基于永磁机构动态特性的真空断路器控制策略研究

【摘要】断路器分合闸时,电网的电流或者电压的相位并不确定,容易在分合闸过程中产生涌流及过电压,对电力系统产生较大的冲击。同步关合技术的出现,为缩短甚至避免出现断路器分合闸暂态过程提供了良好的解决方案。本文分析了同步关合的重要性及其实现机制,明确了断路器分合闸时间分散性是制约同步关合技术实现的主要难点。永磁真空断路器以其结构简单、零部件少、动作分散性小、可靠性高、寿命长等优点,成为实现同步关合的理想元件。然而永磁真空断路器受温度、控制电压、老化等因素的影响,分合闸时间仍会表现出较大的分散性,为减小分合闸时间分散性,同时减少操作能耗,优化真空断路器动触头的运动特性,提出了适用于一般永磁真空断路器的控制策略,主要完成了以下工作：对电容激励模式下永磁真空断路器的动态方程进行了分析,并以此为基础提出了基于电流源激励模式的动态方程。为分析电流源激励模式与电容激励模式的区别,建立了Ansoft仿真模型,对两种模式下,机构的动态特性进行了分析对比。由于在电流源激励模式下,真空断路器的分合闸时间不受电容容量和控制电压的影响,从而更有利于保持分合闸时间的稳定性。为实现基于线圈电流闭环的控制方式,文中详细分析了滞环控制方法的实现原理,针对方法的不足之处,对其进行了改进,提出了基于线性插值PID模式的滞环控制策略。分析了线性插值PID控制方式与经典PID控制的异同,并利用基于线性插值PID的滞环控制方法实现了对线圈电流的跟踪控制,为分合闸时,实现稳定、高效的电流源提供了基础。通过对合闸时线圈电流的分析,提出了获取较优动态特性曲线的方法,并通过利用改进的PID滞环控制方法,实现了对断路器分合闸特性的控制,将开关分合闸时间分散性控制在±0.3ms以内。为实现对永磁机构合闸时动态特性的优化,提出了变电压变输出能量(VVVE)的断路器合闸控制方法。分析了开环状态下永磁机构合闸过程的线圈电流,采用曲线拟合方式给出了合闸过程的电流方程,并对拟合方程中各项参数求解方法进行了详细的说明,给出了相应的实例证明了拟合方法的准确性。在此基础上提出了VVVE的调节方法,通过VV调节实现合闸时间的粗调,在提高合闸平均速度的同时,限制了动触头的刚合速度,通过VE调节实现了对合闸时间的微调,以及对刚合速度的控制。由于提高开关合闸平均速度与减小合闸碰撞能量一直是断路器关合过程的一个矛盾,VVVE控制方案的提出为减小上述矛盾的影响提供了很好的解决方法。为实现同步关合,文中设计了相应的永磁真空断路器控制器,对控制器的主要硬件构成进行了说明。结合同步关合的关键技术实现,说明了VWE在同步关合控制过程中所表现出的优异性能。虽然WVE是在12kV单稳态真空断路器实验基础上所获得的结论,但是本文通过所设计的控制器,成功将WVE控制策略用于40.5kV单稳态永磁真空断路器的控制实验中,从而说明了VVVE控制策略具有一般性。文中对40.5kV单稳态真空断路器在高低温下的合闸时间分散性进行了分析,并在此基础上,研究了如何通过控制策略实现断路器合闸时间的温度补偿,并给出针对40.5kV单稳态真空断路器的补偿方程。
【作者】吕锦柏；
【导师】王毅；
【作者基本信息】北京交通大学，电气工程，2014，博士
【关键词】永磁机构；真空断路器；电流闭环；滞环控制；PID；VWE；同步关合；相控技术；

【参考文献】
[1]梁晓琴.模拟酸雨对蒙古栎和栓皮栎生理生态特征的影响[D].山东大学,环境科学与工程,2013,硕士.
[2]迪那西（BukhoryDineshKumar）.No-reflow: Mechanism, Diagnosis and Treatment for Patients with STEMI[D].华中科技大学,内科学,2013,硕士.
[3]段喜萍.加工难度对脑功能偏侧化与相互作用的影响[D].南京师范大学,基础心理学,2012,硕士.
[4]张铁影.Cu_nAl（n=1-7）及X_nAl_m（m+n=5，m≠0，X=Au，Ag，Cu）小团簇的结构和稳定性[D].黑龙江大学,光学,2013,硕士.
[5]秦武英.萨尔图油田南二区东部后续水驱周期注采方法研究[D].吉林大学,地质工程,2012,硕士.
[6]李庆忠.河道解释中的陷阱[J].石油地球物理勘探,1998,03:336-341+422.
[7]杨玉霞.影响颞叶癫痫预后的相关因素分析[D].兰州大学,神经病学,2013,硕士.
[8]王郁,张国颖.ASON智能化网络管理技术[J].电信网技术.2003(07)
[9]张文武.地方出入境部门社会管理创新研究[D].西南交通大学,公共管理（专业学位）,2012,硕士.
[10]张莹.中国服务贸易国际竞争力评价与对策分析[D].首都经济贸易大学,国际贸易学,2013,硕士.
[11]吕晨涛.企业级在线报表工具的设计与实现[D].北京交通大学,2014.
[12]吕照文.萆薢渗湿汤加减熏洗促进混合痔术后创面愈合的临床研究[D].湖南中医药大学,中医外科学,2014,硕士.
[13]张东生.冷冻与冷藏食品产业的现状与发展趋势[J].江西食品工业.2004(04)
[14]李金花.乌鲁木齐高新区生物医药孵化器运营管理模式分析研究[D].新疆大学,工商管理,2013,硕士.
[15]王磊a,张汉鹏b,张东宁a.基于对立搜索和混沌变异的磷虾觅食优化算法[J].控制与决策.
[16]孟培培.新媒体时代大学生思想政治教育创新研究[D].浙江理工大学,思想政治教育,2013,硕士.
[17]马涛.河北省行政管理支出存在的问题及对策研究[D].河北大学,财政学,2014,硕士.
[18]徐超.7075铝合金的低周疲劳行为及其损伤演化机理研究[D].上海工程技术大学,材料加工工程,2013,硕士.
[19]杨宇飞.面向中文网络百科的属性关系抽取研究[D].西南交通大学,信号与信息处理,2014,硕士.
[20]刘鲤静.浦城县古楼乡毛竹产业的现状及发展对策[D].福建农林大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[21]刘弘.指示词语的先用和反先用现象研究[D].华东师范大学,汉语言文字学,2004,硕士.
[22]张静静.樟属植物种子萌发特性及苗期抗旱性研究[D].河南农业大学,园林植物与观赏园艺,2012,硕士.
[23]李梦潇.大型铁路客运站旅客引导标识合理设置研究[D].西南交通大学,交通运输规划与管理,2014,硕士.
[24]张聪.贯流硅胶微球在固定化脂质体色谱和半制备亲水作用色谱中的应用[D].华中科技大学,药物分析,2012,硕士.
[25]王兴旺.妊高征孕妇血清催乳素及尿酸水平测定分析[D].山西医科大学,妇产科学,2003,硕士.
[26]孔庶.统计稀疏学习：特征提取、聚类、分类及多特征融合[D].浙江大学,2013.
[27]于秋璐.面向大学生基督群体的宗教类移动应用设计研究[D].浙江工业大学,2013.
[28]张文.基于CDaR模型的社保养老基金资产的优化配置研究[D].山东财经大学,数量经济学,2014,硕士.
[29]申燕君.我国宅基地流转法律制度研究[D].首都经济贸易大学,经济法,2013,硕士.
[30]沈有信,刘文耀,崔建武.滇中喀斯特森林土壤种子库的种-面积关系[J].植物生态学报,2007,01:50-55.
[31]冯桂力.山东地区对流天气的地闪演变和分布特征研究[D].中国海洋大学,气象学,2003,硕士.
[32]李超.开发区档案信息资源共享模式研究[D].苏州大学,情报学,2013,硕士.
[33]孙莹.我国信托业监管问题探究[D].吉林财经大学,经济法学,2014,硕士.
[34]崔冠群.气管滴注纳米二氧化硅颗粒对大鼠肺脏的影响[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[35]陈梦依.餐饮食品安全的法律保障[D].兰州大学,经济法学,2013,硕士.
[36]赖彦君.基于纳米材料构建的新型电化学传感器用于食品中瘦肉精检测的研究和应用[D].华东师范大学,2013.
[37]丁凌霄.金桥煤矿孤岛综放工作面应力时空演化规律研究[D].中国矿业大学,采矿工程,2014,硕士.
[38]宋静,苏惠,张联盟,彭真明.目标处理解释一体化方法探讨[J].石油地球物理勘探,1998,S2:78-81+169.
[39]赵会艳.现代中国画特有色彩语言的探索与研究[D].曲阜师范大学,艺术学,2013,硕士.
[40]陈翩翩.我国上市公司现金持有量的影响因素研究[D].厦门大学,财务学,2014,硕士.
[41]王彬彬,张飞,王京.基于递推最小二乘法的无模型自适应厚度控制[J].冶金自动化,2015,03:34-38.
[42]朱胜平.基于内容的多样性植物图像检索技术研究[D].华侨大学,计算机技术（专业学位）,2014,硕士.
[43]吴伟.伪随机跳频定距系统信号处理研究[D].南京理工大学,电磁场与微波技术,2013,硕士.
[44]朱晓龙.火灾后混凝土梁桥结构检测评定技术[D].长安大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[45]张丹妹.电针干预CUMS大鼠海马抑郁相关蛋白表达水平差异性研究[D].北京中医药大学,针灸推拿学,2014,硕士.
[46]徐卫林.大学生媒介素养教育研究[D].重庆交通大学,思想政治教育,2011,硕士.
[47]闫丽霞.基于E1 Gama1算法的数字水印协议研究[D].杭州电子科技大学,电子与通信工程,2014,硕士.
[48]薛军鹏.大颗粒流化床熟料煅烧系统工作特性研究[D].西安建筑科技大学,材料学,2004,硕士.
[49]肖波.嵌段型聚醚改性聚硅氧烷的合成及其在织物吸湿排汗整理中的应用[D].陕西科技大学,应用化学,2013,硕士.
[50]靳鹏超.温通疗法治疗痰湿蕴肺型咳嗽的临床研究[D].甘肃中医学院,针灸推拿学,2014,硕士.