基于改进Kruskal-Wallis检验的低压开关电器状态表征参数选择

由于状态数据的多属性、高维度和大数据量,以及特征参数难以满足正态性和方差齐性检验的事实,低压开关电器的状态表征参数难于选择。针对该问题,基于非参数单体多状态样本的分组状态间秩差异性,以及特征参数Kruskal-Wallis(KW)检验统计量的计算规则和变化趋势,研究论证了单体样本特征参数表征显著性鉴别机理。同时,基于状态序列斜率变化增量和子序列变异增量,提出样本状态时序分类算法,并将该算法与参数鉴别机理相结合,形成单体多状态样本改进KW检验理论。最后,基于改进理论提出低压开关电器状态表征参数选择新方法。以交流接触器为例进行验证,结果表明该文方法适用于具有非线性、非平稳、动态随机分布等特点的低压开关电器状态表征参数选择。实例证明,基于该方法获得状态表征曲线的拟合优度可达0.91,状态划分显著性P值可达8.42848×10–266,表征与分类精度较参数选择前及同类方法提升明显,为下一步研究低压开关电器状态的精确划分与识别奠定了理论基础。

低抖动大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关

为了发展结构简单、便于维护的大功率气体火花开关,研制了大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关,该开关采用电晕放电均压方式,由9个相同的间隙构成。利用有限元分析方法对9间隙电晕均压气体火花开关的电场进行了分析,发现适合长度的电晕针对开关主间隙的电场影响很小,且加载触发脉冲时可在中间间隙形成了强烈的畸变电场。在理论分析的基础上,开展了开关击穿特性研究,实验结果表明电晕均压有利于提升开关的稳定性,开关自击穿电压分散性降低,自击穿电压略微增大;同时多间隙开关实现了良好的触发导通,在工作电压60~85 kV(工作欠压比56.8%~80%)范围内,开关的击穿延时抖动均小于20 ns,当工作电压达到80 kV以上时,抖动可小于10 ns。文中设计的大气压空气电晕均压多间隙气体火花开关可用于直线脉冲变压器等脉冲功率系统,使用的基于电场模拟对电极结构进行优化的方法对设计其他类型的开关具有借鉴意义。

一种基于HTCC的高隔离度开关电路设计

基于开关芯片实现的开关电路是射频前端的基本单元之一,其功能是实现射频信号的导通和关断,在小功率射频信号传输中应用广泛。本文以6 GHz~15 GHz超宽带、60 dB隔离度为设计目标,采用高温共烧陶瓷基板工艺和级联腔体隔离技术,以级联开关芯片为基本电路结构,设计了高隔离度开关电路。该电路包含一只限幅器和两只吸收式砷化镓单刀单掷开关,装配于两个相邻的隔离腔体结构中,通过类同轴垂直传输过渡到基板内对称带状线传输结构,再辅以两侧地孔,实现电磁屏蔽。对开关电路进行电磁场建模仿真,结果表明该结构具有良好的传输特性和隔离特性;在射频前端电路制造完成后对开关电路进行装配和测试,测试结果与建模仿真结果一致性高,验证了本文设计的开关电路具有高隔离度特性。

电网电压三相不平衡时FMSS正负序电流补偿型VSG控制

柔性多状态开关(FMSS)是一种取代传统联络开关应用于现代配电网的新型电力电子设备,能够优化现代配电网分布式电源的消纳和调控。和传统控制算法相比,采用VSG控制的FMSS不受弱电网环境下锁相环性能恶化的影响,在低电网强度下能够向电网提供频率支撑,从而增强系统的稳定性。FMSS作为接入配电网的装置,当电网电压发生三相不平衡现象时,传统VSG控制下的FMSS输出电流、功率会发生明显的波动,并网点的效率会大大降低。针对此问题,以模块化多电平变流器(MMC)结构为基础,在VSG控制策略的基础上引入正负序电流补偿,分别实现不平衡电网下FMSS输出电流、有功功率及无功功率的稳定。最后,通过Matlab/Simulink搭建四端FMSS模型,利用仿真验证所提控制策略的有效性。

隔离开关动作过程特快速暂态电磁干扰变化特征及变化规律分析

隔离开关开合操作时产生的特快速暂态过电压/过电流可能会严重威胁电网的可靠性,但目前尚缺乏对隔离开关特快速暂态过程的电磁干扰变化特征及变化规律的研究。文中以隔离开关分合容性小电流试验的暂态电压、电流数据为基础,提取了对应的宏脉冲波形和单脉冲波形的特征数据,通过概率密度函数拟合以及样本累积经验分布的KS检验对暂态波形特征数据进行了全面的统计分析。结果表明,分、合闸操作的宏波形持续时间概率密度分别服从GEV、inverse Gaussian分布;VFTO、VFTC单脉冲的最大峰值分别为50 kV、370 A,上升时间分别在ns级和μs级,单脉冲间隔时间为ms级;分、合闸单脉冲次数呈现为正态分布。研究结果可为开关类强电磁骚扰标准试验源的研制及系统级电磁兼容试验标准的制定提供科学依据。

变频电流激励下GIS隔离开关机械缺陷的振动非线性行为及其辨识方法

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)机械缺陷是导致设备故障的关键因素之一,为此开展了变频电流激励模式下隔离开关底座松动缺陷的时频域振动图谱变化规律研究,进行了波形因子、重心频率等6个振动特征量的量化分析,采用灰狼算法优化的支持向量机研究提出了变频电流激励模式下GIS隔离开关底座松动缺陷严重程度辨识方法。结果表明:GIS隔离开关缺陷振动信号特征量与电流激励频率具有强相关性,与单一工频电流激励模式相比,变频电流激励具备更有效检测GIS设备机械缺陷的优势;基于126 kV真型GIS试验平台验证获得构建的隔离开关底座松动缺陷辨识模型的平均识别准确率达90%以上。该研究成果为揭示GIS设备的非线性机械振动特性及提升其机械缺陷检测水平提供了重要参考。

基于变分模态分解和改进灰狼算法优化深度置信网络的自动转换开关故障识别

自动转换开关(ATSE)是保证系统连续供电的设备,对其进行健康监测和故障诊断对系统的稳定运行具有重要意义。为了实现对ATSE的非侵入式故障识别,该文提出一种基于电流信号变分模态分解(VMD)的特征提取和改进灰狼算法(IGWO)优化深度置信网络(DBN)相结合的故障诊断方法。该方法首先利用样本熵确定VMD分解次数并对故障电流进行分解;其次对分解后得到的本征模态函数进行小波包能量的提取,并利用IGWO对DBN网络结构参数进行优化;最后通过DBN将电流能量特征与ATSE的故障类型建立起映射关系从而完成最终的故障识别。所提IGWO采用了分段调节与非线性递减的衰减因子相结合的策略,以平衡算法全局搜索和局部搜索能力;并采用莱维飞行更新探狼的移动位置,来避免算法陷入早熟收敛。实验结果表明,该算法不仅能显著提高前期对参数寻优的训练速度,后续泛化实验的故障分类准确率也有98.78%的良好表现。

低气压直流转换开关开断能力研究

直流转换开关被广泛应用于特高压直流输电工程,用于系统运行方式的切换。其多采用无源自激振荡的技术路线,具有结构简单、性能可靠等优点。该文以直流转换开关为研究对象,通过SF6气体低气压特性分析,结合直流转换开关开断过程灭弧室的气流场仿真分析结果,优化气流通道,设计出适用于低气压环境的大容量开断装置。采用了低频振荡电流法等效直流电源进行直流转换开关的电流转换能力验证,分别在不同电流、不同气体压力时进行电流转换试验。由试验结果可知,随着开断装置充气压力的降低,电流转换的能力下降率达到10%~25%,且燃弧时间较长。通过仿真和试验研究,为低气压条件下直流转换开关的设计和电流转换能力评估奠定了基础。

基于激光诱导等离子体的真空开关真空度检测稳定性研究

基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法是一种非接触式真空度检测方法,有望实现安全可靠的真空开关真空度带电检测。但是,激光诱导等离子体的演化是一个十分复杂的物理过程,激光能量、等离子体测量延迟时间等因素直接影响了等离子体成像,对等离子体成像稳定性的影响需要进行更加深入的研究。为此采用相对标准偏差研究了等离子体成像平均次数、激光能量和等离子体测量延迟时间等对等离子体图像和等离子体辐射强度积分稳定性的影响。结果显示,多次成像平均得到的等离子体图像和辐射强度积分不随平均次数发生明显变化,可用于表征真空度。更重要的是,等离子体辐射强度积分的相对标准偏差随平均次数和激光能量的增加而单调下降,随延迟时间的增加而增大,这意味着对等离子体进行多次成像平均,增加激光能量,减小等离子体成像的延迟时间可以提高等离子体辐射强度积分的稳定性,有利于提高真空度检测精度。该研究为基于激光诱导等离子体成像的真空开关真空度检测方法的参数优化提供了指导,为该方法的实际工程应用奠定了实验基础。

智能家电电源开关定时系统的设计

提出了一种以ATmega328P单片机为主体的电源开关定时系统的设计方法,主要应用于小家电供电控制。系统以Arduino Nano开发板为基础,采用ATmega328P单片机为核心控制器件;使用5 V继电器以及电容式触摸开关联合对小家电电源实现人工和定时两种通断控制;采用OLED液晶显示屏实时显示菜单选项和定时的时长。另外,系统提供了功能选择和设置定时按键,并配有蜂鸣器电路为定时结束提示。该系统由电容式触摸感应开关和按键开关作为信号输入部分,负责采集电源人工启停信号和定时信息;由单片机控制核心进行信息分析、处理及判断,并给出相应输出控制;系统输出部分包括显示模块、继电器控制模块和提示音模块,在输出控制信号的作用下联合完成人机交互、电源的人工通断和定时通断等功能。系统仿真和实物测试结果表明,本系统可有效地实现电源定时通断的需求,可达到合理使用电力资源的初衷。

一种L~U波段RF MEMS单刀十掷开关的设计

论文提出了一种适用于1GHz~60GHz频段的RF MEMS单刀十掷开关。该开关采用三角形上电极结构,以减小悬臂梁等效弹性系数和闭合接触面积,达到低驱动电压、高隔离度的目的。通过渐进传输线结构,改善阶跃补偿引起的信号损耗问题。仿真结果显示:该单刀十掷开关的驱动电压为13V,在1GHz~60GHz频段范围内,输入端两侧输出端口的插入损耗<2dB,其余八个端口插入损耗≤0.59dB,所有端口隔离度均>30dB。此开关可适用于无线通信系统、雷达系统和仪器测量系统等对射频性能要求高的领域内。

基于延迟击穿特性的PIN二极管集约模型

延迟击穿特性在实现PIN二极管开关快速导通方面起着至关重要的作用。面对延迟击穿导通时间短导致物理过程分析困难的挑战,设计并验证了一种基于PIN结构的二极管集约模型。首先设计了一个基于PIN结构的二极管仿真模型,通过TCAD软件对该模型进行求解,结果显示在上升沿为520 V/ns、幅值为1000 V的快速高压触发脉冲作用下,二极管的击穿电压可达到其静态反向击穿电压的1.76倍,之后结合导通过程中的载流子浓度变化和电场变化情况对所建立模型的准确性作了进一步验证。其次,基于双极载流子扩散理论并结合TCAD仿真得到的参数,采用拉普拉斯变换和Pade逼近方法,对二极管的基区参数进行了等效电路处理。在此基础上利用基区的等效电路参数以及电导调制效应,建立了基于延迟击穿特性的PIN二极管集约模型。在PSpice软件中对该模型进行了仿真验证,结果显示在相同的触发脉冲作用下,二极管器件导通过程与TCAD仿真结果基本一致。本研究为探索快速导通二极管的反向延迟击穿特性提供了一种简单可行的电路分析方法。

一二次融合配电开关辐射磁场规律及其对智能传感器影响分析

一二次融合技术使得配电开关中二次智能传感单元近距离布置于一次高压电磁环境,配电开关因为电磁干扰产生大量故障。文中利用可控电弧放电原理,针对某型号10 k V一二次融合配电开关搭建了暂态电磁干扰模拟试验平台,获得了该户外一二次融合配电开关干扰信号,其中重点研究了智能传感器附近空间磁场规律;对配电终端(FTU)进行了屏蔽效能分析,计算了传感器合并单元电源线受扰情况。结果表明:一二次融合配电开关中智能传感器可能在持续强暂态电磁骚扰下发生严重故障,文中所研究的电磁暂态模拟试验系统可对智能传感器抗强电磁干扰能力进行考核,现有标准不能满足一二次融合结构下智能传感类设备抗强电磁干扰能力检测需求。

小电流真空电弧多物理场仿真耦合机理研究

真空开关开断过程中产生的真空电弧涉及电、磁、热等多物理场耦合及多物性参数变化,研究其特性对于改进真空开关至关重要。为此,建立小电流真空电弧多物理场耦合模型,利用COMSOL Multiphysics对燃烧过程中的温度、压力、速度、电流密度、磁场强度等关键参量进行仿真,并分析多物理场间耦合机理。结果表明:等离子体温度、压力、电流密度最大值均在阴极表面中心处,磁场最大处靠近阴极侧,速度最大处靠近阳极侧;温度场、电流密度场、磁场随时间变化波动趋势基本一致,速度场波动滞后于压力场。

一二次深融柱上开关断口绝缘试验方法研究

断口绝缘试验是一二次深融柱上开关(柱开)的基础试验项目之一。根据试品电容和杂散电容分布拓扑获取机构箱壳体理论电位,开展了机构箱壳体电位和绝缘垫闪络电压测试,并采用改进措施进行断口绝缘测试。结果表明:进线侧加压时,机构箱壳体电位大于出线侧加压工况,印证了断口试验击穿现象;机构箱壳体电位实测值和理论值相近;绝缘垫在点脏污时绝缘性能最差,闪络电压为干净状态的37%;根据绝缘垫厚度和脏污程度调整机构箱放置位置,断口绝缘试验通过。一二次深融柱开断口绝缘试验时,需关注机构箱壳体电位,防止壳体对地放电干扰试验结果。

基于螺旋弹簧的引信用低g值MEMS惯性开关

微机电系统(MEMS)惯性开关在引信领域有广阔的应用前景,但可用于引信工作环境的低g值型MEMS惯性开关较少。对此,为低发射过载的弹药引信提出一种低闭合阈值的MEMS惯性开关设计方案,满足引信识别低g值冲击信号的功能需求,实现稳定接通引信电源的功能,同时具备抵抗引信工作环境中高过载的能力,提高引信可靠性。依据触发信号特征和引信工作环境提出设计要求,对惯性开关的振荡模型进行理论分析,阐明惯性开关结构尺寸对开关性能的影响规律,给出开关整体设计方案,并应用ANSYS有限元软件对设计结果进行仿真验证。仿真结果表明,所设计的惯性开关能够监测幅值为20g、脉宽为1 ms的冲击信号,开关响应时间小于1 ms,电极接触时间长于30μs,抗过载性能达到12 000g,满足性能指标要求。

矿用隔爆组合开关智能故障诊断系统研究

针对传统组合开关不能对潜在故障进行预测的问题,提出一种基于人工智能的故障诊断方法,该方法通过实时采集组合开关内流过高压断路器的电流与高压断路器触点的温度,对比正常电流下的温度与故障状态下的温度值,采用BP神经网络,诊断断路器故障状态。通过MATLAB软件对所提方法进行仿真验证,结果表明,该方法不仅能够准确识别断路器的缺相故障,也可以准确判断潜在的故障点,从而证明了该方法的可行性和有效性。

青海750 kV串补装置用高压交流旁路开关设计与工程应用

高压交流旁路开关作为输变电系统中重要的开关设备,随着串联电容器补偿技术在电网中的应用,研制出适应高海拔地区用串补装置用交流旁路开关,目前该产品已进入工程化应用。首先介绍了交流旁路开关的作用和工作原理;其次介绍了青海750 kV串补装置用交流旁路开关的主要技术参数,产品外形和结构特点;最后介绍了其工程化应用等内容。

多触指刀闸式接地开关短路关合过程动稳定性仿真分析

接地开关是电力系统中使用量较大、应用较广的设备之一,其稳定性与可靠性对电网的运行安全起着重要作用。仿真研究多触指刀闸式接地开关短路关合过程的动稳定性。首先搭建接地开关短路关合故障系统模型,分析接地开关载流特点;其次以接地开关为物理模型,分析关合过程状态并进行短路电流时域匹配;最后对接地开关关合过程中的动稳定性进行仿真分析。结果表明,接地开关短路电流时域匹配法可以分析接地开关关合过程中短路电流对动稳定性的影响,为大容量接地开关结构设计研发提供参考。

基于红外感应开关控制的建筑照明节能改造研究

随着科学技术的进步和社会经济的发展,人们对照明环境的要求越来越高,在这种情况下,对现有的照明控制系统进行改造显得尤为重要。基于红外感应开关控制的建筑照明节能改造系统通过在照明开关中嵌入红外感应模块,可以实现对建筑物内灯光自动开关控制,具有很好的节能效果。文章分析了照明控制开关的应用现状、红外感应开关的工作原理,以及红外感应开关的特点和应用优势,重点探究了基于红外感应开关控制的建筑照明节能改造。