BRPI0514996B1

BRPI0514996B1 - "system and method of control of electrical power attractions of multiple furnaces using variable reactors"

Info

Publication number: BRPI0514996B1
Application number: BRPI0514996-7A
Authority: BR
Inventors: Sedighy Mohammad; Lai Wai Ma Thomas
Original assignee: Hatch Ltd.
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2017-12-19
Also published as: US7212561B2; JP2008511949A; CN101167032B; EP1829427B1; AU2005279606B2; EP1795049B1; CA2578069A1; WO2006024165A1; WO2006024164A3; WO2006024149A1; US20060050760A1; EP1810550A2; BRPI0515355A; EP1795049A4; KR20070074560A; CA2578089A1; CN101142538B; WO2006024166A3; CN101167032A; AU2005279606A1

Abstract

sistema e método de controle de energia elétrica através de múltiplos fornos utilizando reatores variáveis um método e sistema para estabilização do consumo de energia em múltiplas cargas, ou em cargas únicas de múltiplas fases. o método e sistema também compensam o desequilíbrio nas cargas de múltiplas fases. um controlador central monitora as reatâncias variáveis nas cargas e identifica as situações de flutuação e/ou desequilíbrio de energia e/ou corrente. determina a ação corretiva adequada pelas outras cargas/fases para compensar a mudança ou desequilíbrio de energia e/ou corrente devido à carga problemática, e emite sinais de controle instruindo os controladores de reator variável associados com as outras cargas para realizarem ajustes de acordo. o método e sistema podem ser aplicados a instalações de forno de arco elétrico. nesse contexto, o método e sistema fornecem um controlador de posição de eletrodo acoplado ao controlador de taxa de alimentação de forma a antecipar de forma previsível a introdução de um novo material de fonte e reduzir os eletrodos de forma a impedir a extinção do arco enquanto os reatores variáveis mantém pontos de configuração de energia predeterminados o controlador de posição de eletrodo pode ser utilizado no lugar do sistema de controle de reatância variável para tomar a ação corretiva para solucionar as mudanças ou desequilíbrios de energia e/ou corrente. o sistema e método podem ser empregados para manter um nível predeterminado de desequilíbrio no sistema.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO DE CONTROLE DE POTÊNCIA ELÉTRICA ATRAVÉS DE MÚLTIPLOS FORNOS UTILIZANDO REATORES VARIÁVEIS".

Campo da Invenção [001] A presente invenção refere-se geralmente a sistemas e métodos para o controle de potência elétrica e/ou corrente através de múltiplos fornos utilizando reatores variáveis, onde os fornos puxam corrente de potência elétrica da mesma fonte.

Antecedentes da Invenção [002] Existem determinados contextos nos quais a compensação de desequilíbrio de corrente e controle de potência ou corrente são desejáveis para se mitigar as ineficíências e os danos em potencial que podem resultar da flutuação de demandas e desequilíbrios de potência ou corrente. Por exemplo, no caso de cargas de corrente alternada (AC) ou de Forno de Arco Elétrico (EAF), os arcos elétricos são criados entre um número de eletrodos e o material no forno a fim de aquecer, fundir metais, minério ou outros materiais. Esses arcos se comportam como impedàncias variáveis com o tempo e basicamente resisti vas. As variações na resistência de arco causam variações relacionadas na potência e corrente puxadas pelo forno. As relações entre a resistência do arco, potência e corrente são ilustradas de forma gráfica na figura 1A.

[003] Na figura 1A, a curva A ilustra as variações na resistência do arco de valores baixos (um curto circuito) para valores altos (uma perda de arco), Uma resistência operacional ilustrativa e ponto de corrente é marcado com um ponto na curva A. A curva B da figura 1A ilustra a potência puxada pelo arco X a corrente de arco para as variações correspondentes de resistência de arco. Um ponto operacional ilustrativo de potência e corrente tam-bém é marcado com um ponto na curva B.

[004] As flutuações de potência ou corrente resultantes das variações de resistência do arco afetam o sistema de suprimento de potência e causam perturbações na frequência e voltagem, que podem causar um impacto negativo na operação do suprimento de potência, e outras cargas de forno conectadas ao mesmo suprimento de potência. Por exemplo, um aumento de potência súbito e grande no forno de arco pode acionar um relê de corte seletivo de carga ou o acionamento do relê de subfrequência, resultando em uma perda total de potência para o forno de arco e resultando em uma perda econômica potencialmente substancial decorrente da perda de produtividade. Adicionalmente, as flutuações de voltagem em determinadas frequências podem fazer com que a luz pisque.

[005] Outro problema também surge quando um EAF AC é conectado como uma carga trifásica a um suprimento de potência trifási-co. Visto que as resistências de arco no forno podem nem sempre ser iguais entre as três fases, a corrente pode ser desequilibrada entre as fases. As correntes desequilibradas podem, por sua vez, causar desequilíbrios de voltagem, que podem afetar a operação de outras cargas, tais como motores elétricos, por exemplo, conectados ao mesmo suprimento de potência. Se o desequilíbrio de corrente exceder o limite de corrente desequilibrada dos geradores de sistema de suprimento, o desequilíbrio pode fazer com que os relês dentro do sistema de potência sejam acionados, resultando em uma perda de potência para o forno.

[006] Tradicionalmente, as operações EAF têm sido controladas pelos sistemas de posicionamento de eletrodo para operar em um ponto de ajuste desejado de potência, corrente ou impedância. Os sistemas de posicionamento de eletrodo geralmente se baseiam nas partes mecânicas móveis e tipicamente não apresentam velocidade nem flexibilidade para responder de forma adequada às mudanças rápidas de resistência.

[007] Para se reduzir a quantidade de flutuações de resistência, um ou mais reatores em série podem ser adicionados ao suprimento de potência do forno. Os reatores em série forçam o EAF a operar com um fator de potência mais baixo e, portanto, permitem uma formação de arcos mais estável. No entanto, os reatores sozinhos podem ser inadequados para obter o nível desejado de estabilidade de potência. Adicionalmente, os reatores sozinhos não são um meio eficiente de redução de desequilíbrio de corrente. Isso porque seus valores de rea-tância podem não mudar tão rapidamente quanto a velocidade na qual a resistência do arco muda.

[008] Algumas tentativas foram feitas no sentido de se equilibrar o efeito de flutuações de potência nas instalações de forno de arco elétrico. Por exemplo, a patente U.S. No. 6.603.795 de Ma et al. descreve um sistema para a estabilização do consumo de potência em um forno de arco elétrico pela utilização do controle de reator variável e regulagem de altura de eletrodo para reduzir as flutuações de potência ativa. O sistema monitora as características operacionais do forno, tal como a impedância do eletrodo, e realiza os ajustes correspondentes na reatância variável. A reatância no circuito pode ser controlada pelo ajuste do ângulo de disparo de um conjunto de tiristores que são acoplados a um reator no circuito.

[009] A figura 2 ilustra um diagrama de um circuito simplificado 10 de um forno de arco elétrico de acordo com Ma et al. O circuito 10 ilustra uma voltagem de linha 12, uma impedância de arco 14, uma reatância de circuito fixo 16 e uma reatância variável 18. A impedância de arco 14 inclui uma reatância de arco Xarc e uma resistência de arco Rarc· A reatância de circuito fixo 16 pode incluir a reatância do transformador de forno e quaisquer cabos de potência, condutores e traba- Iho de barramento entre o sistema de suprimento e o eletrodo, onde essa reatância pode ser considerada constante em comparação com a impedância de arco 14.

[0010] O sistema de controle de potência descrito em Ma et al, varia a impedância reativa dos eletrodos de um forno de arco elétrico e a linha de suprimento de potência em resposta às características medidas do forno. O sistema monitora a voltagem e corrente puxadas por um eletrodo no forno de arco de eletrodo e determina a impedância de eletrodo. Com base na impedância de eletrodo, o sistema de controle de potência ajusta a impedância reativa para minimizar as flutuações de consumo de potência do forno de arco, como observado pelo suprimento de potência. Realiza isso através do ajuste de uma reatância variável. O tempo de resposta associado com esse sistema de controle é da ordem de cerca de um ciclo elétrico, fornecendo uma resposta relativamente rápida.

[0011] Ma et al. também descreve um controlador de posição de eletrodo que controla um sistema de posicionamento de eletrodo para ajustar a altura do eletrodo com base nas características medidas do eletrodo. Por exemplo, o controlador de posição de eletrodo pode monitorar a impedância do eletrodo pelo monitoramento das características de voltagem e corrente para o forno e pode regular a altura do eletrodo para minimizar as flutuações de potência devido às mudanças na impedância de eletrodo. O tempo de resposta desse sistema de controle é relativamente lento, sendo da ordem de vários segundos.

[0012] O sistema descrito na patente U.S. No. 6.603.795 de Ma et al. é geralmente capaz de minimizar as oscilações de potência e manter um ponto de ajuste desejado para um único forno. No entanto, o sistema tem uma capacidade limitada para minimizar as reduções maiores de potência sob um limite particular. Ademais, o sistema não é projetado para minimizar os desequilíbrios de carga entre as três fa- ses elétricas.

[0013J A figura 1B ilustra a limitação do sistema descrito na patente U.S. N°6.603.795 de Ma et al., na minimização de quedas de potência maiores sob um limite particular. A curva C na figura 1B ilustra a reatância variável desejada a fim de compensar a variação na resistência de carga quando encontra o ponto de ajuste de potência específico. A curva D ilustra a quantidade de reatância variável que é obtida, levando-se em consideração os limites de tamanho práticos do reator variável. A reatância e corrente necessárias nos pontos operacionais desejados também são marcadas. A curva E ilustra a potência puxada pelo forno de arco X a corrente puxada pela as variações de resistência de arco correspondentes quando a reatância variável da curva C é inserida no circuito. A potência e corrente do ponto operacional resultantes também são marcadas.

[0014] Como ilustrado na figura 1B, se a corrente de eletrodo I cair abaixo de um valor crítico lcrítico (por exemplo, quando o arco é extinto sob um eletrodo) então o circuito 10 será incapaz de manter a potência em um nível fixo e a potência cairá abaixo do ponto de ajuste de potência. O valor crítico lcrítico coincide com a reatância variável 18 sendo reduzida para seu valor mínimo. Também pode haver uma configuração de reatância variável máxima que limite a capacidade de o circuito 10 em manter a potência no ponto de ajuste se a corrente subir acima de um valor máximo de corrente, lma>t.

[0015] É desejável se solucionar o melhorar uma ou mais das desvantagens associadas com os sistemas de controle anteriores e métodos de controle de potência e/ou corrente em fornos elétricos, ou pelo menos fornecer uma alternativa útil para os mesmos.

Sumário da Invenção [0016] Aspectos da invenção referem-se geralmente a condicionamento de potência e corrente de múltiplos fornos. Tais aspectos for- necem sistemas e métodos para a coordenação das demandas por potência e/ou corrente dos múltiplos fornos para mitigar os efeitos das correntes de eletrodo flutuantes ou desequilibradas dentro de um ou mais fornos no sistema de suprimento de potência. Vantajosamente, os sistemas e métodos preferidos modificam um ponto de ajuste em um forno para compensar o desvio do ponto de ajuste de outro forno, em um esforço para manter um ponto de ajuste e/ou potência total através de todas as cargas de múltiplas fases. Os reatores variáveis associados com um forno permitem a compensação pronta e rápida das variações em consumo de potência e/ou corrente em outro forno.

[0017] Em um aspecto, a invenção refere-se a um sistema de controle para pelo menos dois fornos elétricos, incluindo um primeiro forno e um segundo forno. Cada forno possui pelo menos um eletrodo e é acoplado a um suprimento de potência. O sistema de controle compreende pelo menos um reator variável, um controlador de reator variável associado com o pelo menos um reator variável, e um controlador de compensação acoplado ao controlador de reator variável . O pelo menos um reator variável é associado com pelo menos o primeiro forno e é acoplado entre cada um dos pelo menos um eletrodo e o suprimento de potência. O controlador de reator variável é associado com o primeiro forno para ajustar uma configuração de cada um do pelo menos um reator variável. O controlador de compensação compreende meios de monitoramento para monitorar as respectivas características operacionais dos pelo menos dois fornos e determinar se a característica operacional do segundo forno desvia de um ponto de ajuste por mais que uma quantidade limite. O controlador de compensação compreende adicionalmente meios de controle que respondem aos meios de monitoramento para geração de um ou mais sinais de compensação quando a característica operacional desvia do ponto de ajuste por mais do que a quantidade limite. Em resposta ao recebi- mento de um ou mais sinais de compensação do controlador de compensação, o controlador de reator variável ajusta a configuração do pelo menos um reator variável associado com o primeiro forno para compensar o desvio da característica operacional do segundo forno do ponto de ajuste.

[0018] Outro aspecto da invenção se refere a um método de controle de pelo menos dois fornos, incluindo um primeiro forno e um segundo forno. Cada forno possui pelo menos um eletrodo acoplado a um suprimento de potência e pelo menos um primeiro forno tem associado com o mesmo pelo menos um reator variável acoplado entre o pelo menos um eletrodo e o suprimento de potência. O método compreende as etapas de: monitoramento de uma característica operacional do pelo menos segundo forno; a determinação de que a característica operacional desvia de um primeiro ponto de ajuste do segundo forno por mais que uma quantidade limite; e o controle de pelo menos um reator variável associado com o primeiro forno para ajustar um ponto de ajuste do primeiro forno para compensar o desvio da característica operacional do ponto de ajuste do segundo forno.

[0019] Em um aspecto adicional, a invenção refere-se a um sistema de controle para o controle de múltiplos fornos elétricos de múltiplas fases, incluindo um primeiro forno e um segundo forno. O sistema compreende um reator variável associado com cada fase do primeiro forno, um controlador de reator associado com o primeiro forno e eletricamente acoplado a cada um dos reatores variáveis e um controlador de compensação com os primeiro e segundo fornos e eletricamente acoplados ao controlador de reator. Cada um dos reatores variáveis é eletricamente acoplado a uma fase respectiva de um suprimento de potência e é configurado para variar a potência distribuída para a fase à qual está conectado. O controlador de reator fornece sinais de controle de reator respectivos para os reatores variáveis para controlar a potência distribuída para cada fase respectiva de acordo com um ponto de ajuste de potência. O controlador de compensação fornece sinais de controle de potência para o controlador de reator para controlar o ponto de ajuste de potência de cada fase do primeiro forno. O controlador de compensação é configurado para gerar sinais de controle de potência em resposta ao desvio de um consumo de potência do segundo forno por mais que uma quantidade limite de um ponto de ajuste de potência do segundo forno.

[0020] Um aspecto adicional da invenção se refere a um sistema de controle para pelo menos dois fornos elétricos, incluindo um primeiro forno e um segundo forno, cada um possuindo pelo menos um eletrodo, acoplado a um suprimento de potência. O sistema de controle compreende pelo menos um reator variável associado com pelo menos o primeiro forno e acoplado entre cada um dos pelo menos um eletrodo e o suprimento de potência e um controlador de compensação associado com o pelo menos um reator variável para ajuste de uma configuração de cada um do pelo menos um reator variável. O controlador de compensação compreende meios de monitoramento para o monitoramento das respectivas características operacionais dos pelo menos dois fornos e a configuração de cada reator variável e determinação se a característica operacional do segundo forno desvia de um ponto de ajuste por mais do que uma quantidade limite, e meios de controle que respondem aos meios de monitoramento para gerar um ou mais sinais de compensação quando a característica operacional desvia do ponto de ajuste por mais que uma quantidade limite. Em resposta ao recebimento de um ou mais sinais de compensação do controlador de compensação, a configuração do pelo menos um reator variável associado com o primeiro forno é ajustado para compensar o desvio da característica operacional do segundo forno do ponto de ajuste.

[0021] Vantajosamente, as modalidades da invenção de acordo com os aspectos descritos anteríormente permitem a compensação rápida das variações no consumo de potência através de um sistema de múltiplos fornos, tal como uma fábrica de fundição de múltiplos fornos, por exemplo, de forma que um consumo de potência total relativamente constante possa ser alcançado. A fim de se alcançar isso, pelo menos um dos fornos possui reatores variáveis associados com cada fase a fim de variar a reatância da fase respectiva e dessa forma variar o consumo de potência ou corrente do forno para compensar as variações no consumo de potência ou corrente de outro forno compartilhando o mesmo suprimento de potência. Vantajosa mente, as reatân-cias dos reatores variáveis podem variar dentro de uma fração de segundo, na ordem de uma vez por ciclo elétrico.

[0022] A retirada mais constante de potência e/ou corrente através do sistema de múltiplos fornos alcançada pelas modalidades da invenção reduz a possibilidade do suprimento de potência para o sistema de forno ser desligado. Isso é particularmente benéfico para sistemas de suprimento de potência fracos ou isolados que não podem tolerar desvios substanciais de suas condições operacionais projetadas.

Breve Descrição dos Desenhos [0023] Será feita referência agora, por meio de exemplo, aos desenhos em anexo, que ilustram modalidades da presente invenção, e nos quais: [0024] A figura 1A apresenta gráficos ilustrativos mostrando a relação entre a resistência de arco, a corrente e a potência de um eletrodo de formação de arcos em um forno de arco;

[0025] A figura 1B apresenta gráficos ilustrativos mostrando as relações entre a resistência de arco, corrente, reatância e potência de um eletrodo de formação de arcos em um forno de arco utilizando um reator variável acoplado aos eletrodos;

[0026] A figura 2 ilustra um diagrama por fase de um circuito simplificado de um forno de arco elétrico;

[0027] A figura 3 ilustra um diagrama de um circuito simplificado de múltiplos fornos de arco elétricos supridos por um sistema de potência de 3 fases e 3 fios;

[0028] A figura 4 ilustra um diagrama em bloco por fase de um sistema de controle de potência de acordo com uma modalidade da invenção;

[0029] A figura 5 é um diagrama em bloco de uma parte de um sistema de controle para um ou mais fornos, de acordo com uma modalidade da invenção;

[0030] A figura 6 é um diagrama em bloco de uma arquitetura de sistema de controle ilustrativa que pode ser utilizada com o sistema de controle da figura 5;

[0031] A figura 7 é um diagrama em bloco de uma arquitetura de sistema de controle ilustrativa adicional que pode ser utilizada com o sistema de controle da figura 5;

[0032] A figura 8 ilustra graficamente um exemplo de diagramas de fase de um primeiro forno sob uma condição de perda de arco;

[0033] A figura 9 ilustra graficamente um exemplo de diagramas de fase de outros fornos compensando a condição de perda de arco ilustrada na figura 8;

[0034] A figura 10 ilustra graficamente um exemplo de diagramas de fase da retirada de potência total dos fornos representados nas figuras 8 e 9;

[0035] A figura 11 ilustra, em forma de fluxograma, um método de estabilização da potência retirada pelas múltiplas cargas;

[0036] A figura 12 ilustra, na forma de fluxograma, um método de compensação do desequilíbrio nas cargas de múltiplas fases; e [0037] A figura 13 ilustra, na forma de fluxograma, um método de regulagem de posição de eletrodo.

Descrição Detalhada das Modalidades da Invenção [0038] Enquanto as modalidades são descritas por meio de exemplo específiGO com relação aos fornos de arco elétrico, a invenção não está limitada em aplicação a fornos de arco elétrico. As modalidades da presente invenção podem ser aplicáveis a qualquer outro tipo de carga elétrica, incluindo, eletrodos de não formação de arcos, com uma demanda de potência ou corrente reativa ou ativa flutuante ou qualquer outro tipo de carga desequilibrada de 3 fases, incluindo as com suprimento de 3 ou 4 fios.

[0039] Enquanto as modalidades descritas aqui geralmente se referem a fornos de arco elétricos de três fases e três fios com um eletrodo por fase, deve-se compreender que a invenção é aplicável a fornos possuindo apenas um eletrodo, de formação de arcos ou de não formação de arcos e se de corrente contínua ou corrente alternada, ou outros números de eletrodos. Em particular, a invenção pode ser aplicada a fornos possuindo dois eletrodos por fase de um suprimento de potência de múltiplas fases. Por exemplo, a invenção pode ser aplicada a um forno de três fases possuindo seis eletrodos.

[0040] Deve-se compreender que para cada tipo de configuração de forno elétrico, é necessário se fornecer um percurso de retorno para a corrente que atravessa o eletrodo. Isso pode ocorrer através dos condutores do suprimento de potência de três fases ou pode ocorrer através de um condutor dedicado separado para os condutores de suprimento. No caso de um forno de um eletrodo, o percurso de retorno da corrente pode ser através de um meio condutor fixo em contato elétrico com o metal fundido.

[0041] Essa dificuldade em se manter o ponto de ajuste de potência descrito com relação à figura 1 também surge no contexto de cargas de três fases, como será explicado com referência à figura 3. A figura 3 ilustra um circuito simplificado 20 para múltiplos fornos de arco elétrico 22 (possuindo circuitos de suprimento de potência respectivos, F1f F2, Fn). A voltagem de linha é ilustrada em três fases 12a, 12b, 12c. Cada forno inclui três eletrodos de arco elétrico A, B, e C (não ilustrados) - um para cada fase.

[0042] Cada fase do circuito de suprimento de potência para o forno de arco elétrico inclui uma reatância variável 18 (ilustrada individualmente como XvarAi. XvarBi. Xvarci) e uma reatância de circuito fixo 16. Cada fase também inclui a impedância de arco 14, que é feita a partir da reatância de arco (XarCAi, XarcBi. Xarcci) e a resistência de arco (RarcAi, RarcBi, Rareei) unidas em um ponto neutro comum N. Visto que, em geral, as voltagens de fonte, impedâncias de arco 14 e reatâncias variáveis 18 não são equilibradas entre as fases, o ponto neutro N não está necessariamente em potencial terra.

[0043] A impedância de arco varia com o tempo. Para cada forno, o sistema de controle de reatância variável tem dois objetivos: o primeiro é manter a potência de forno o mais próximo possível de um valor de ponto de ajuste a despeito das variações de impedância de arco; o segundo é minimizar o desequilíbrio da corrente de forno a despeito das variações de impedância de arco. As variações em uma das impedâncias de arco causam mudanças correspondentes em todas as três correntes la1, lbi, lci> e na potência do forno. A mudança na impedância de arco normalmente ocorre em uma ou duas das fases, ao invés de em todas as três juntas. Portanto, a reatância variável 18 para cada uma das fases deve ser ajustada para compensar a mudança na potência a fim de ajustar a potência e manter o ponto de ajuste de potência. No entanto, haverá um limite para a extensão na qual essa ação corretiva é efetuada e esse limite corresponde à faixa ajustável das reatâncias variáveis 18 (como ilustrado pela curva D na figura 1b). Por exemplo, o ponto de ajuste de potência pode não ser mantido no caso de eliminação de um arco, visto que existe um limite sobre quantas reatâncias variáveis em cada fase podem ser reduzidas para se compensar a perda do arco. De acordo, isso tende a causar um desequilíbrio entre as fases de um forno de arco.

[0044] Até determinado ponto, o desequilíbrio dentro de um forno devido a variações na impedância do arco 14 de uma fase pode ser compensado pelo ajuste das reatâncias variáveis 18 para cada uma das fases. Ademais, o objetivo da manutenção do ponto de ajuste de potência pode ser conflitante com o objetivo de manutenção de equilíbrio de fase. Por exemplo, o equilíbrio total das fases no caso de eliminação de um arco pode envolver a redução da corrente das outras fases para zero, o que resultaria em uma queda total de potência indesejável para zero.

[0045] Os exemplos acima destacam a necessidade de se ter dois objetivos adicionais quando mais de um forno é suprido a partir de um suprimento de potência comum como ilustrado na figura 3; se manter a retirada total de potência por todos os fornos o mais próximo possível de um ponto de ajuste a despeito dos limites de reatância variável de cada forno; e minimizar o desequilíbrio total na retirada de corrente pelos fornos, a despeito dos limites de reatância variável de cada forno.

[0046] No caso de estabilização de potência ativa e compensação de desequilíbrio de cargas de 3 fases e 3 fios, esses quatro objetivos ou objetivos de controle podem ser expressos utilizando-se as seguintes quatro fórmulas: para cada carga de 3 fases | l2| = valor mínimo para cada carga de múltipla fase. (2) = valor mínimo (4) onde é a corrente de seqüência negati- va.

[0047] A corrente de seqüência negativa é uma medição do desequilíbrio de corrente fornecida pela equação de decomposição a seguir: (5) onde a = 0,5 + j0,866, l2 é a corrente de seqüência negativa, laéo vetor de corrente de fase A, lb é o vetor de corrente de fase B, e lc é o vetor de corrente de fase C.

[0048] Em uma modalidade, a presente invenção aplica as quatro equações de objetivo de controle acima em uma ordem de prioridade fornecida acima, - isso é, os primeiros dois objetivos são manter o ponto de ajuste de potência para um forno individual (Equação 1) e para minimizar o desequilíbrio de potência dentro do forno individual (equação 2); e se essas duas condições não puderem ser cumpridas pela realização de ajustes nas reatâncias variáveis 18 dentro do forno individual, então os ajustes são feitos nas reatâncias variáveis 18 dentro de outros fornos a fim de se cumprir as terceira e quarta condições (equações 3 e 4). A terceira condição é que, independentemente de se os pontos de configuração de potência do forno individual Psp forem correspondidos, a potência total somada deve corresponder ao ponto de ajuste de potência total Ptotaisp· A quarta condição é que, independentemente do estado de desequilíbrio de corrente |l2| dentro de um forno individual, o desequilíbrio total para todos os fornos combinados deve ser minimizado.

[0049] As condições acima não são todas condições necessárias. Algumas modalidades podem incluir apenas algumas dessas condições. Adicionalmente, as condições podem estar em uma ordem diferente de prioridade. Por exemplo, em uma modalidade, o objetivo de minimizar o desequilíbrio geral (equação 4) pode ter precedência sobre o objetivo de manter o ponto de ajuste de potência total (equação 3). Adicionalmente, o nível de prioridade dessas condições pode mudar com o tempo. Isso porque os efeitos negativos dos desequilíbrios no sistema de potência são basicamente relacionados ao calor e aumentam com o tempo. No entanto, os efeitos adversos das mudanças de potência se referem à velocidade de mudança de potência, e tendem a ser maior imediatamente após uma súbita mudança de potência. Portanto, a manutenção do ponto de ajuste de potência ativa total pode ter uma prioridade maior imediatamente após uma grande mudança de carga a fim de minimizar o impacto na frequência do suprimento de potência. No entanto, para uma mudança de carga sustentada, a minimização do desequilíbrio total se torna muito importante.

[0050] Apesar de as expressões acima se referirem à manutenção do ponto de ajuste de potência real (ativa) para cada carga, as mesmas podem ser aplicadas para manter outros pontos de configuração de potência. Por exemplo, podem ser aplicadas a um sistema para manutenção de um ponto de ajuste de potência imaginária (reativa), um ponto de ajuste de potência aparente, ou uma combinação das potências como um ponto de ajuste de fator de potência.

[0051] As referências aqui à estabilização de potência, pontos de configuração de potência, e medições de potência podem se aplicar igualmente à estabilização de corrente, pontos de configuração de corrente, e medições de corrente. Em outras palavras, o sistema de controle 100 pode fornecer a estabilização de corrente da mesma forma que fornece a estabilização de potência.

[0052] Em algumas modalidades, a compensação de desequilíbrio de corrente pode ter um objetivo ou condição de manutenção de um nível predeterminado de corrente desequilibrada ao invés de minimizar ou eliminar a corrente desequilibrada.

[0053] Em algumas modalidades, as cargas associadas com diferentes fases podem ter proposital mente diferentes pontos de configuração de potência e/ou corrente, significando que todo o sistema possui um determinado nível controlado de desequilíbrio. Tal desequilíbrio pode, por exemplo, ser desejável em um forno para fornecer mais potência e/ou corrente para o eletrodo mais próximo do furo de saída do forno. Isso facilita o aquecimento local do banho na área de furo de saída e, consequentemente, a redução local da viscosidade do banho e uma capacidade aperfeiçoada de dar saída ao material líquido do forno.

[0054] Será feita referência agora à figura 4, que ilustra um diagrama em bloco de um sistema de controle de potência 100 de acordo com uma modalidade da presente invenção. O sistema de controle de potência 100 inclui dois fornos (cargas) 101a, e 101b. Apenas uma modalidade de fase única é ilustrada no diagrama para fins de simplicidade de descrição; no entanto, os versados na técnica apreciarão que as funções e princípios operacionais do controle de fase única descrito e ilustrado podem ser estendidas a sistemas de múltiplas fases. Adicionalmente, o sistema de controle de potência pode ser utilizado para controlar a potência para mais de dois fornos.

[0055] Para facilitar a referência nessa descrição, onde uma referência é feita às partes ou funções indicadas pelas referências numéricas possuindo ambos - sufixos a e b, os sufixos podem ser omitidos. Por exemplo, "forno 101" será utilizado para indicar uma referência aos fornos 101a e 101b, a menos que indicado o contrário.

[0056] Cada forno 101 (cada fase no caso de uma modalidade de três fases) inclui um eletrodo 112 acoplado ao lado secundário de um transformador de forno 114. O lado primário do transformador de forno 114 é acoplado a uma fonte de potência de barramento de suprimento 110 através de uma reatância de circuito fixo 116 e um reator variável 118. O reator variável 118 pode ser alternativamente colocado no lado secundário do transformador 114.

[0057] Em uma modalidade, o reator variável 118 inclui um indutor 120 conectado em paralelo a uma combinação em série de um indutor 123 e um comutador tiristor 122. Cada comutador tiristor 122 inclui um par de tiristores dispostos em polaridade oposta um com relação ao outro.

[0058] Cada forno (ou fase) inclui um sistema de controle de reator variável, que inclui um primeiro transformador de voltagem 130 para medir a voltagem no lado de suprimento do reator variável 118, um segundo transformador 132 para medir a voltagem no lado do forno do reator variável 118, um transformador de corrente 134 para medir a corrente principal que flui para o transformador de forno 114, e um controlador de reator 128.

[0059] O controlador de reator 128 recebe informação dos primeiro e segundo transformadores de voltagem 130, 132, o transformador de corrente 134 e uma entrada de ponto de ajuste de potência desejada 136. O controlador de reator 128 controla o reator variável 118 com base nos cálculos realizados utilizando-se tal informação.

[0060] O controlador de reator 128 pode compreender um dispositivo programável, tal como um processador de sinal digital, um micro-controlador, um microprocessador, um computador pessoal, ou um circuito integrado específico de aplicativo (ASIC). O controlador de reator 128 pode operar sob o controle de programa armazenado compreendendo instruções de programa de computador, o controle de programa armazenado implementando as funções e operações descritas aqui e sendo armazenado em um elemento de memória, tal como fir-mware. A programação adequada do controlador de reator 128 para implementar as funções ou operações descritas aqui estará dentro da compreensão dos versados na técnica. Os versados na técnica tam- bém apreciarão que o controlador de reator 128 pode ser implementado utilizando-se outras combinações de hardware e/ou software.

[0061] O controlador de reator 128 controla a reatância do reator variável 118 pelo ajuste de ângulos de disparo dos tiristores 122, aumentando ou reduzindo, assim, a corrente através do indutor 123. Com base nas leituras de corrente e voltagem em andamento adquiridas a partir dos primeiro e segundo transformadores de voltagem 130, 132, o transformador de corrente 134, o controlador de reator 128 cria acesso aos tiristores 122 para variar a reatância a fim de regular as oscilações ou desequilíbrios de potência no forno a arco 101 (em torno do ponto de ajuste de potência desejado 136) que resultam das flutuações de impedância do arco.

[0062] Cada forno 101 (ou fase) pode incluir adicionalmente um controlador de posição de eletrodo 148 que recebe registros de um transformador de voltagem 158 e um transformador de corrente 160 no lado secundário do transformador de forno 114. O controlador de posição de eletrodo 148 é acoplado de forma operacional a um sistema de movimentação de eletrodo 154 para ajustar a altura dos eletrodos 112, e dessa forma, a impedância de arco. O controlador de posição de eletrodo 148 pode, portanto, ajustar a altura dos eletrodos 112 a fim de compensar as mudanças na impedância de arco. O tempo de resposta do sistema de posicionamento de eletrodo é tipicamente pelo menos uma ordem de magnitude mais lenta do que o sistema de reatância variável.

[0063] Um sistema de alimentação de batelada 170 é acoplado a cada forno 101 para suprir material novo para o forno 101 para reagir à remoção do material processado do forno 101. Cada sistema de alimentação de batelada 170 é controlado por um controlador de taxa de alimentação 172. O controlador de taxa de alimentação 172 regula o suprimento de material novo e tem uma saída acoplada ao controlador de posição de eletrodo 148 através da qual fornece ao controlador de posição de eletrodo 148 um sinal de dados correspondendo à taxa de alimentação do novo material. O controlador de posição de eletrodo 148 utiliza esse sinal de dados para antecipar as mudanças na impe-dância de arco ou para compensar as mudanças na impedância de arco. Por exemplo, antes da introdução do material novo em um dos fornos 101a, o controlador de posição de eletrodo 148a pode iniciar o abaixamento do eletrodo 112a.

[0064] O controlador de reator 128a mantém o nível do ponto de ajuste de potência de forno, a despeito do abaixamento do eletrodo 112a e da redução consequente na impedância de arco, pelo aumento da reatância do reator variável 118a e dessa forma impedindo que a potência exceda o ponto de ajuste de potência. A ação de antecipar do controlador de posição de eletrodo 148 posiciona os eletrodos 112a em tal altura de forma a mitigar a entrada de material novo no forno quebrando o percurso de arco. Ao mesmo tempo, o controlador do reator 128 mantém o ponto de ajuste de potência do forno através de ajustes do reator variável 118.

[0065] Mediante finalização da alimentação de novo material para dentro do forno, o eletrodo 112 é erguido na direção de sua posição anterior pelo controlador de posicionamento de eletrodo 148 e os ajustes consequentes são realizados pelo controlador de reator 128 para garantir que o ponto de ajuste de potência de forno seja mantido durante o movimento do eletrodo 112.

[0066] Com referência também à figura 13, é ilustrado, na forma de um fluxograma, um método 600 de regulagem de posição de eletrodo. O método 600 começa na etapa 602, quando o controlador de posicionamento de eletrodo 148 recebe um sinal de solicitação de alimentação do controlador de taxa de alimentação 172 indicando que material novo está entrando no forno 101. O sinal de solicitação de alimentação pode resultar de uma instrução de alimentação iniciada manualmente pelo operador, ou pode resultar de uma instrução de alimentação automatizada no caso de um sistema de controle de alimentação automatizada. Uma vez que o controlador de posicionamento de eletrodo 148 recebe o sinal de solicitação de alimentação o mesmo elimina a configuração de impedância do eletrodo na etapa 604 e inicia o abaixamento dos eletrodos 112 na etapa 606.

[0067] Enquanto os eletrodos 112 estão sendo abaixados, na etapa 608 o controlador de reator 128 mantém o ponto de ajuste de potência e/ou corrente através dos ajustes no reator variável 118. Na etapa 610, o controlador de posicionamento de eletrodo 148 determina se ou não o eletrodo 112 alcançou a posição desejada. Pode tomar essa decisão com base na impedância do eletrodo e/ou no comprimento do arco calculado alcançando um valor limite. O valor limite pode corresponder a uma altura na qual o eletrodo 112 está em contato direto com o banho de escória, minimizando, assim, a possibilidade de o tipicamente poucos segundos para que o eletrodo 112 seja abaixado para tal nível.

[0068] Uma vez que o eletrodo 112 alcança a altura desejada, então na etapa 612 o controlador de posicionamento de eletrodo 148 envia um sinal de ativação para o controlador de taxa de alimentação 172 para indicar que o controlador de taxa de alimentação 172 pode agora iniciar a introdução de novo material de alimentação para o forno. De acordo, na etapa 614, o sistema de alimentação 170 começa a introduzir o novo material no forno 101.

[0069] O sistema de alimentação 170 envia ao controlador de posição de eletrodo um sinal de finalização (não ilustrado) na etapa 616 para indicar o final do processo de alimentação. Em resposta a esse sinal, na etapa 618, o controlador de posicionamento de eletrodo começa a retirar ou elevar o eletrodo. Novamente, enquanto a altura do eletrodo 112 está sendo alterada, o controlador de reator 128 ajusta o valor do reator variável 118 para manter um ponto de ajuste de potência e/ou corrente na etapa 620. Na etapa 622, o controlador de posição de eletrodo 148 determinar se ou não o eletrodo 112 alcançou a altura desejada. Essa determinação pode ser baseada na impedância do eletrodo, que pode ser comparada com o ponto de ajuste de impedância de eletrodo que foi temporariamente eliminada na etapa 604. Uma vez que a impedância do eletrodo (ou comprimento de arco ou outra medição) alcança o ponto de ajuste adequado, então na etapa 624, o controlador de posição de eletrodo 148 mantém a posição de eletrodo e retorna para a operação normal.

[0070] Na presente modalidade, as flutuações na impedância de arco podem ser compensadas através do ajuste do reator variável 118, ajuste da posição de eletrodo, ou ambos. Será apreciado também que o ajuste da posição de eletrodo é uma ação corretiva que exige tipicamente mais tempo do que o ajuste do reator variável 118, que pode ocorrer com cada meio ciclo de voltagem de suprimento. De acordo, o sistema de controle de reatância variável (isso é, reator variável 118 em combinação com o controlador de reator 128) pode responder mais rapidamente às variações na impedância de arco do que o sistema de posicionamento de eletrodo, permitindo ao sistema de posicionamento de eletrodo tempo para reagir às variações.

[0071] Os métodos e sistemas descritos aqui podem ser implementados utilizando-se sistemas de controle de reatância variável, sistemas de posicionamento de eletrodo, ou ambos, para fins de reação às flutuações de potência e/ou corrente e/ou controle de desequilíbrios. Apesar de as modalidades a seguir se referirem ao uso de um sistema de controle de reatância variável para estabilização de potência e/ou corrente ou compensação de desequilíbrio, a presente invenção não está limitada ao uso de um sistema de controle de reatância variável. Outras modalidades podem empregar um sistema de posicionamento de eletrodo apenas ou em combinação com um sistema de controle de reatância variável.

[0072] Com referência novamente à figura 4, o sistema de controle de potência 100 inclui adicionalmente um controlador central 200. O controlador central 200 é acoplado a cada forno (ou fase) para receber dados de medição referentes às características operacionais de cada forno. Por exemplo, em uma modalidade, o controlador central 200 é acoplado a cada controlador de reator 128, e em particular a cada transformador de corrente 134 para receber as medições de corrente para cada forno.

[0073] O controlador central 200 inclui entradas adicionais acopladas a cada controlador de reator 128 ou especificamente a cada primeiro transformador de voltagem 130 para receber uma medição da voltagem no lado de suprimento do reator variável 118 para cada forno. Em outras palavras, o controlador central 200 recebe medições de voltagem e corrente para cada forno (ou fase). O controlador central 200 pode receber as medições de voltagem e corrente através do acoplamento direto com os transformadores de corrente e voltagem adicionais, os transformadores de corrente e voltagem 134, 130 utilizados no circuito de controle de reatância variável, ou indiretamente de uma ou mais portas de saída do controlador de reator 128. Será apreciado que pode haver outras disposições pelas quais o controlador central 200 é fornecido com medições de voltagem e/ou corrente para cada um dos fornos (ou fases).

[0074] As características operacionais monitoradas pelo controlador central 200 incluem a configuração ou valor de cada reator variável 118. Essa configuração de reator variável é registrada no controlador central 200 a partir de cada controlador de reator 128. Por exemplo, cada controlador de reator 128 envia sua configuração de reatância calculada para o controlador central 200.

[0075] O controlador central 200 inclui adicionalmente uma entrada para o recebimento de um valor de ponto de ajuste de potência total 208. O valor de ponto de ajuste de potência total 208 é calculado a partir da soma de entradas de ponto de ajuste de potência desejadas individuais 136 para cada forno. Preferivelmente, o controlador central 200 recebe os valores de ponto de ajuste de potência individuais 136 de cada um dos controladores de reator 128 e calcula o valor do ponto de ajuste de potência total 208 pela soma dos valores recebidos.

[0076] O controlador central 200 pode compreender um processador de sinal digital, um microprocessador, um microcontrolador, ou outro dispositivo programável para execução de um programa armazenado na memória, por exemplo, firmware, para implementar as funções descritas aqui. Será apreciado que as funções do controlador central 200 podem ser implementadas utilizando-se um número de diferentes configurações de hardware e/ou software. A programação adequada do controlador central 200 está contida no conhecimento dos versados na técnica com relação à presente descrição.

[0077] O controlador central 200 regula a operação total de todos os fornos (e potência em cada fase para cada forno de múltiplas fases) de acordo com uma ou mais das condições descritas acima. De acordo, o controlador central 200 inclui uma primeira porta de saída 202 acoplada a cada controlador de reator 128. O controlador central 200 envia um primeiro sinal de controle através da primeira porta de saída 202 fornecendo assim instruções para o controlador do reator 128 para ajuste do reator variável 118. Em uma modalidade, o controlador central 200 também inclui uma segunda porta de saída 204 acoplada ao controlador de posição de eletrodo 148. O controlador central 200 envia um segundo sinal de controle através da segunda porta de saída 204, fornecendo, assim, instruções para o controlador de posição de eletrodo 148 para ajuste da altura do eletrodo. Os primeiro e segundo sinais de controle podem compreender um valor calculado pelo controlador central 200 para satisfazer uma ou mais das condições. O valor calculado pelo controlador central 200 eliminará o valor calculado pelo controlador de reator 128 para governar seu controle do reator variável correspondente 118.

[0078] Em uma modalidade, o controlador central 200 estabiliza o consumo de potência de múltiplas cargas de três fases, de forma a satisfazer a primeira e/ou terceira condição descrita acima. A primeira condição (exemplificada pela equação 1) exige que a soma da potência retirada por cada eletrodo de um forno seja igual a um valor de ponto de ajuste de potência para esse forno. A terceira condição (exemplificada pela Equação 3) exige que a soma do consumo individual de potência por todos os fornos seja igual ao valor de ponto de ajuste de potência total para todo o sistema.

[0079] O controlador central 200 monitora as características operacionais para cada um dos fornos (ou fases) e identifica se um forno (ou fase) foi incapaz de compensar uma queda de potência individualmente. Por exemplo, um determinado forno de três fases, A, pode sofrer uma queda na potência de três fases e pode tentar compensar isso utilizando os reatores variáveis 118. O controlador central 200 monitora as correntes e voltagens e a configuração dos reatores variáveis 118 no forno A.

[0080] Se a configuração dos reatores variáveis 118 alcançar um valor mínimo ou máximo, e a potência retirada pelo forno A desviar do ponto de ajuste de potência do forno A PspA em mais do que uma quantidade predeterminada P, então o controlador central 200 agirá para compensar o desvio. O controlador central 200 calcula a extensão na qual a potência retirada pelo forno A está aquém (ou além) do ponto de ajuste de potência desejada PspA, e instrui os fornos restantes a aumentarem ou reduzirem sua retirada de potência em uma quantidade determinada para compensar o desvio de potência no forno A.

[0081] De forma similar, por exemplo, dentro de um único forno de três fases uma fase pode sofrer uma queda ou elevação na potência e o controlador central 200 pode tentar compensar isso utilizando o reator variável 118 associado com essa fase. Se o controlador de reator variável 128 para essa fase for incapaz de compensar visto que a configuração do reator variável 118 alcança um valor máximo ou mínimo e a potência não retornou para seu ponto de ajuste, então o controlador central 200 determina que o controlador de reator variável 128 para essa fase é incapaz de solucionar a mudança de potência sozinho. De acordo, o controlador central 200 pode determinar a quantidade pela qual as fases restantes devem aumentar ou reduzir sua retirada de potência para compensar a falta ou excesso em uma fase. Emite, então, sinais de controle para instruir os controladores de reator variável 128 nas outras fases a ajustarem seu consumo de potência através do ajuste de seus pontos de configuração de potência, e dessa forma, os valores de reatância de seus reatores variáveis 118.

[0082] Com referência também à figura 11, é ilustrado um fluxo-grama de um método 400 de estabilização do consumo de potência de pelo menos duas cargas. O método 400 começa na etapa 402, onde o controlador central 200 monitora as características operacionais das cargas elétricas nos fornos. Em particular, o controlador central 200 monitora se ou não a carga está operando no ponto de ajuste de potência predeterminado. Também monitora se ou não o valor ou configuração do reator variável de cada carga alcançou uma configuração máxima ou mínima. Na etapa 404, o controlador central determina se ou não a ação corretiva é necessária determinando se a potência retirada por uma carga desviou de um ponto de ajuste. Também determina se o reator variável associado com a carga (ou no caso de uma carga de três fases, qualquer um dos três reatores disponíveis) alcançou um valor máximo ou mínimo. Se essas duas condições tiverem ocorrido, então o controlador central reconhece que a compensação é necessária para estabilizar o consumo de potência e o método continua na etapa 406. Se essas condições não existirem, isso é, se a potência retirada não desviar do ponto de ajuste ou o reator variável associado não tiver alcançado um valor máximo ou mínimo, então o método retorna para a etapa 402 para continuar o monitoramento da situação.

[0083] Será apreciado que as cargas podem ser por cargas de fase dentro de um forno de três fases individual, ou podem ser cargas de três fases associadas a múltiplos fornos. No último caso, o controlador central pode receber entradas individuais para cada fase dentro de cada forno e pode monitorar os reatores variáveis de cada fase dentro de cada forno.

[0084] Na etapa 406, o controlador central determina a extensão na qual deve realizar a ação corretiva para manter um ponto de ajuste de potência total. Calcula a diferença entre a potência medida retirada e o ponto de ajuste de potência total. Por exemplo, se uma das cargas tiver um ponto de ajuste de potência de 70 MW e tiver caído para uma retirada de potência real de 50 MW, e duas outras cargas estiverem retirando potência no ponto de ajuste de potência de 70 MW, então existe uma queda de 20 MW.

[0085] Na etapa 408, o controlador central determina a mudança de potência necessária dentro dos outros fornos (além do forno que está passando por dificuldades) para compensar a diferença calculada. O controlador central pode empregar várias regras ou algoritmos para determinar a extensão na qual as outras cargas devem compensar a redução de potência. Em algumas modalidades, a retirada de potência adicional necessária pode ser dividida igualmente entre os outros fornos. Em outras modalidades, regras mais complicadas podem ser aplicadas para a determinação da divisão relativa da retirada de potência adicional necessária.

[0086] Em uma modalidade, o controlador central pode incluir um armazenamento em memória de uma tabela de consulta. A tabela de consulta pode especificar, para quedas de potência particulares associadas com cargas particulares, o aumento correspondente de potência que as outras cargas devem implementar. O controlador central pode adicionalmente aplicar a interpolação para valores que se encontram entre dois registros na tabela de consulta. Os valores da tabele de consulta podem ser parcialmente baseados na curva de capacidade térmica de curto prazo do suprimento de potência e no processo para o ponto de operação de forno em particular.

[0087] Uma vez que o controlador central 200 determinou os aumentos de potência relativa necessários de outras cargas para compensar a queda de potência, então na etapa 410 o mesmo emite comandos de “override” de potência para os controladores de reator variável 128 associados com as outras cargas. Pode, por exemplo, enviar um sinal de controle especificando um novo ponto de ajuste de potência específico de carga. Alternativamente, pode enviar um sinal de controle especificando um incremento pelo qual o ponto de ajuste de potência específico de carga existente deve ser aumentado. O comando de “override” de potência também pode incluir uma duração de “override” pode ser um valor predeterminado armazenado no controlador central 200. A duração de “override” pode depender da situação e pode ser especificada pela tabela de consulta.

[0088] Cada um dos controladores de reator variável 128 associado com as outras cargas recebe seu comando de “override” de potência na etapa 412 e regula seu ponto de ajuste de potência específico de carga de modo correspondente. Na etapa 414, os controladores de reator variável 128 reagem ao ponto de ajuste de potência específica de carga ajustado pela determinação de um novo valor para seu reator variável associado 118. De acordo, os valores dos reatores variáveis são alterados e a potência retirada por cada uma das cargas varia para corresponder aos pontos de configuração de potência específicos de carga ajustados. Os controladores de reator variável 128 mantêm esses pontos de configuração de potência específicos de carga ajustados até que a duração de “override” expire.

[0089] Na etapa 416, os controladores de reator variável 128 determinam se ou não a duração de “override” expirou. Se tiver expirado, então na etapa 418, os mesmos reconfiguram seus pontos de configuração de potência específicos de carga para remover o componente de “override” e retornam para a operação normal. O método 400 então retorna para a etapa 402, onde o controlador central 200 continua sua função de monitoramento.

[0090] Em uma modalidade alternativa, na etapa 418 o controlador central 200 determina novamente o consumo de potência das cargas e determina se ou não a carga problemática retornou para a operação normal, por exemplo se ou não o problema de deficiência de potência foi resolvido. Se for esse o caso, então o mesmo cancela os comandos de “override” e retorna para a etapa 402. Se não, então pode estender o período de “override” , modificar os comandos de “override” de acordo com instruções adicionais na tabela de consulta ou cancelar o “override” e alertar um operador sobre o problema.

[0091] Em outra modalidade alternativa, o sistema de controle 100 não apresenta sistemas de controle de reatância variável individuais 128 associados com cada reator variável 118. Ao invés disso, o sistema de controle central 200 controla diretamente cada reator variável 118. Por exemplo, uma carga de três fases pode ter um reator variável 118 para cada fase e o sistema de controle 100 pode fornecer um con- trolador central 200 acoplado a cada reator variável 118 para o monitoramento das características operacionais de cada fase e o gerenciamento dos ajustes correspondentes para cada reator variável 118. Tal modalidade pode ser implementada como uma carga de três fases de configuração em Y, isso é, uma carga suprida através de um sistema de 3 fios sem qualquer conexão de fio neutro.

[0092] Diferentes pontos de configuração podem ser aplicados a cada fase da carga de três fases, resultando em um nível predeterminado de desequilíbrio. A inter-relação das três cargas leva a um sistema de equações que o controlador central 200 soluciona a fim de determinar ajustes necessários para todos os três reatores variáveis a fim de solucionar os desvios de um ou mais dos pontos de configuração. As mudanças em um reator variável 118 afeta as características operacionais de todas as fases. Para se ajustar as características de uma fase de forma a resolver o desvio de um ponto de ajuste, ajustes são realizados em todos os reatores variáveis 118. O ajuste de cada reator variável é determinado, levando-se em consideração as características de todas as fases.

[0093] Adicionalmente, ou alternativamente à implementação de uma função de estabilização de potência, o controlador central 200 pode implementar uma função de compensação de desequilíbrio. A segunda condição apresentada acima (Equação 2) menciona que o desequilíbrio dentro de uma carga de três fases deve ser minimizado. A quarta condição (Equação 4) menciona que o desequilíbrio total dentro de um sistema de carga de três fases múltiplo deve ser minimizado.

[0094] Com referência novamente à figura 4, o controlador central 200 monitora a extensão do desequilíbrio dentro de uma ou mais cargas de três fases. No caso de um único forno possuir uma carga de três fases, o controlador central 200 determina a extensão do desequilíbrio dentro da carga de três fases e fornece instruções corretivas pa- ra os controladores de reator variável 128 para minimizar o desequilíbrio. No caso de múltiplos fornos, cada um possuindo cargas de três fases, o controlador central 200 determina se a combinação geral dos fornos exibe desequilíbrio. Pode determinar se o desequilíbrio geral é devido a um desequilíbrio significativo dentro de um dos fornos e se esse forno é incapaz de compensar o desequilíbrio. Fornece, então, instruções corretivas para os fornos restantes.

[0095] Por exemplo, no caso de um único forno, o controlador central 200 monitora a corrente em cada fase e determina a corrente de seqüência negativa l2 para o forno de acordo com a equação 5. Se o cálculo da corrente de seqüência negativa l2 indicar que o forno está desequilibrado, então o controlador central 200 pode determinar a ação corretiva para minimizar o desequilíbrio. Por exemplo, pode concluir que o desequilíbrio é resultante de uma medição de corrente baixa em uma das fases e pode corrigir o desequilíbrio reduzindo a corrente nas outras duas fases. Isso resultaria na retirada de potência reduzida e precisaria ser avaliado em comparação com o objetivo de manutenção de um ponto de ajuste de potência. O controlador central 200 pode incluir uma memória de armazenamento de regras lógicas ou uma tabela de consultas para solucionar a ação corretiva adequada para uma determinada situação.

[0096] Para compensar uma situação desequilibrada, o controlador central 200 envia sinais de comando para os controladores de reator variável 128 e, em resposta, os controladores de reator variável 128 ajustam as reatâncias de seus reatores variáveis associados 118. Como descrito acima, em uma modalidade, os sinais de comando podem compreender um ponto de ajuste de potência de “override” a ser utilizado no lugar do ponto de ajuste de potência normal para a carga. Em outra modalidade, o sinal de comando pode compreender um aumento ou redução do ponto de ajuste de potência incrementado. Ou- tros sinais de comando podem ser utilizados ao invés de um sinal de “override” de ponto de ajuste, incluindo a especificação de um ponto de ajuste atual ou um valor de reator variável ou configuração.

[0097] Com referência também à figura 5, o controlador central 200 é descrito em maiores detalhes. A função do controlador central 200 é monitorar e controlar os reatores variáveis 118 e os controladores de posição de eletrodo 148 para garantir que cada fase dentro de cada forno e cada forno propriamente dito estejam operando em seu ponto de ajuste. Para essa finalidade, o controlador central 200 se comunica com os controladores de reator variável 128, diretamente ou através de um controlador intermediário (como descrito abaixo) para realizar os ajustes nos valores de reatância dos reatores variáveis 118.

[0098] O controlador central 200, que também pode ser chamado de controlador de compensação ou controlador geral devido às suas funções de monitoramento e compensação, compreende um processador de computador 220, que pode compreender uma única unidade de processamento central (CPU) ou múltiplos processadores. O processador de computador 220 executa instruções de programa de computador na forma de módulos de software programados para facilitar as funções de monitoramento e controle descritas aqui. As instruções de programa de computador executadas pelo processador de computador 220 são armazenadas na memória 222 e acessadas pelo processador de computador 220 como necessário. O controlador central 200 compreende adicionalmente uma memória de base de dados 226 acessível pelo processador de computador 220 para armazenamento das tabelas de consulta contendo valores de reatância e/ou valores de ângulo de acesso a tiristor correspondentes aos pontos de configuração em particular. A base de dados 226 também pode conter dados históricos e analíticos recebidos pelo controlador central 200 durante a operação de suas funções de monitoramento e controle.

[0099] O controlador central 200 compreende adicionalmente, ou tem associado ao mesmo, uma interface de usuário 224 para permitir que um operador do forno interfaceie com o controlador central 200. A interface de usuário 224 pode ser qualquer forma de equipamento de interface de usuário padrão, incluindo, por exemplo, um ou mais monitores, um teclado e um dispositivo de posicionamento de cursor, tal como um mouse. Adicionalmente, a interface de usuário 224 pode compreender uma conexão de rede para interface distribuída com o controlador central 220 a partir de um número de terminais conectados à rede.

[00100] No caso de múltiplos fornos, o controlador central 200 pode monitorar o desequilíbrio de potência ou corrente geral de múltiplas cargas de três fases e a configuração dos sistemas de posicionamento e reatores variáveis 118 para cada uma das cargas de três fases. O controlador central 200 pode adicionalmente ou alternativamente monitorar o desequilíbrio significativo de potência ou corrente em qualquer uma das múltiplas cargas de três fases. Se uma condição de desequilíbrio existir e um ou mais reatores variáveis 118 estiverem em suas configurações mínima ou máxima, então a ação corretiva realizada pelo controlador central 200 pode ser necessária para compensar a incapacidade de um forno de alcançar seu ponto de ajuste pelo ajuste dos reatores variáveis e/ou posições de eletrodos de outro forno de acordo com um ponto de ajuste modificado.

[00101] No caso de múltiplos fornos, cada forno pode ter seu próprio controlador de nível "central" ou "intermediário" acoplado aos três controladores de reator variável 128 associados à carga de três fases. O controlador central 200 pode então se comunicar diretamente com os controladores intermediários. Em outras palavras, pode haver um "aninhamento" de controladores. Alternativamente, o controlador de reator variável 128 pode controlar mais de um reator variável, como ilustrado na figura 6, e se comunicar diretamente com o controlador central 200. Os controladores de reator variável 128 podem, dessa forma, agir como uma forma de controlador intermediário. O controlador central 200 também pode, adicionalmente ou alternativamente, se comunicar diretamente com os controladores de reator variável 128 para cada fase, como ilustrado na figura 7.

[00102] Para monitorar o desequilíbrio de cada carga, o controlador central 200 pode receber medições de corrente diretamente através dos transformadores de corrente 134. Em outra modalidade, o controlador central 200 pode obter medições de corrente a partir dos controladores de reator variável por fase 128. Em outra modalidade, um controlador central 200 pode obter medições de corrente do controlador intermediário para cada forno. Em outras modalidades, o controlador central 200 pode receber a condição de desequilíbrio calculada de cada forno de três fases de seu controlador intermediário associado.

[00103] Em qualquer caso, o controlador central 200 monitora o desequilíbrio geral e/ou desequilíbrio de fornos individuais, e monitora se um reator variável associado com um dos forno sofrendo o desequilíbrio está no final de sua faixa de configurações de valores. Isso indica que o forno é incapaz de compensar a situação de desequilíbrio sozinho. De acordo, o controlador central 200 tenta compensar o desequilíbrio de um forno pela introdução do desequilíbrio de desvio em um ou mais dos outros fornos. O controlador central 200 monitora e compensa a potência desequilibrada através de todos os fornos no sistema de forno dessa maneira.

[00104] O controlador central 200 determina a quantidade de corrente de seqüência negativa l2 necessária para desviar a corrente de seqüência negativa l2 associada ao forno desequilibrado. Como explicado acima com relação à estabilização de potência, o controlador central 200 pode utilizar regras lógicas ou algoritmos para calcular as mudanças adequadas necessárias pelos fornos restantes para gerar a corrente de seqüência negativa l2 de desvio. O controlador central 200 pode consultar uma tabela de consulta armazenada na memória 222 ou base de dados 226 no controlador central 200 para determinar os valores de reatância necessários para se tomar a ação corretiva adequada. A ação corretiva pode incluir a instrução de outros fornos para aumentarem ou reduzirem a potência ou corrente em uma ou mais fases.

[00105] O sinal de comando emitido pelo controlador central 200 para o controlador intermediário ou para os controladores de reator variável 128 pode incluir pontos de ajuste de “override” de potência ou corrente para fases particulares, e pode incluir uma duração de “override” . Em uma modalidade na qual o controlador central 200 envia seu sinal de comando para um controlador intermediário e o sinal de comando especifica uma corrente de seqüência negativa em particular l2 necessária para o forno, então o controlador intermediário pode armazenar uma tabela de consulta determinando os valores de reatância variável associados com as correntes de seqüência negativa particulares l2, potência retirada, e impedâncias de arco. A interpolação pode ser utilizada para determinar os valores entre os registros na tabela. O controlador intermediário pode então emitir sinais de controle para os controladores de reator variável por fase 128 especificando a configuração de suas reatâncias variáveis associadas 118.

[00106] Será feita referência agora à figura 12, que ilustra um método 500 de compensação de desequilíbrio em uma ou mais cargas de múltiplas fases. O método 500 começa na etapa 502, onde o controlador central 200 monitora as características operacionais de uma ou mais cargas/fases. Em particular, o controlador central 200 monitora se ou não as cargas/fases estão desequilibradas além de um limite. O limite pode ser configurado em zero, significando que qualquer dese- quilíbrio será notado, mas na prática o limite pode ser configurado de modo a permitir uma pequena quantidade de desequilíbrio de cerca de 10%. O controlador central 200 também pode monitorar se ou não o valor ou configuração do reator variável 118 de qualquer fase em uma ou mais cargas alcançou uma configuração máxima ou mínima.

[00107] Na etapa 504, o controlador central 200 determina se ou não uma ação corretiva é necessária pela determinação de se o desequilíbrio em uma ou mais cargas excede um limite. Pode identificar adicionalmente a carga particular que causou o desequilíbrio total -isso é, a carga de desequilíbrio. Também determina se a reatância do reator variável 118 associado com a carga desequilibrada alcançou um valor máximo ou mínimo. Se essas condições tiverem ocorrido, então o controlador central 200 reconhece que essa compensação é necessária para se reequilibrar o consumo de potência e o método continua na etapa 506. Se essas condições não existirem, isso é, se o sistema geral estiver equilibrado ou se o reator variável associado 118 não tiver alcançado um valor máximo ou mínimo, então o método retorna para a etapa 502 para continuar a monitorar a situação.

[00108] Na etapa 506, o controlador central 200 determina a extensão na qual deve tomar a ação corretiva para compensar o desequilíbrio detectado. Em uma modalidade de carga única de múltiplas fases, o mesmo determina a magnitude do desequilíbrio em uma fase e determina os ajustes que precisam ser realizados em outras fases para se compensar e equilibrar o sistema. Em uma modalidade de múltiplos fornos, o mesmo determina a corrente de seqüência negativa l2 para o forno desequilibrado de forma a identificar a extensão na qual a corrente de seqüência negativa de desvio é necessária de outras cargas de forma a equilibrar o sistema como um todo.

[00109] Na etapa 508, o controlador central 200 determina as mudanças de corrente e/ou potência necessárias dentro de outros fornos (outro além do forno que está com dificuldades) para compensar o desequilíbrio. Por exemplo, e como descrito por meio de exemplo abaixo com relação às figuras de 4 a 6, em uma situação de múltiplas cargas, o controlador central 200 pode determinar as correntes de seqüência negativa necessárias em cada fase para cancelar as correntes de seqüência negativa atribuídas à carga desequilibrada. O controlador central 200 pode então alocar as correntes de seqüência negativa por fase necessárias a cada uma das cargas e calcular os ajustes por fase necessários em cada carga para introduzir um desequilíbrio suficiente para produzir a corrente de seqüência negativa.

[00110] O controlador central 200 pode empregar um número de regras ou algoritmos para determinar como outras cargas podem compensar o desequilíbrio. Em algumas modalidades, o desequilíbrio necessário pode ser dividido igualmente entre os outros fornos. Em outras modalidades, regras mais complicadas podem ser aplicadas para a determinação da divisão relativa do desequilíbrio necessário.

[00111] Em uma modalidade, o controlador central 200 pode armazenar uma tabela de consulta na base de dados 226 ou memória 222. A tabela de consulta pode especificar, para condições de desequilíbrio particulares, os ajustes de potência e/ou corrente correspondentes em cada fase das outras cargas para reagir ao desequilíbrio. O controlador central 200 pode aplicar adicionalmente a interpolação para os valores que se encontram entre dois registros na tabela de consulta.

[00112] Uma vez que o controlador central 200 determinou a potência relativa e/ou ajustes necessários para cada fase em outras cargas para compensar o desequilíbrio, então na etapa 510 emite os comandos de “override” para os controladores de reator variável 128 associados com outras fases/cargas. Pode, por exemplo, enviar um sinal de controle especificando um novo ponto de ajuste de potência ou corrente específico de carga. Alternativamente, pode enviar um sinal de con- trole especificando um incremento pelo qual o ponto de ajuste de potência ou corrente específico de carga existente deve ser aumentado. O comando de “override” também pode incluir uma duração de “over-ride” . A duração de “override” pode ser um valor predeterminado armazenado no controlador central 200. A duração de “override” pode depender da situação e pode ser especificada pela tabela de consulta.

[00113] Cada um dos controladores de reator variável 128 associado com cada fase nas outras cargas recebe seu comando de “override” na etapa 512 e ajusta sua operação de acordo. Isso pode, por exemplo, incluir o ajuste de ponto de ajuste de potência ou corrente específico de carga (ou específico de fase). Na etapa 514, os controladores de reator variável 128 ajustam seu reator variável associado 118 para se conformar às configurações de “override” especificadas pelo comando de “override”. De acordo, os valores dos reatores variáveis 118 são alterados e a potência e/ou corrente retirada por cada uma das outras fases/cargas varia. Os controladores de reator variável 128 mantêm os pontos de configuração de potência e/ou corrente específicos de carga ajustados até que a duração de “override” expire. Na etapa 516, os controladores do reator variável 128 determinam se ou não a duração de “override” expirou. Se tiver expirado, então na etapa 518 os mesmos reconfiguram seus pontos de configuração de potência e/ou corrente específicos de carga para remover o componente de “override” e retornar para a operação normal. O método 500 então retorna para a etapa 502, onde o controlador central 200 continua sua função de monitoramento.

[00114] Em uma modalidade alternativa, na etapa 518 o controlador central 200 determina novamente o desequilíbrio das cargas e determina se ou não a carga problemática retornou para a operação normal, por exemplo, se ou não o problema de desequilíbrio foi solucionado. Se tiver sido, então o mesmo cancela os comandos de “overri- de” e retorna para a etapa 502. Se não, então pode estender o período de “override”, modificar os comandos de “override” de acordo com instruções adicionais na tabela de consulta, ou cancelar o “override” e alertar um operador sobre o problema.

[00115] Em geral, é desejável se manter a duração de “override” relativamente curta, a fim de deixar cada forno manter seu próprio ponto de ajuste, se possível. Além disso, os aumentos nos pontos de configuração de potência podem estar além da capacidade de determinados componentes de suprimento de potência e devem ser limitados em termos de duração de forma que os pontos de configuração aumentados não excedam a curva de capacidade de sobrecarga do equipamento. Tais curvas de capacidade permitem tipicamente uma capacidade de curto prazo relativamente maior do que a classificação contínua, sem danificar o equipamento. Dessa forma, uma duração mais curta da sobrecarga permite um aumento de ponto de ajuste maior. Por exemplo, uma curva de sobrecarga do transformador pode permitir um aumento de 200% acima de seu valor classificado por poucos segundos, mas apenas 110% acima de seu valor classificado para durações de até cinco minutos. As durações permitidas de “override” para cada magnitude de “override” podem ser calculadas e armazenadas em uma tabela de consulta na base de dados 226.

[00116] Um “override” de ponto de ajuste pode terminar como um resultado da expiração da duração ou correção do desvio que deu lugar ao “override”. Uma vez encerado o “override”, o ponto de ajuste pode retornar para seu nível original. Esse retorno pode ser a uma taxa predeterminada, de forma a diminuir gradualmente e evitar uma mudança súbita nos valores de potência. Por exemplo, o ponto de ajuste pode ser reduzido ou aumentado para seu nível original a uma taxa de cerca de 1 % por segundo.

[00117] Em uma modalidade do método 500, a etapa 504 também pode incluir o monitoramento de um grau de desvio e do período de tempo durante o qual o desvio se estende, para uma característica operacional determinada, tal como potência ou corrente. Por exemplo, se a característica operacional monitorada desviar de seu ponto de ajuste por mais do que um desvio predeterminado (isso é, exceder um limite), o controlador central 200 pode determinar que a ação corretiva é necessária. O grau predeterminado de desvio também pode ser relacionado a um período de tempo aceitável para a duração.

[00118] O grau e período de desvio permitidos antes de o controlador central 200 determinar que a ação corretiva é necessária variam inversamente um com relação ao outro. Por exemplo, quanto maior o grau de desvio, mais curto o período de tempo permitido para esse desvio. Inversamente, um pequeno grau de desvio pode persistir por um período de tempo relativamente longo. Por exemplo, um desvio de 20% só pode ser permitido por uma fração de segundo antes da realização da ação corretiva, ao passo que um desvio de menos de 5% pode permanecer por muitos segundos ou poucos minutos.

[00119] De acordo com uma modalidade, a compensação cruzada entre os fornos pode ser realizada como se segue. O controlador central 200 monitora o número de fornos em operação e monitora o ponto de ajuste e a potência real, corrente e desequilíbrio em cada forno. O controlador central 200 determina se qualquer uma das características operacionais dos fornos foi desviada de seu ponto de ajuste em mais do que uma quantidade predeterminada e se o controlador de reator variável local 128 não corrigiu o desvio. O controlador central 200 pode determinar isso pelo monitoramento das configurações de reator variável do forno relevante para determinar se as configurações alcançaram um valor limite, de forma que não sejam mais ajustáveis. Alternativamente, o controlador central 200 pode monitorar o período de tempo do desvio. Um desvio mais longo do que, digamos, cinco ciclos pode ser uma indicação de que o controlador de reator variável encontrou um limite de ajuste e é incapaz de realizar ajustes adicionais como necessário para a compensação.

[00120] Se o controlador central determinar que a ação corretiva é necessária, o mesmo divide o desvio para outros fornos em operação, com base na característica operacional real desses fornos. O controlador central 200 então emite um comando de '‘override" de ponto de ajuste para os outros fornos e especifica uma duração de “override”. Se uma mudança de ponto de ajuste se tornar necessária durante a duração de “override", um "override" de ponto de ajuste adicional pode ser emitida para os fornos restantes que se encontram dentro de uma faixa de controle dos reatores variáveis associados a esses fornos. Isso é ilustrado na Tabela 1 abaixo, onde a potência de fomo do forno F4 cai de 70 megawatts para 30 megawatts no momento tO, seguido por uma queda de potência no forno F3 de 100 megawatts para 90 megawatts no momento t1.

Tabela 1 - Compensação de Potência com o Tempo [00121] É feita referência agora às figuras 8, 9 e 10 que ilustram graficamente os diagramas de fase para uma modalidade ilustrativa de acordo com a presente invenção. Na modalidade ilustrativa, o sistema de controle de potência 100 (figura 4) inclui quatro cargas de três fases: Fornos F1, F2, F3 e F4. O arco na fase A do forno F1 foi extinto.

[00122] A figura 8, ilustra quatro diagramas de fase 250, 252, 254, 256 com base na corrente retirada pelo forno F1. O primeiro diagrama de fase 250 ilustra os componentes de corrente a-b-c das três fases da carga de três fases, onde uma das fases foi eliminada. Em particular, o primeiro diagrama de fase 250 ilustra um componente de corrente de fase B 258 e um componente de corrente de fase C 260. Nenhum componente de corrente de fase A é visível devido à perda do arco na fase A.

[00123] Um conjunto de vetores de três fases pode ser decomposto em três conjuntos de vetores equilibrados: o conjunto de seqüência positiva, o conjunto de seqüência zero e o conjunto de seqüência negativa. Todas as fases dentro do conjunto de seqüência positiva possuem a mesma magnitude, como todas as fases dentro do conjunto de seqüência negativa e do conjunto de seqüência zero. Um sistema per-feitamente equilibrado terá um conjunto de seqüência positiva que combina com o diagrama de fase de corrente a-b-c. Um sistema desequilibrado terá um conjunto de seqüência negativa e/ou um conjunto de seqüência zero com fases de magnitude diferentes de zero. Para um sistema de três fios tal como o do exemplo, nenhuma corrente de seqüência zero pode fluir, de forma que o conjunto de seqüência zero para todas as condições possa ter magnitude zero.

[00124] Na figura 8, o terceiro diagrama de fase 254 ilustra o conjunto de seqüência positiva das fases para o caso no qual o arco na fase A foi perdido. O quarto diagrama de fase 256 ilustra o conjunto de seqüência negativa. O conjunto de seqüência positiva inclui fases de seqüência positiva para a fase A 262, fase B 264, e fase C 266. De forma similar, o conjunto de seqüência negativa inclui fases de seqüência negativa para fase A 268, fase B 270 e fase C 272. Será notado que a soma do terceiro diagrama de fase 254 e do quarto diagrama de fase 256 resultará no primeiro diagrama de fase 250, visto que a fase de seqüência positiva para a fase A 262 cancelará a fase de seqüência negativa para a fase A 268.

[00125] O sistema de controle de potência 100 reconhece que a potência caiu no Forno F1 e que o controlador de reator 128 (figura 4) para o Forno F1 foi incapaz de corrigir a queda na potência e na condição de desequilíbrio. A potência total retirada pelos quatro fornos cai em uma quantidade tal que o Forno F1 fica aquém de seu ponto de ajuste de potência e a condição de desequilíbrio no Forno F1 causa uma condição de desequilíbrio total na potência retirada pelos quatro fornos. De acordo, o sistema de controle de potência 100 instrui os controladores de reator 128 dos Fornos F2, F3 e F4 a ajustarem os reatores variáveis 118 (figura 4) dos Fornos F2, F3 e F4, para aumentar a potência retirada por esses fornos e introduzir uma medida de desequilíbrio de fase para reagir ao desequilíbrio causado pelo Forno F1.

[00126] A figura 9 ilustra quatro diagramas de fase 280, 282, 284, 286, com base na corrente nos Fornos F2, F3 e F4 depois que os controladores de reator 128 ajustam os reatores variáveis 118. O primeiro diagrama de fase 280 ilustra fases de corrente para a fase A 288, fase B 290 e fase C 292. As fases 288, 290, 292 possuem magnitudes diferentes e não estão 120 graus fora de fase uma do outra - isso é, não estão equilibradas.

[00127] O terceiro diagrama de fase 284 ilustra as fases de seqüência positiva para a fase A 294, fase B 296 e fase C, e o quarto diagrama de fase 286 ilustra as fases de seqüência negativa para a fase A 300, fase B 304 e fase C 304. A magnitude das fases de seqüência negativa 300, 302, 304 no quarto diagrama de fase 286 é indicativa da quantidade de desequilíbrio introduzida em cada um dos Fornos F2, F3 e F4 através do ajuste de seus reatores variáveis 118.

[00128] A figura 10 ilustra quatro diagramas de phasor 310, 312, 314, 316 para a soma geral das correntes retiradas por todos os quatro Fornos F1, F2, F3 e F4. Será apreciado que a soma das correntes é equilibrada, como indicado pela ausência de quaisquer phasores de seqüência negativa no quarto diagrama de phasor 316 e pela combinação entre o primeiro diagrama de phasor 310 e o terceiro diagrama de phasor 314.

[00129] As duas tabelas a seguir ilustram adicionalmente o exemplo descrito acima. A primeira tabela, Tabela 2, ilustra os valores de determinadas variáveis no caso onde não existe um sistema de estabilização de potência, A segunda tabela, Tabela 3, ilustra os valores dessas variáveis depois dos ajustes pelo sistema de controle de potência 100 (figura 4) Tabela 2 - nenhuma estabilização de potência ou compensação de desequilíbrio Tabe a 3 - estabilização de potência e compensação de desequilíbrio [00130] Nas tabelas 2 e 3, a corrente na fase A do forno F1 é zero em ambos os casos e o primeiro forno, F1, está 100% desequilibrado.

Em ambos os casos, o ponto de ajuste de potência desejado para cada forno é 70 MW com um ponto de ajuste de potência total de 280 MW. No caso onde não existe qualquer estabilização de potência, os três outros fornos F2, F3 e F4 são totalmente equilibrados e operam no ponto de ajuste de potência de 70 MW. O resultado total para o sistema nesse caso é uma queda de potência de cerca de 35 MW e um desequilíbrio de mais de 14%.

[00131] No segundo caso, onde o sistema de controle de potência 100 realizou ajustes nas reatâncias variáveis 118 (figura 4) nos Fornos F2, F3 e F4, a retirada total de potência dos quatro fornos é mantida no ponto de ajuste de potência total de 280 MW pelo aumento da potência retirada pelos fornos F2, F3 e F4. Será aparente a partir da Tabela 3 que ajustes foram realizados nos reatores variáveis 118 nos fornos F2, F3 e F4 de forma a ajustar a corrente retirada por cada fase desses fornos, aumentando assim a potência consumida e aumentando o desequilíbrio em cada forno. O desequilíbrio introduzido nos fornos F2, F3 e F4 é de aproximadamente 17,74%, apesar de o efeito ser reduzir o desequilíbrio de fase total observado pelo gerador de potência para menos de 1%.

[00132] Apesar de o reator variável 118 ter sido ilustrado como incluindo um único par de comutadores tiristor, será apreciado que outras configurações podem ser utilizadas para o reator variável 118, tal como um comutador tiristor de múltiplos estágios, por exemplo. Alternativamente, outros tipos de comutadores de potência podem ser utilizados no lugar de tiristores.

[00133] A presente invenção pode ser consubstanciada em outras formas específicas sem se distanciar do espírito e características essenciais da mesma. Determinadas adaptações e modificações da invenção podem ser óbvias aos versados na técnica. Portanto, as modalidades discutidas acima são consideradas ilustrativas e não restritivas, o escopo da invenção sendo indicado pelas reivindicações em anexo ao invés de pela descrição acima, e todas as modificações que se encontrem no significado e faixa de equivalência das reivindicações são, portanto, englobadas aqui.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Sistema de controle (100) para pelo menos dois fornos elétricos (101, 101a, 101b, F-ι, F2, F3, F4), incluindo um primeiro forno e um segundo forno, o primeiro forno tendo um eletrodo (112) acoplado a um suprimento de potência (11) e o segundo forno tendo um eletrodo acoplado ao suprimento de potência, o sistema de controle compreendendo: pelo menos um reator variável (118) associado com pelo menos o primeiro forno e acoplado entre cada um dos pelo menos um eletrodo e um suprimento de potência; um controlador de reator variável (128) associado ao pelo menos um reator variável (118) e ao primeiro forno para ajustar uma configuração de cada um do pelo menos um reator variável (118); e um controlador de compensação (200) acoplado ao controlador de reator variável (118), caracterizado pelo fato de que o controlador de compensação (200) é configurado para: - receber dados de medidas relacionados a respectivas características de operação dos pelo menos dois fornos (101, 101a, 101b, F-ι, F2, F3), - determinar se a característica de operação do segundo forno desvia de um primeiro ponto de ajuste por mais de uma quantidade limite; - gerar um ou mais sinais de compensação quando a característica operacional do segundo forno desvia do primeiro ponto de ajuste por mais de uma quantidade limite; e - transmitir o um ou mais sinais de compensação para o controlador de reatância variável (128); sendo que, em resposta ao recebimento de um ou mais sinais de compensação do controlador de compensação (200), o contro- lador de reator variável (128) é configurado para ajusta a configuração do pelo menos um reator variável (118) associado com o primeiro forno para compensar o desvio da característica de operação do segundo forno com relação ao primeiro ponto de ajuste.

2. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador de compensação (200) inclui um componente de cálculo de "override" para calcular uma configuração de "override" para cada um dos fornos além do segundo forno, e um ou mais sinais de compensação incluem a configuração de "override".

3. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o controlador de compensação (200) tem acesso a uma memória contendo uma tabela de consulta, e o componente de cálculo de "override" lê a configuração de "override" a partir de uma pluralidade de configurações de "override" armazenadas na tabela de consulta.

4. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que as configurações de "override" armazenadas na tabela de consulta são baseadas em uma curva de capacidade térmica de curto prazo.

5. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro ponto de ajuste compreende um ponto de ajuste de potência e a característica de operação compreende consumo de potência.

6. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o controlador de compensação (200) determina uma diferença entre o ponto de ajuste de potência para o segundo forno e o consumo de potência para o segundo forno, e o controlador de compensação (200) inclui um componente de seleção de "override" para selecionar uma configuração de "override" com ba- se na diferença.

7. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de haver pelo menos três fornos (101, 101a, 101b, F-ι, F2, F3, F4), e, com a exceção do segundo forno, o componente de seleção de "override" proporciona a diferença entre os pelo menos três fornos além do segundo forno, e os um ou mais sinais de compensação instruem cada um dos controladores de reatância variável (128) associados com os fornos, também com a exceção do segundo forno, para variar seu consumo de potência para compensar a diferença proporcionada.

8. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o ponto de ajuste de potência é selecionado a partir dos pontos de ajuste consistindo em consumo de potência real, consumo de potência reativa, consumo de potência aparente, e fator de potência.

9. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro ponto de ajuste compreende um ponto de ajuste atual e a característica de operação compreende a retirada de corrente.

10. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro ponto de ajuste é um ponto de ajuste desequilibrado.

11. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o primeiro ponto de ajuste é um ponto de ajuste de corrente de sequência negativa.

12. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador de compensação (200) seleciona adicionalmente uma duração de "override" que representa um período de compensação, e os um ou mais sinais de compensação incluem a duração de "override".

13. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois fornos (101, 101a, 101b) compreendem, cada um, pelo menos um reator variável (118) acoplado entre cada um do pelo menos um eletrodo (112) e o suprimento de potência (110) e um controlador de reator variável para ajustar uma configuração de cada um do pelo menos um reator variável (118).

14. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o controlador de compensação é configurado para medir um grau de desvio da característica operacional do primeiro ponto de ajuste e gerar o um ou mais sinais de compensação se o grau de desvio exceder a quantidade limite.

15. Sistema de controle, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o controlador de compensação é configurado para monitorar uma duração de tempo do desvio da característica de operação em relação ao primeiro ponto de ajuste, o controlador de compensação apenas gerando o um ou mais sinais de compensação se a duração de tempo for igual a ou exceder um período de tempo predeterminado e o grau de desvio exceder uma quantidade predeterminada inferior a uma quantidade limite.

16. Método de controle de pelo menos dois fornos (101, 101a, 101b) incluindo um primeiro forno tendo pelo menos um eletrodo (112) acoplado a um suprimento de potência (110) e um segundo forno tendo pelo menos um eletrodo (112) acoplado ao suprimento de potência (110), pelo menos o primeiro forno possuindo, associado com o mesmo, pelo menos um reator variável (118) acoplado entre o pelo menos um eletrodo e o suprimento de potência (110), caracterizado pelo fato de compreendendo as etapas de: monitoramento de uma característica operacional de pelo menos o segundo forno; a determinação de que a característica operacional desvia de um primeiro ponto de ajuste do segundo forno por mais de uma quantidade limite; e o controle do pelo menos um reator variável associado com o primeiro forno para ajustar um segundo ponto de ajuste do primeiro forno para compensar o desvio da característica operacional do primeiro ponto de ajuste do segundo forno.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a dita etapa de controle inclui a seleção de uma configuração de "override" para o primeiro forno e o ponto de ajuste do primeiro forno é ajustado para a configuração de "override".

18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a seleção da configuração de "override" inclui a leitura da configuração de "override" a partir de uma tabela de consulta que armazena uma pluralidade de configurações de "override".

19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que as configurações de "override" armazenadas na tabela de consulta são baseadas em uma curva de capacidade térmica de curto prazo.

20. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo pontos de ajuste são pontos de ajuste de potência e onde a característica operacional compreende o consumo de potência.

21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinação inclui o cálculo de uma diferença entre o ponto de ajuste de potência do segundo forno e o consumo de potência do segundo forno, e inclui a seleção de uma configuração de "override" com base na diferença.

22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a etapa de seleção de uma configuração de "override" inclui a proporção da diferença entre os fornos (101, 101a, 101b) além do segundo forno, e a etapa de controle inclui o controle dos reatores variáveis (118) associados com os outros fornos para aumentar seu consumo de potência para compensar a diferença proporcionada.

23. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo pontos de ajuste são selecionados a partir dos pontos de ajuste consistindo em consumo de potência real, consumo de potência reativa, consumo de potência aparente e fator de potência.

24. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os primeiro e segundo pontos de ajuste são pontos de ajuste de corrente e a característica operacional compreende a retirada de corrente.

25. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os pontos de ajuste são pontos de ajuste de corrente de sequência negativa.

26. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a etapa de controle inclui a seleção de uma duração de "override" que representa um período de compensação.

27. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que os pelo menos dois fornos (101, 101a, 101b, F-i, F2, F3) são fornos de arco elétricos.

28. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinação compreende o monitoramento de um grau de desvio e a etapa de controle só é realizada se o grau de desvio exceder a quantidade limite.

29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a etapa de determinação compreende adicionalmente o monitoramento de uma duração de tempo do desvio e a etapa de controle só é realizada se a duração de tempo for igual a ou exceder um período de tempo predeterminado e o grau de desvio exceder uma quantidade predeterminada inferior à quantidade limite.

30. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a etapa de monitoramento inclui o monitoramento da configuração de cada reator variável (118) e a etapa de controle é realizada em resposta ao desvio que excede o limite e a uma configuração do pelo menos um reator variável (118) que atinge um limite.