基于永磁機構(gòu)動態(tài)特性的真空斷路器控制策略研究.pdf

1、斷路器分合閘時，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)合的重要性及其實現(xiàn)機制，明確了斷路器分合閘時間分散性是制約同步關(guān)合技術(shù)實現(xiàn)的主要難點。永磁真空斷路器以其結(jié)構(gòu)簡單、零部件少、動作分散性小、可靠性高、壽命長等優(yōu)點，成為實現(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，分合閘時間仍會表現(xiàn)出較大的分散性，為減小分合閘時間分散性，同時減少操作能耗，優(yōu)化真空斷路器動觸頭的運動特性，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:
　　對電容激勵模式下永磁真空斷路器的動態(tài)方程進行了分析，并以此為基礎(chǔ)提出了基于電流源激勵模式的動態(tài)方程。為分析電流源激勵模式與電容激勵模式的區(qū)別，建立了Ansoft仿真模型，對兩種模式下，機構(gòu)的動態(tài)特性進行了分析對比。由于在電流源激勵模式下，真空斷路

3、器的分合閘時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間的穩(wěn)定性。
　　為實現(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)控制方法的實現(xiàn)原理，針對方法的不足之處，對其進行了改進，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)控制方法實現(xiàn)了對線圈電流的跟蹤控制，為分合閘時，實現(xiàn)穩(wěn)定、高效的電流源提供了基礎(chǔ)。通過對合閘時線圈電流的分析，提出

4、了獲取較優(yōu)動態(tài)特性曲線的方法，并通過利用改進的PID滯環(huán)控制方法，實現(xiàn)了對斷路器分合閘特性的控制，將開關(guān)分合閘時間分散性控制在±0.3ms以內(nèi)。
　　為實現(xiàn)對永磁機構(gòu)合閘時動態(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，并對擬合方程中各項參數(shù)求解方法進行了詳細(xì)的說明，給出了相應(yīng)的實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)實現(xiàn)合閘時間的粗調(diào)，在提高合閘平均速度的同時，限制了動觸頭的剛合速度，通過VE調(diào)節(jié)實現(xiàn)了對合閘時間的微調(diào)，以及對剛合速度的控制。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。
　　為實現(xiàn)同步關(guān)合，文中設(shè)計了相應(yīng)的永磁真空斷路器控制器，對控制器的主要硬件構(gòu)成進行了說明。結(jié)合同步關(guān)合的關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)，說明了VVVE