基于永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的真空斷路器控制策略研究.pdf

1、斷路器分合閘時(shí)，電網(wǎng)的電流或者電壓的相位并不確定，容易在分合閘過程中產(chǎn)生涌流及過電壓，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生較大的沖擊。同步關(guān)合技術(shù)的出現(xiàn)，為縮短甚至避免出現(xiàn)斷路器分合閘暫態(tài)過程提供了良好的解決方案。本文分析了同步關(guān)合的重要性及其實(shí)現(xiàn)機(jī)制，明確了斷路器分合閘時(shí)間分散性是制約同步關(guān)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的主要難點(diǎn)。永磁真空斷路器以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少、動(dòng)作分散性小、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，成為實(shí)現(xiàn)同步關(guān)合的理想元件。然而永磁真空斷路器受溫度、控制電壓、老化等

2、因素的影響，分合閘時(shí)間仍會(huì)表現(xiàn)出較大的分散性，為減小分合閘時(shí)間分散性，同時(shí)減少操作能耗，優(yōu)化真空斷路器動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)特性，提出了適用于一般永磁真空斷路器的控制策略，主要完成了以下工作:
　　對(duì)電容激勵(lì)模式下永磁真空斷路器的動(dòng)態(tài)方程進(jìn)行了分析，并以此為基礎(chǔ)提出了基于電流源激勵(lì)模式的動(dòng)態(tài)方程。為分析電流源激勵(lì)模式與電容激勵(lì)模式的區(qū)別，建立了Ansoft仿真模型，對(duì)兩種模式下，機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了分析對(duì)比。由于在電流源激勵(lì)模式下，真空斷路

3、器的分合閘時(shí)間不受電容容量和控制電壓的影響，從而更有利于保持分合閘時(shí)間的穩(wěn)定性。
　　為實(shí)現(xiàn)基于線圈電流閉環(huán)的控制方式，文中詳細(xì)分析了滯環(huán)控制方法的實(shí)現(xiàn)原理，針對(duì)方法的不足之處，對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，提出了基于線性插值PID模式的滯環(huán)控制策略。分析了線性插值PID控制方式與經(jīng)典PID控制的異同，并利用基于線性插值PID的滯環(huán)控制方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)線圈電流的跟蹤控制，為分合閘時(shí)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高效的電流源提供了基礎(chǔ)。通過對(duì)合閘時(shí)線圈電流的分析，提出

4、了獲取較優(yōu)動(dòng)態(tài)特性曲線的方法，并通過利用改進(jìn)的PID滯環(huán)控制方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器分合閘特性的控制，將開關(guān)分合閘時(shí)間分散性控制在±0.3ms以內(nèi)。
　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)永磁機(jī)構(gòu)合閘時(shí)動(dòng)態(tài)特性的優(yōu)化，提出了變電壓變輸出能量(VVVE)的斷路器合閘控制方法。分析了開環(huán)狀態(tài)下永磁機(jī)構(gòu)合閘過程的線圈電流，采用曲線擬合方式給出了合閘過程的電流方程，并對(duì)擬合方程中各項(xiàng)參數(shù)求解方法進(jìn)行了詳細(xì)的說明，給出了相應(yīng)的實(shí)例證明了擬合方法的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上提出了

5、VVVE的調(diào)節(jié)方法，通過VV調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)合閘時(shí)間的粗調(diào)，在提高合閘平均速度的同時(shí)，限制了動(dòng)觸頭的剛合速度，通過VE調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)了對(duì)合閘時(shí)間的微調(diào)，以及對(duì)剛合速度的控制。由于提高開關(guān)合閘平均速度與減小合閘碰撞能量一直是斷路器關(guān)合過程的一個(gè)矛盾，VVVE控制方案的提出為減小上述矛盾的影響提供了很好的解決方法。
　　為實(shí)現(xiàn)同步關(guān)合，文中設(shè)計(jì)了相應(yīng)的永磁真空斷路器控制器，對(duì)控制器的主要硬件構(gòu)成進(jìn)行了說明。結(jié)合同步關(guān)合的關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)，說明了VVVE