采用模糊控制和脉冲宽度调制技术的同步真空开关位置伺服控制器设计

为保证真空开关动作时间长期稳定性,针对同步真空开关性能受开关动作时间分散性的影响,采用了位置伺服控制使真空开关动触头实现预定的最佳参考轨迹运动。在分析控制电压、环境温度、闲置时间等因素对永磁机构真空开关运动及操作时间影响的基础上,给出了同步真空开关位置伺服控制原理;设计了基于模糊控制和脉冲宽度调制(PWM)技术的同步真空开关位置伺服控制器,并对35kV同步真空开关进行了伺服控制性能测试。测试结果表明,真空开关动触头能很好地跟踪参考轨迹运动,开关合分闸时间分散性在±0.2ms范围内,满足IEC62271-302标准对开关操作时间一致性的要求。     

基于虚拟样机技术的永磁机构真空开关运动特性研究

采用虚拟样机技术建立了一种单稳态永磁操作机构真空开关ADAMS仿真模型,结合M atlab实现了多场耦合仿真,完整真实地再现了永磁机构真空开关的合、分闸动作过程,获得动铁心及动触头的运动曲线。通过对永磁操动机构参数优化,减小了触头弹跳,获得了预期的分、合闸特性参数。     

高压断路器电磁类型操动机构的位移跟踪技术研究

采用选相开关技术,可抑制电力系统暂态过程。实现断路器的位移按照给定曲线运动,降低合闸分散性,提高选相精度。传统的永磁式选相开关采用黑盒控制模型,存在控制器参数选取较困难、控制精度较低等问题。为此,建立永磁操纵机构内部数学模型,将电磁场与力场耦合,设计双闭环控制器。在Simulink中搭建仿真控制模型,改变外部电容电压,对比传统的黑盒控制模型,双闭环控制模型精度较高。以DSP28335为主控芯片,设计硬件控制系统,搭建实验平台,进行大量合闸控制实验。实验结果表明,采取上述的控制策略,可有效的实现断路器位移跟踪控制,将断路器的合闸时间的分散性控制在±0.5 ms。     

真空开关动作时间的自适应控制

相控开关技术可以有效地削弱电网各类负载投切操作引起的系统暂态过程,是建设智能电网的重要技术之一。真空开关选相操作的技术关键是控制真空开关机构的运动特性,实现真空开关在不同环境下的动作时间稳定。利用模糊PID自适应控制技术,针对基于永磁机构的真空开关提出一种新型控制驱动方案;并基于TMS320LF2407A处理器实现了新型真空开关永磁机构驱动控制系统的设计。实验研究验明了该控制系统在环境因素变化时可保持合闸时间误差稳定在±0.25 ms以内。     

配永磁机构的真空断路器同步分合闸控制系统设计与实现

为减少电力系统中断路器投切无功补偿电容器组时产生的电磁暂态效应,研究了一种配永磁机构的真空断路器同步分合闸控制系统;给出了中性点不接地星形方式连接的并联电容器组的同步分合闸控制策略,以数字信号处理器(DSP)为核心设计了同步分合闸控制系统的原理样机,给出了同步分合闸控制算法流程.通过分析影响永磁机构动作时间的因素,研究了同步分合闸控制的关键技术,包括设计FIR数字滤波器以准确提取系统电压电流过零点、径向基函数神经网络(RBF)预测控制、机构老化与触头磨损的自适应补偿控制等.最后给出并分析了同步分合闸控制精度的实验结果.实验结果表明,同步分合闸操作时的动作分散性基本保持在±0.5 ms以内.     

基于Adams的CT14型高压断路器弹簧操动机构动力学仿真分析

操作机构的动态特性是决定断路器分断性能的重要因素。将CT14型高压断路器弹簧操动机构总体模型导入Adams并进行了参数化设置,建立了弹簧操动机构的动力学仿真模型,并对弹簧操动机构动触头分合闸动作进行了动力学仿真分析,通过与实验数据进行了对比,验证了所建模型的准确性。利用该模型分析了凸轮—连杆机构初始位置、各部分摩擦系数、滚轮磨损等3种因素对弹簧操动机构动触头行程、速度、动作时间等的影响。分析结果可为该型高压断路器弹簧操动机构的优化设计、安装检修等提供参考。     

CT20弹簧操动机构的合闸振动研究

CT20弹簧操动机构因其一系列优点,被广泛使用在126 k V电压等级的断路器上。随着开断能量的增大,CT20机构原有设计参数可能无法满足更高容量断路器的需求,如果没有采取对应的措施,那么机构合闸过程中合闸保持掣子的振动可能会造成合闸动作失败。针对这一问题,笔者基于合闸保持过程中合闸保持掣子的振动作为研究点,开展机构合闸过程的动力学仿真分析,然后利用试验手段,以高速摄影机为主要设备,拍摄并记录合闸过程中的合闸保持掣子振动,最后结合仿真与试验的研究结果,分析合闸保持掣子振动对合闸性能的影响,同时提出减小合闸保持掣子振动的方法。从文中研究可以得到:一般而言,CT20弹簧操动机构的合闸保持大小掣子的振动时间持续10 ms左右,该时间段为合闸保持成功与否的关键;合闸保持大掣子振幅系数为7.6%,合闸保持小掣子的振幅系数为28.6%;振幅太大或者振动时间太久,均可能会造成合闸保持的失败。     

12 kV真空断路器永磁直线电机操动机构特性分析

为解决12 kV真空断路器(Vacuum Circuit Breaker, VCB)传统操动机构和旋转电机操动机构结构复杂、可靠性低、动作分散性大以及有槽直线电机操动机构定位力引起推力脉动、振动、噪声及速度控制退化等而导致其难以精确分、合闸的问题,提出无槽圆筒形永磁直线同步电机操动机构。根据12 kV真空断路器分、合闸特性要求,对无槽圆筒形永磁直线同步电机(Slotless Tubular Permanent Magnet Linear Synchronous Motor, STPMLSM)的结构和参数进行设计,推导出其数学模型。利用有限元法对该电机操动机构的静、动态特性进行仿真分析,得到启动过程中电磁推力与时间的关系,分合闸过程中断路器动触头行程与时间、速度与时间的关系。结果表明:所设计的电机操动机构结构参数能够满足断路器分合闸特性要求,且推力波动得到有效抑制,为各电压等级断路器采用此类电机操动机构提供可靠依据。     

真空断路器循迹控制

采用带自调整函数的模糊算法,能够使断路器永磁机构按给定曲线动作,保证断路器的合闸时间稳定,从而提高选相操作的精度。通过该算法可实时纠正断路器永磁机构的运动位移偏差,在电容电压、环境温度等外界因素发生变化时,使机构仍按给定曲线动作。通过开关特性测试仪和DSP2812硬件控制系统,得到标准位移曲线及控制算法中的基本参量值,并在 Matlab 中建立了考虑续流过程的真空断路器闭环控制系统,给出了电容电压变化的仿真结果,验证了上述控制方法的可行性。此外,针对单相配永磁机构真空断路器,进行大量的合闸实验。实验结果表明：在上述外界因素变化时,该控制方法能将断路器合闸时间稳定在±0.5 ms之内。     

高压断路器电机机构智能控制系统研制

为满足智能电网建设对智能化设备的需求,提高高压断路器的操控性能及运行可靠性,应用现代智能控制技术的电机操动机构得到越来越多关注。针对真空断路器电机操动机构控制特点,提出一种永磁电机机构模糊免疫PID速度随动跟踪智能控制方法。为实现操动机构智能控制,研制基于DSP28335+FPGA+单片机多CPU结构全数字化伺服电机操动机构控制系统,并对断路器不同的运行状态:分/合闸操作、自动重合闸、分阶段速度调控及速度跟踪等操作分别进行测试,验证研究的控制方法及控制系统有效性。实验结果表明:该控制系统参数在PWM为10 kHz,占空比为80%时,126 kV真空断路器机械参数为:合闸时间为38 ms,分闸时间为21 ms;平均合闸速度为2.24 m/s,平均分闸速度为3.63 m/s。满足了真空灭弧室分合闸时间以及分合闸速度等参数要求,所研究的电机操动机构控制技术能够对高压真空断路器的运行状态进行有效控制。