飞轮储能技术在断路器动态特性检测中的应用

在地铁列车断路器动态特性检测中,引入飞轮储能系统能够有效回收列车再生制动能量,稳定断路器开关动作电压,但单飞轮储能系统容量较小,难以满足列车再生制动能量利用需求,飞轮储能阵列(FESA)是解决这一问题的有效手段.首先,分析飞轮储能系统的数学模型和运行特性;然后,考虑稳压节能及弱磁需求,给出基于多电压阈值的单飞轮储能系统控制策略,并在此基础上针对飞轮阵列均速控制和工作模式管理等核心问题,提出基于转差修正控制和基于“电压-转速-电流”三闭环控制的两种飞轮储能阵列控制策略;最后,通过仿真和实验验证飞轮储能阵列控制策略的可行性.

高压断路器用电机驱动机构路径动态规划方法

电机驱动操动机构相较于传统操动机构结构简单,动作可控性强,极大的提高了断路器分合闸操作的可控性及可靠性。针对电机驱动机构的控制方法即机构的运动轨迹方法,提出了一种电机驱动机构的路径动态规划方法,由建立的电机输出轴与开关动触头之间的数学模型,推导开关动触头最佳运动轨迹和电机轴最佳输出曲线的数学关系,最后搭建126kV电机驱动操动机构试验平台,由试验平台所得的结果证明,提出的动态规划方法与预置曲线法相比,能够有效缩短运行时间,提高断路器的机械寿命。

配永磁机构真空断路器操动时间分散性的预测模型与影响因素研究

针对现有模型存在的难以实现多场充分耦合的问题,提出了一种对配永磁机构真空断路器动作时间进行预测的新模型。该模型考虑励磁变化和运动部件速度效应带来的涡流影响,实现了永磁操动机构的复杂机械运动、电子瞬态电路与瞬态磁场的多场耦合分析。基于该模型,对某型号配永磁机构真空断路器的动作时间进行了预测,实验证明所提方法是正确的。在此基础上,利用模型分析了励磁电压、环境温度、铁心材料和励磁方式等因素对永磁操作机构动作时间分散性的影响,并研究了各因素对动作时间分散性的影响机理。

一种新型趋近律的PMSM模糊自适应终端滑模控制

针对传统永磁同步电机滑模控制方法产生抖振现象和外界干扰带来的一些不确定的影响,提出了一种新的模糊滑模控制器设计方法。首先,基于滑模控制和模糊控制两大理论,在转速环引入全局快速终端滑模控制,并设计一种新型复合趋近律,在削弱抖振的同时,又能使系统在有限时间内快速达到稳态;然后以Lyapunov函数导数的绝对值为补偿构建了自适应干扰估计项,对外界干扰进行准确估计,进而设计了全局快速终端模糊滑模控制器,通过仿真对比试验,验证该控制器能快速收敛到稳定状态,而且能够有效地抑制传统滑模控制器的抖振情况,验证了所提方法的有效性。

新型12 kV真空断路器单稳态永磁机构的设计

高速发展的电力系统要求电力故障在更短的时间内切除,而传统的永磁断路器难以达到要求。以ZW32-12型户外交流高压真空断路器为原型,设计了一款三相独立运动的单线圈单稳态永磁机构,每相永磁机构内置分闸弹簧、励磁线圈及永磁体,与真空灭弧室通过绝缘拉杆直接相连,采用的直线运动方式使其在体积、功耗、性能等方面都有所改善。

采用模糊控制和脉冲宽度调制技术的同步真空开关位置伺服控制器设计

为保证真空开关动作时间长期稳定性,针对同步真空开关性能受开关动作时间分散性的影响,采用了位置伺服控制使真空开关动触头实现预定的最佳参考轨迹运动。在分析控制电压、环境温度、闲置时间等因素对永磁机构真空开关运动及操作时间影响的基础上,给出了同步真空开关位置伺服控制原理;设计了基于模糊控制和脉冲宽度调制(PWM)技术的同步真空开关位置伺服控制器,并对35kV同步真空开关进行了伺服控制性能测试。测试结果表明,真空开关动触头能很好地跟踪参考轨迹运动,开关合分闸时间分散性在±0.2ms范围内,满足IEC62271-302标准对开关操作时间一致性的要求。

126kV真空断路器分离磁路式永磁操动机构

永磁操动机构因其结构简单、可靠性高、操作寿命长、动作分散性小以及与真空断路器配合良好等特点被广泛应用于中低压等级（3.6-40.5kV）的真空断路器中。但由于高电压等级真空断路器触头的运动行程长、分合闸速度高,依靠传统结构形式的永磁机构难适应输电等级（〉72kV）真空断路器高速度要求。因此,本文提出一种适用于126kV真空断路器的新型双稳态轴对称分离磁路永磁机构,将永磁保持部分与电磁操动部分分离,减少两部分磁路在工作时的干扰,进而提高永磁机构的分、合闸速度。同时引入非工作气隙的设计,当保持动铁心离开分合闸位置时永磁力急剧下降,减少了永磁铁在运动过程中对机构运动特性的影响。本文采用有限元软件与多体动力学软件耦合仿真方法对该机构的静态特性及动态特性进行了计算,并根据计算结果制作了样机。样机的实验结果证明该新型永磁机构的速度特性可满足126kV真空断路器的要求,实验结果与仿真结果具有较好的一致性。

配永磁机构真空断路器运动特性控制技术的研究

真空断路器的动触头运动特性对其开断能力和寿命影响很大。介绍了一种控制分闸运动特性的方法,通过控制永磁机构的分、合闸线圈的接入时间,控制分闸的的运动特性。在实验室进行了试验,验证了该方法的可行性。

基于真空断路器的并联电容器组相控投切装置

为了减小配电网中无功补偿并联电容器组投切时所引起的涌流和过电压,开发了一种基于永磁机构的相控真空断路器系统,包括断路器本体和同步控制器。控制器硬件以数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407A为核心,采用模块化设计思想,具有良好的抗干扰性。分析了断路器的机械特性、介质绝缘特性以及控制系统精度对相控投切效果的影响。系统实时采集电网参数并采用平均序列交越零点相位差分算法提取参考信号相位信息,配合合适的投切策略,完成电容器组在预定相位投切。该断路器装置已经完成在系统试验站的大量相控投切实验,实验表明样机运行稳定可靠,达到了预期设计要求。

永磁机构及其发展动态

本文从真空断路器的动作特性出发 ,讨论了真空断路器各种机构的特点以及与真空断路器动作特性的匹配情况 ,提出了一种真空断路器用新型的永磁机构 ,并从原理上论述了该机构具有可靠性高、零部件少、免维护等优点 ,同时 。

采用数字信号处理器的永磁机构同步控制系统

断路器的同步(或相控)操作能有效削弱分合闸所产生的涌流、过电压等暂态冲击,是电器智能化的前沿课题。文中介绍了以数字信号处理器(DSP)TMS320LF2407A为核心的永磁机构同步控制系统的软硬件设计。该系统实时采集电参数并用有限冲激响应(FIR)数字滤波器检测参考信号零点,针对不同输入指令调用相应的控制算法,使永磁机构在预定相位完成同步投切。整个装置的设计均采用模块化思想,具有必要的抗干扰措施,并能与控制中心通信,便于现场调试与维护。试验结果表明样机运行稳定可靠,达到了预期的设计要求。

监控一体化永磁机构真空断路器在线监测与故障诊断的方法

为实现永磁机构控制与在线监测功能一体化设计,笔者在传统永磁控制器基础上添加线圈电流采集回路、机械特性在线监测回路,实现永磁机构控制、线圈电流信号、机械行程信号采集,并根据控制信号或线圈电流阈值或机械行程阈值启动录波并生成录波文件。通过对测试中几个故障实例录波文件的分析,提出了基于实例的故障诊断方法:首先依据录波文件中控制信号、线圈电流信号、机械行程信号有无及出现时序关系进行初步诊断,以诊断突发性设备故障,并根据录波文件分析故障部位和产生原因;当初步诊断开关设备无突发性设备故障后再依据机械特性行程—时间包络线和线圈电流—时间包络线进一步确定开关设备健康状态,诊断开关设备可能存在的渐变性故障及故障类型等,防止事故的发生。

高可靠性永磁机构真空断路器研究

永磁机构真空断路器是一种新型开关设备,由于具有结构简单、可靠性高等优点,近年来受到科研机构和生产单位的广泛关注。文中选用永磁真空柱上重合器作为研究对象,从设计、试验及标准等方面,对永磁机构提出了新的要求,提出了永磁机构的供电电源电容器"门槛"电压的概念,并定义线圈通流时间为"脉宽",论证了采用"动脉宽"和"定脉宽"两者相结合的方式,可使永磁机构合闸更可靠。规定了永磁机构电容器的能量必须满足的要求,针对重合器3合4分的操作顺序,提出了采用多组电容分级投入的方式,很好地解决了电容器的容量问题。利用有限元的方法仿真分析了永磁机构磁场等,为永磁机构断路器的产品优化及可靠性设计提供了依据,最后制订了专门的考核方法并对产品进行了试验验证。仿真和试验结果验证了优化设计方法的可行性,提高了断路器的可靠性。

27．5kV永磁机构真空断路器动作特性仿真与试验研究

针对27.5kV永磁机构真空断路器并根据其动作特点,进行了基于Ansoft和Matlab软件的静态、动态特性仿真。首先,建立有限元模型,利用Ansoft软件包对永磁机构的静态特性进行仿真。其次,根据耦合电压平衡方程和达朗贝尔机械运动特征方程,在静态仿真基础上采用Matlab构建永磁机构断路器的运动模型,对永磁机构动铁心、断路器动触头运动特性进行了仿真分析。最后,对设计的样机进行了动态测试,测试结果表明仿真的正确性。

基于线圈电流的永磁真空断路器控制方法

为使永磁真空断路器(VCB)分合闸的动作时间保持一致,实现可靠的同步关合,基于永磁机构(PMA)的动态特性,分析了动触头在不同运动阶段下的线圈电流,以及参考电流曲线的获取方法。基于Simulink控制模型,通过改进滞环控制方法有效实现了对参考电流曲线的跟踪。为检验控制算法,设计了以ARM处理器为核心的智能控制器,通过选取3种不同容量的储能电容,在150～200V电压范围内进行了断路器的分合闸实验。结果表明,基于上述控制原理设计的控制器可以有效控制断路器的动触头的行程轨迹,使动触头的运动轨迹与参考电流曲线的运动轨迹保持一致;在选定的线圈参考电流曲线下,实际断路器分合闸的动作时间的误差≤0.3ms。

基于永磁操动机构的光控模块式多断口真空断路器技术

提出了一种设计多断口真空断路器的新思路,即采用基于永磁操动机构的光控模块式真空断路器单元串联成为更高电压等级的多断口真空断路器。它使用光纤控制技术在低电位端对处于高电位的真空断路器的电子操动机构进行控制。最后,对光控真空模块单元中的电源系统进行了介绍。

配永磁机构真空断路器动态仿真与实验

为了研究断路器分、合闸过程的动态特性,笔者针对一台配永磁操动机构的真空断路器,基于虚拟样机技术建立了断路器的动力学模型,推导出模型动作过程所满足的运动方程及电磁方程,对真空断路器的分闸、合闸动态过程进行仿真分析与实验对比。仿真和实验结果表明,模型的动态特性满足断路器的技术参数及实验数据的要求,为研究断路器的优化设计和故障诊断提供了依据。

72.5kV高压真空断路器永磁操动机构的研究与设计

高压真空灭弧室有较长的运动行程 ,并需要较高的分、合闸速度。在较长的开距下 ,气隙磁阻较大 ,动铁芯往往不易获得能满足高压真空灭弧室要求的机械力 ,这给配用永磁机构带来了相当的难度。根据真空灭弧室及其机械传动系统负载反力的非对称性 ,该文提出在分闸工作气隙区域内设置由导磁材料构成的磁分路。引入磁分路后 ,进入动铁芯磁极端面的磁通被分成工作气隙主磁通和边缘扩散磁通 ,这样动铁芯的电磁吸力特性被有效改善 ,即使在较长的运动行程下也能获得满足 72 .5kV高压真空断路器开断要求的动能。该文对永磁操动机构的静磁场和动态特性进行了分析 ,给出了计算和仿真测试结果。

126kV双断口真空断路器的理论分析

在分析国内外高电压等级真空开关研究的基础上,提出了研发126 kV双断口真空断路器的必要性和可行性,并针对双断口真空开关存在的缺陷提出了解决措施。在双断口均压问题上,笔者给出一种新型126 kV双断口真空断路器,通过理论分析,表明这种设计具有较好的断口均压特性,避免了采用断口并联电容均压方式带来的不利影响。利用永磁机构传动精度高的特点,将其应用在双断口真空断路器中,保证了双断口合分动作的同步性。