優(yōu)化的永磁真空斷路器合閘控制方法
為減小永磁真空斷路器分合閘時(shí)間的分散性，改善其操作時(shí)動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)特性，提出了變電壓變輸出能量(VVVE)優(yōu)化方法。分析了開(kāi)環(huán)控制時(shí)永磁機(jī)構(gòu)的線(xiàn)圈電流特性，給出了電流的擬合方程及電流曲線(xiàn)的優(yōu)化方法。在保持電容輸出能量不變的情況下，通過(guò)類(lèi)似改變儲(chǔ)能電容初始電壓(VV)的機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器合閘時(shí)間的粗調(diào)。通過(guò)改變電容輸出能量(VE)以及類(lèi)似保持電容初始電壓不變的機(jī)制實(shí)現(xiàn)對(duì)合閘時(shí)間的微調(diào)。采用改進(jìn)型滯環(huán)控制的方法，控制線(xiàn)圈電流與參考曲線(xiàn)一致，實(shí)現(xiàn)了對(duì)斷路器動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)化�；谏鲜龇椒ㄔO(shè)計(jì)了相應(yīng)的控制器，在不同的電容初始電壓下，對(duì)12kV永磁真空斷路器進(jìn)行了合閘實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，優(yōu)化后的合閘時(shí)間比原開(kāi)環(huán)控制的合閘時(shí)間縮短了約4ms，且偏差≤0.3ms;動(dòng)觸頭的剛合速度比原額定開(kāi)環(huán)控制時(shí)降低了5%。因此，所提出的方法能夠使合閘時(shí)間保持良好的一致性，加快了斷路器的合閘過(guò)程，降低了觸頭碰撞能量，較大地改善了動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)特性。
同步關(guān)合技術(shù)(即選相關(guān)合技術(shù))，其實(shí)質(zhì)是根據(jù)不同負(fù)載的特性，控制開(kāi)關(guān)在電壓或者電流的最佳相位點(diǎn)完成合閘或分閘操作。同步關(guān)合技術(shù)可以有效削弱分合閘操作引起的操作過(guò)電壓和涌流，提高電力系統(tǒng)可靠性和用戶(hù)電能質(zhì)量。要實(shí)現(xiàn)同步關(guān)合，首先要計(jì)算并預(yù)測(cè)電壓(電流)的相位，確定合閘(分閘)命令的實(shí)際執(zhí)行時(shí)間，已有較多文獻(xiàn)給出了相應(yīng)的計(jì)算方法;其次，要求減小機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間分散性，這是實(shí)現(xiàn)同步關(guān)合的難點(diǎn)所在。傳統(tǒng)斷路器操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作分散性大、運(yùn)動(dòng)可控性差、響應(yīng)速度慢，使同步關(guān)合技術(shù)的發(fā)展受到了限制。
永磁機(jī)構(gòu)斷路器的出現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)同步關(guān)合提供了技術(shù)基礎(chǔ)，與傳統(tǒng)彈簧機(jī)構(gòu)斷路器相比，其零部件少、動(dòng)作分散性較小、運(yùn)行可靠性高。然而，永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)儲(chǔ)能電容容量易受溫度影響，電壓不穩(wěn)定，線(xiàn)圈電阻率會(huì)發(fā)生變化，因此會(huì)造成一定程度的動(dòng)作分散性。這些因素對(duì)合閘時(shí)間的影響是非線(xiàn)性的，難以用精確的數(shù)學(xué)模型描述。因此，很多文獻(xiàn)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)上述因素影響下的分合閘操作時(shí)間，以補(bǔ)償動(dòng)作分散性。然而，由于在操作過(guò)程中動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)過(guò)程不受控制，因此其運(yùn)動(dòng)特性并不理想，表現(xiàn)為分合閘整體時(shí)間較長(zhǎng)、剛合速度較高等。為獲得更好的動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)特性，文獻(xiàn)提出了基于動(dòng)觸頭位移閉環(huán)控制的控制策略，文獻(xiàn)進(jìn)一步提出了自適應(yīng)位移閉環(huán)的控制策略，取得了良好的控制效果。然而，這一類(lèi)方法在斷路器的本體機(jī)構(gòu)上加裝了位移傳感器，而傳感器本身可靠性不高，分合閘時(shí)動(dòng)觸頭的快速運(yùn)動(dòng)以及操作完成時(shí)的動(dòng)觸頭驟停等會(huì)對(duì)傳感器的壽命產(chǎn)生很大影響，而位移傳感器的安裝固定也較難，因此限制了其實(shí)用性。
為克服上述應(yīng)用難點(diǎn)，本文以12kV單穩(wěn)態(tài)真空斷路器合閘為例，分析了合閘時(shí)的線(xiàn)圈電流波形，通過(guò)曲線(xiàn)擬合的方法，給出了合閘的電流方程，并通過(guò)變電壓變輸出能量(varying voltage and varyingoutput energy，VVVE)的方法，對(duì)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行優(yōu)化。通過(guò)類(lèi)似改變電容初始電壓(varying initialvoltage，VV)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)合閘時(shí)間的粗調(diào)，通過(guò)類(lèi)似改變電容輸出能量(varying output energy，VE)的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器合閘時(shí)間的微調(diào);結(jié)合電流閉環(huán)控制方法，有效改善了斷路器動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)特性。該方法不僅能保持永磁真空斷路器的合閘時(shí)間恒定，還能減小合閘時(shí)間，控制剛合速度以減小動(dòng)觸頭的碰撞能量。
4、結(jié)論
1)為優(yōu)化斷路器動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng)特性，本文提出了永磁真空斷路器合閘優(yōu)化方法，該方法能對(duì)斷路器合閘時(shí)間進(jìn)行粗調(diào)和微調(diào)，提高了斷路器動(dòng)觸頭合閘時(shí)的平均速度，并有效控制了剛合速度，保護(hù)了動(dòng)觸頭。
2)通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算斷路器合閘時(shí)應(yīng)選取的k值和η值，采用文中所述的VVVE參數(shù)計(jì)算方法來(lái)計(jì)算電流方程的參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)斷路合閘時(shí)間的在線(xiàn)補(bǔ)償，使永磁真空斷路器在不同工況下的合閘時(shí)間保持恒定。
