【康沃真空網(wǎng)】基于永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的真空開(kāi)關(guān)被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，以確保真空開(kāi)關(guān)在不同環(huán)境下操動(dòng)的精度和動(dòng)作時(shí)間穩(wěn)定，可以有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。鄭州大學(xué)電氣工程學(xué)院、河南省輸配電裝備與電氣絕緣工程技術(shù)研究中心的科研人員程顯、袁曉東、葛國(guó)偉、朱劍鵬，在2021年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，對(duì)真空開(kāi)關(guān)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究，實(shí)驗(yàn)證明所研究的控制器可提高機(jī)構(gòu)動(dòng)作的穩(wěn)定性和有效性。
基于永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的真空開(kāi)關(guān)被廣泛應(yīng)用在電力系統(tǒng)中，提高開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間的穩(wěn)定性和動(dòng)作特性的可控制性，對(duì)電力系統(tǒng)中相控開(kāi)關(guān)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。相控開(kāi)關(guān)技術(shù)可以有效地削弱電網(wǎng)中高壓開(kāi)關(guān)開(kāi)合閘時(shí)產(chǎn)生的涌流和過(guò)電壓，有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)作部件少，中間轉(zhuǎn)換和連接機(jī)構(gòu)也很少，極大地提高了動(dòng)作的可控性，因此永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)真空開(kāi)關(guān)的智能控制提供了可靠支持。
真空開(kāi)關(guān)永磁機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間的分散性是指對(duì)同一開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)，一般采用充電電容當(dāng)作控制電源，由于每次動(dòng)作時(shí)，控制電壓很難保證都相等，難免會(huì)有波動(dòng)，必然會(huì)影響電流的大小，最終造成永磁機(jī)構(gòu)分合閘的時(shí)間波動(dòng)及特性曲線的變化。控制電壓的變化作為影響動(dòng)作時(shí)間穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一，它的波動(dòng)必然會(huì)引起動(dòng)作時(shí)間的偏差，從而對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生負(fù)面影響。因此電壓變化引起的時(shí)間誤差是永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)亟需解決的問(wèn)題之一。
此外，頻繁地充放電及連續(xù)的動(dòng)作，將導(dǎo)致電容的容量降低，回路中接線端子處的接觸電阻也會(huì)增加，這些難以預(yù)知的變化都會(huì)引起線圈電流的變化，對(duì)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作造成難以預(yù)測(cè)的影響，使開(kāi)關(guān)動(dòng)作分散性變大。
對(duì)于單機(jī)構(gòu)而言，控制電壓變化、外界溫度及觸頭磨損等問(wèn)題是無(wú)法避免的，也很難進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，因此降低機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間的誤差，需要考慮如何抵消這些環(huán)境因素帶來(lái)的影響。目前的研究工作就是加入智能控制系統(tǒng)對(duì)操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行控制，得到不同電壓環(huán)境下的動(dòng)作時(shí)間，以及不同環(huán)境溫度下的機(jī)構(gòu)的動(dòng)作特性，對(duì)比未加入智能控制系統(tǒng)時(shí)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作特性，從而驗(yàn)證加入控制系統(tǒng)后對(duì)動(dòng)作穩(wěn)定性的改善效果。
鄭州大學(xué)程顯教授團(tuán)隊(duì)采用模糊徑向基函數(shù)（Radial Basis Function, RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-PID智能控制系統(tǒng)，保證開(kāi)關(guān)操動(dòng)時(shí)間的穩(wěn)定性及操動(dòng)過(guò)程的可控性。
他們首先對(duì)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)模型進(jìn)行建模與仿真分析，建立永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真模型，驗(yàn)證了算法控制器的可行性。在此基礎(chǔ)上搭建了永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，以TMS320F28335 類型的數(shù)字信號(hào)（Digital Signal Processor, DSP）處理器為核心設(shè)計(jì)了永磁機(jī)構(gòu)真空開(kāi)關(guān)智能控制系統(tǒng)。在控制算法上選擇了模糊RBF-PID控制算法，控制機(jī)構(gòu)觸頭的行程和線圈電流。
科研人員進(jìn)行合閘實(shí)驗(yàn)并對(duì)比加入控制系統(tǒng)之前的合閘時(shí)間穩(wěn)定性，證明了模糊RBF-PID控制方案對(duì)提高真空開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)間穩(wěn)定性的可行性及有效性。最后，他們得出如下結(jié)論：
1）本研究通過(guò)分析永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)分合閘時(shí)的受力情況，建立永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型，提出了一種基于線圈電流補(bǔ)償及位移跟蹤控制的控制方案，設(shè)計(jì)了一種模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)-PID控制系統(tǒng)，對(duì)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)真空開(kāi)關(guān)合閘進(jìn)行操動(dòng)控制，提高了合閘動(dòng)作時(shí)間穩(wěn)定性。
2）采用Matlab建立永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)的仿真模型，建立以模糊RBF-PID控制算法為核心的控制器，并進(jìn)行了位移跟蹤和線圈電流補(bǔ)償?shù)姆抡鎸?shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：模糊RBF-PID控制器能夠?qū)€圈電流和行程位移進(jìn)行較好的跟蹤控制。
3）搭建了真空開(kāi)關(guān)永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，在外界環(huán)境因素變化的情況下，進(jìn)行控制效果驗(yàn)證。未加入算法控制器的合閘實(shí)驗(yàn)，總體合閘時(shí)間在22.7~31.8ms；加入算法控制器后，總體合閘時(shí)間在25.5~26.1ms，合閘動(dòng)作時(shí)間分散性由原來(lái)的±1.5ms降低為±0.3ms左右。在不同的外界環(huán)境溫度下，分散性依然能夠保持在±0.31ms以內(nèi)，驗(yàn)證了該控制方案的有效性。
本文編自2021年第21期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“真空開(kāi)關(guān)高動(dòng)作穩(wěn)定性的永磁操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)”，作者為程顯、袁曉東 等。
