為使永磁真空斷路器(VCB)分合閘的動作時間保持一致，實現(xiàn)可靠的同步關(guān)合，基于永磁機構(gòu)(PMA)的動態(tài)特性，分析了動觸頭在不同運動階段下的線圈電流，以及參考電流曲線的獲取方法。基于Simulink控制模型，通過改進滯環(huán)控制方法有效實現(xiàn)了對參考電流曲線的跟蹤。為檢驗控制算法，設(shè)計了以ARM 處理器為核心的智能控制器，通過選取3種不同容量的儲能電容，在150～200V電壓范圍內(nèi)進行了斷路器的分合閘實驗。結(jié)果表明，基于上述控制原理設(shè)計的控制器可以有效控制斷路器的動觸頭的行程軌跡，使動觸頭的運動軌跡與參考電流曲線的運動軌跡保持一致；在選定的線圈參考電流曲線下，實際斷路器分合閘的動作時間的誤差≤0.3ms。

　　引言

　　當(dāng)斷路器開斷和閉合電力設(shè)備時，電壓初相角是隨機的，因此關(guān)合瞬間系統(tǒng)會產(chǎn)生涌流和過電壓，對電力設(shè)備造成損害。同步關(guān)合技術(shù)可以減小操作過程中的涌流和過電壓、縮短系統(tǒng)暫態(tài)過程、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、減小對斷路器自身的損害、提高其分斷能力。其技術(shù)關(guān)鍵在于提高機構(gòu)操作的準確性。傳統(tǒng)斷路器的操動機構(gòu)的動作分散性大、運動可控性差、響應(yīng)速度慢，限制了其在同步關(guān)合領(lǐng)域的發(fā)展。永磁機構(gòu)的零部件少，結(jié)構(gòu)簡單，通常只有一個運動部件，其動作分散性小，機械壽命長，為開關(guān)同步關(guān)合技術(shù)的實現(xiàn)提供了很好的保證。由于操動機構(gòu)的可靠性直接影響永磁真空斷路器的運行可靠性，因此，永磁機構(gòu)動態(tài)特性的研究受到了廣泛的關(guān)注。文獻對永磁機構(gòu)動態(tài)特性進行了相應(yīng)的理論分析，為基于電流曲線控制的方法提供了理論基礎(chǔ)。

　　雖然永磁機構(gòu)的動作分散性較小，但是由于其儲能電容的容量易受溫度影響，且電壓不穩(wěn)定，線圈電阻率會發(fā)生變化，因此會造成斷路器的動作時間發(fā)生改變。由于永磁機構(gòu)動態(tài)方程較為復(fù)雜，幾乎不可能建立一個精確的數(shù)學(xué)模型來在線計算上述原因造成的動作時間誤差進行補償、進而實現(xiàn)實時控制。因此，使用基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的方法來預(yù)測動作時間成為實現(xiàn)同步關(guān)合的一種可行方案。由于該算法是在開環(huán)狀態(tài)下完成控制的，因此斷路器觸頭的動作過程無法控制，使同步關(guān)合技術(shù)存在不確定因素。此外，基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)需要大量的實驗數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，增加了實施的難度。而斷路器動觸頭位移曲線的閉環(huán)控制方法雖然可以對斷路器動觸頭的行程進行準確控制，但其位移傳感器在工作過程中的內(nèi)部測量抽頭處于運動狀態(tài)，測量次數(shù)有限，自身容易發(fā)生故障，且位移傳感器通常需要與動觸頭連桿直接連接，不易安裝，也容易誘發(fā)電氣故障，因此限制了其應(yīng)用。

　　本文提出了一種以永磁機構(gòu)線圈電流為控制對象，通過改進型的滯環(huán)控制算法對參考線圈電流進行跟蹤控制的方法。真空技術(shù)網(wǎng)(http://smsksx.com/)認為基于這種控制方法，永磁機構(gòu)本身無需增加任何部件，即可實現(xiàn)對斷路器觸頭狀態(tài)的控制，使斷路器的動作時間保持在一定值，為斷路器同步關(guān)合的實現(xiàn)提供了可靠基礎(chǔ)。通過設(shè)計以ARM處理器為核心的硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)了對12kV單穩(wěn)態(tài)永磁真空斷路器分合閘的準確控制，使分合閘動作時間誤差在≤0.3ms，滿足同步關(guān)合時要求的合閘時間誤差≤1ms、分閘誤差≤2ms的技術(shù)要求；同時也使得永磁機構(gòu)的勵磁線圈和斷路器的動觸頭得到保護。

　　1、永磁機構(gòu)的線圈電流特性

　　永磁機構(gòu)的動態(tài)特性是由電磁和機械的綜合過渡過程決定的。為了能夠有效滅弧，應(yīng)適當(dāng)加快動觸頭的速度；然而若動觸頭速度過大，則會引起碰撞能量的增加，不利于電氣和機械壽命的提高。因此，準確計算并分析永磁機構(gòu)的動態(tài)特性、使斷路器動作過程中電磁力與運動反力合理配合對機構(gòu)與開關(guān)本體檢特性的配合具有重要意義。永磁機構(gòu)的動態(tài)特性可以由式(1)來描述

　　式中：Uc為電容電壓；i、Ψ 分別為線圈電流和電磁系統(tǒng)全磁鏈；δ為磁場間隙；t為時間；Wμ為電磁系統(tǒng)的磁能，是i、Ψ 的函數(shù)；x 為銜鐵位移；m 為系統(tǒng)運動部件歸算到銜鐵處的質(zhì)量；Fmag、Ff分別為銜鐵受到的電磁吸力和運動反力；C、R 分別為電容容量和線圈等值電阻；f1和f2分別為合閘過程中電磁吸力和磁通的變化。

　　6、結(jié)論

　　1)文中所述獲取電流參考曲線的獲取方法，可以有效控制動觸頭的運動狀，減小動觸頭的碰撞能量，使相同條件下，斷路器的重合閘次數(shù)得到提高，有利于實現(xiàn)多次重合閘。

　　2)實驗表明，基于所述控制算法設(shè)計的控制器，實現(xiàn)了對12kV單穩(wěn)態(tài)真空斷路器的智能控制，使真空斷路器的分閘和合閘誤差范圍均≤0.3ms，保證了分合閘時間的一致性，為同步關(guān)合創(chuàng)造了可靠的基礎(chǔ)。由于無須在斷路器本體機構(gòu)增加任何環(huán)節(jié)，參考曲線獲取由控制器自身采樣獲得，因此控制方法簡單可行，具有較高的實用價值。