Повышение эффективности работы дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь за счет применения усовершенствованных алгоритмов управления электрическими режимами : монография. — Магнитогорск : Изд-во Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2015. — 161 с.
4. Миронов Ю. М. Электрическая дуга в электротехнологических установках : монография. — Чебоксары : Изд. Чуваш. ун-та, 2013. — 290 с.
5. Николаев А. А., Тулупов П. Г., Ивекеев В. С. Сравнительный анализ современных систем управления электрическим режимом дуговых сталеплавильных печей и установок ковш-печь // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Энергетика. 2020. Т. 20. № 3. С. 52–64.
6. Радионов А. А., Карандаев А. С., Логинов Б. М., Гасиярова О. А. Концептуальные направления создания цифровых двойников электротехнологических систем агрегатов прокатного производства // Известия вузов. Электромеханика. 2021. Т. 64. № 1. С. 54–68.
7. Yakimov I. A., Radionov A. A., Maklakova E. A. Investigation of electrical characteristics of high-power electric arc furnaces in the mode of stabilizing the primary current of the furnace transformer by means the thyristor regulator in the intermediate circuit // 2018 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus). — Moscow and St. Petersburg, Russia. 2018. P. 840–844.
8. Bowman B., Krüger K. Arc furnace physics. — Düsseldorf : Verlag Stahleisen GmbH, 2009. — 245 p.
9. Vinayaka V. M., Vinayaka K. U. Modeling and simulation of electric furnace in steel industry for power quality analysis // 2022 Third International Conference on Intelligent Computing Instrumentation and Control Technologies (ICICICT) — Kannur, India. 2022. P. 479–484.
10. Gała M., Sawicki A., Jagieła K. Modeling of asymmetrical operating states of AC electric arc furnace in the power system // 2019 Applications of Electromagnetics in Modern Engineering and Medicine (PTZE). — Janow Podlaski, Poland. 2019. P. 42–46.
11. Макаров А. Н. Законы теплообмена электрической дуги и факела в металлургических печах и энергетических установках. — Тверь : Изд. Тверск. госуд. техн. ун-та, 2012. — 164 с.
12. Шпиганович А. Н., Захаров К. Д. Особенности систем электроснабжения сталеплавильных и ферросплавных производств. — Липецк : ЛГТУ, 2004. — 213 с.
13. Николаев А. А. Повышение эффективности работы статического тиристорного компенсатора сверхмощной дуговой сталеплавильной печи : дис. … канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2009. — 204 с.

14. Николаев А. А., Тулупов П. Г. Методика моделирования случайных возмущений длин электрических дуг для оптимальной настройки нелинейного П-регулятора импеданса // Черные металлы. 2021. № 11. С. 74–80.
15. Тулупов П. Г. Улучшение энергетических показателей электродуговой печи за счет системы управления с анализом гармоник напряжений дуг : дис. … канд. техн. наук. — Магнитогорск, 2021. — 122 с.
16. Hani H., Abdel-Rahman M. A., Ezzat M., Kamh M. Z. Time domain analysis and parameter tuning of electric arc furnace using cassie-mayr model // 2022 23^rd International Middle East Power Systems Conference (MEPCON). — Cairo, Egypt. 2022. DOI: 10.1109/MEPCON55441.2022.10021719.
17. Dietz M., Grabowski D., Klimas M., Starkloff H. J. Estimation and analysis of the electric arc furnace model coefficients // IEEE Transactions on Power Delivery. 2022. Vol. 37, Iss. 6. P. 4956–4967.
18. Klimas M., Grabowski D. Application of the deterministic chaos in AC electric arc furnace modeling // 2022 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2022 IEEE Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe). — Prague, Czech Republic. 2022. DOI: 10.1109/EEEIC/ICPSEurope54979.2022.9854594.
19. Xu R., Ma S., Zhang M. Modeling of electric arc furnace for power quality analysis // 2022 IEEE 3rd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE). — Wuhan, China. 2022. DOI: 10.1109/CIYCEE55749.2022.9958980.
20. Balouji E., Salor Ö., McKelvey T. Deep learning based predictive compensation of flicker, voltage dips, harmonics and interharmonics in electric arc furnaces // IEEE Transactions on Industry Applications. 2022. Vol. 58, Iss. 3. P. 4214–4224.
21. Lee C., Kim H., Lee E. J., Baek S. T., Shim J. W. Measurement-based electric arc furnace model using ellipse formula // IEEE Access. 2021. Vol. 9. P. 155609–155621.
22. Klimas M., Grabowski D. Application of shallow neural networks in electric arc furnace modeling // IEEE Transactions on Industry Applications. 2022. Vol. 58, Iss. 5. P. 6814–6823.
23. Cassie A. M. A new theory of breaker arcs and circuit rigidity // CIGRE Report. 1939. Vol. 102. P. 588–608.
24. Свенчанский А. Д., Жердев И. Т., Кручинин А. М. и др. Электрические промышленные печи: дуговые печи и установки специального нагрева : учебник для вузов / под общ. ред. А. Д. Свенчанского. — М. : Энергоиздат, 1981. — 296 с.
25. Андреев С. М., Парсункин Б. Н., Головко Н. А., Усачёв М. В., Полько П. Г., Логунова О. С. Разработка концепции экстермальной нечеткой системы автоматической оптимизации управления энергетическим режимом выплавки стали в ДСП // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2011. № 3. С. 88–91.