運(yùn)用于高壓GIS斷路器的電機(jī)操動(dòng)技術(shù)

徐鵬博 劉源

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，智能化設(shè)備已經(jīng)不斷融入到人們的日常生活中。在電力工程中也引進(jìn)了相關(guān)的智能化設(shè)備。電機(jī)操動(dòng)技術(shù)已經(jīng)逐漸應(yīng)用到高壓斷路器的運(yùn)行中，與傳統(tǒng)的操動(dòng)技術(shù)相比其具有比較突出的特點(diǎn)，讓高壓斷路器中的操動(dòng)技術(shù)有了非常大的進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)了斷路器開(kāi)關(guān)速度上的控制。本文主要對(duì)高壓GIS斷路器的電機(jī)操動(dòng)技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，并對(duì)其在運(yùn)行中需要使用的控制策略進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：高壓斷路器；電機(jī)操動(dòng)技術(shù)；應(yīng)用

引言：斷路器在電力系統(tǒng)中掛載運(yùn)行，在無(wú)載、空載、負(fù)載、短路等不同工況下電路電氣參數(shù)是不同的，開(kāi)斷條件的差異決定了負(fù)載分閘特性的不同，形成了不同的電氣、機(jī)械特性，這也決定了對(duì)斷路器不同開(kāi)斷能力的需求。目前工程應(yīng)用中的斷路器只能按照一種預(yù)置的工作方式進(jìn)行合分閘操作。在電網(wǎng)不同工況、不同故障類(lèi)型下對(duì)應(yīng)有一條分、合閘理想運(yùn)動(dòng)特性曲線，如果操動(dòng)機(jī)構(gòu)可以使斷路器按照這條曲線動(dòng)作，便可實(shí)現(xiàn)其自身出力與負(fù)載反力間的匹配，提高合分閘能力。

一、高壓斷路器電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展

在社會(huì)不斷進(jìn)步和發(fā)展的同時(shí)，斷路器的設(shè)備但也在不斷的發(fā)展和完善中，在使用的過(guò)程中可以選擇的電機(jī)操動(dòng)結(jié)構(gòu)也越來(lái)越多。所以根據(jù)的不同的實(shí)際情況選擇最適合的電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)和技術(shù)們可以保證高壓斷路器的正常運(yùn)行。最開(kāi)始的時(shí)候，斷路器中的電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)是以直流電磁能量為主要?jiǎng)恿?，隨著社會(huì)的發(fā)展主要?jiǎng)恿闹Я麟姶抛兂闪藟嚎s空氣再到彈簧操作機(jī)構(gòu)，直到最近幾年，高壓斷路器中電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)使用的是永磁電動(dòng)機(jī)。操動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)正在不斷的完善，所使用的電機(jī)操動(dòng)技術(shù)也在不斷的提高，對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行也是一個(gè)保障。

二、高壓斷路器智能化操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電力系統(tǒng)的運(yùn)行工作已經(jīng)逐漸趨向智能化，由于固有的電力系統(tǒng)組成構(gòu)架復(fù)雜，相關(guān)工作人員對(duì)其安裝和維護(hù)花費(fèi)的時(shí)間比較長(zhǎng)，使用的成本較高，這對(duì)電力系統(tǒng)的智能化發(fā)展有著抑制的作用。但是總線技術(shù)還是應(yīng)用到了目前的電力系統(tǒng)中，讓電力系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化，可以進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的傳送并且具有多向性。并且在科技的不斷發(fā)展中，使用的智能化設(shè)備的功能也不斷的提高，許多先進(jìn)的電力管理和監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷出現(xiàn)，提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性，智能化技術(shù)的引進(jìn)讓原有的運(yùn)行理念發(fā)生了轉(zhuǎn)變。

三、電機(jī)操動(dòng)控制技術(shù)策略

1、經(jīng)典控制策略

經(jīng)典控制策略的對(duì)象模型明確且為線性，操作條件及運(yùn)動(dòng)環(huán)境固定。經(jīng)典控制策略主要包括三種：解耦控制、PID反饋控制、Smith 預(yù)估控制，其中最經(jīng)典的當(dāng)屬 PID 控制，具有較強(qiáng)的魯棒性，包含整個(gè)動(dòng)態(tài)控制過(guò)程的全部信息，幾乎達(dá)到了最優(yōu)配置。

2、現(xiàn)代控制策略

經(jīng)典控制策略具有局限性，需要滿(mǎn)足其固定的要求，在實(shí)際操作的條件和使用環(huán)境的不會(huì)發(fā)生變化的情況下可以使用該種控制策略，但是高壓斷路器電機(jī)操動(dòng)技術(shù)系統(tǒng)在智能化設(shè)備的使用中，其操作的條件和運(yùn)行的環(huán)境是在不斷變化的，需要考慮到多種因素對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的影響，所以在目前高壓斷路器的發(fā)展中，現(xiàn)代控制策略比較適用。

（1）魯棒控制

魯棒控制是針對(duì)模型的不確定性問(wèn)題提出的。其研究重點(diǎn)是討論控制系統(tǒng)的某種性能或某個(gè)指標(biāo)在某種擾動(dòng)下保持不變的程度或?qū)_動(dòng)不敏感的程度。當(dāng)系統(tǒng)中存在模型攝動(dòng)或隨機(jī)干擾等不確定性因素時(shí)，能保持系統(tǒng)滿(mǎn)意的功能品質(zhì)。

（2）滑模變結(jié)構(gòu)控制

滑模變控制系統(tǒng)是一種不進(jìn)行連續(xù)控制的非線性系統(tǒng)，具有多變性，在滑模變結(jié)構(gòu)控制運(yùn)行的過(guò)程中，電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨時(shí)都可以發(fā)生變化，在使用的過(guò)程中利用該種控制結(jié)構(gòu)的特性讓電力系統(tǒng)在特定的空間中運(yùn)行，讓電力系統(tǒng)保持一個(gè)平衡的狀態(tài)，這就是的滑模變結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的作用原理。使用這種控制方法，不會(huì)受到一些外界因素的影響，可以根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，適應(yīng)能力比較強(qiáng)，所以在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的比較廣泛。

3、智能控制策略

高壓斷路器中的電力系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中復(fù)雜多變，許多操作技術(shù)無(wú)法使用的傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型將其展現(xiàn)出來(lái)，在其運(yùn)行的過(guò)程中如果操作斷路器的動(dòng)觸頭，就會(huì)使電力對(duì)電動(dòng)器造成相對(duì)的作用力，這是無(wú)法使用數(shù)據(jù)的模型來(lái)體現(xiàn)的。所以為了可以精確的體現(xiàn)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中電機(jī)操動(dòng)技術(shù)的相關(guān)特性，需要引進(jìn)先進(jìn)的智能化控制策略。

（1）專(zhuān)家控制

專(zhuān)家控制的實(shí)質(zhì)是基于受控對(duì)象和控制規(guī)律的各種知識(shí)，并以智能的方式利用這些知識(shí)來(lái)設(shè)計(jì)控制器。利用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的控制器稱(chēng)為專(zhuān)家控制，其根據(jù)誤差及其變化，按照控制精度將控制器分為幾種情況，當(dāng)誤差在不同區(qū)域時(shí)，進(jìn)行相應(yīng)處理。當(dāng)誤差大于某一相對(duì)較大的正數(shù)時(shí)，說(shuō)明誤差的絕對(duì)值已經(jīng)很大，則不論誤差變化趨勢(shì)如何，都應(yīng)考慮控制器的輸出應(yīng)按最大輸出，以達(dá)到迅速調(diào)整誤差，使誤差絕對(duì)值以最大速度減小。當(dāng)誤差的絕對(duì)值很小時(shí)，加入積分，減小穩(wěn)態(tài)誤差。但專(zhuān)家整定法則需要太多的經(jīng)驗(yàn)，不同的目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)不同的經(jīng)驗(yàn)，而整理知識(shí)庫(kù)則是一項(xiàng)長(zhǎng)時(shí)間的工程。

（2）遺傳算法

遺傳算法按所選擇的適配值函數(shù)求得適配值，進(jìn)而求每個(gè)串對(duì)應(yīng)的復(fù)制概率，并通過(guò)遺傳算法中的復(fù)制、交叉及編譯對(duì)個(gè)體進(jìn)行篩選，使適配值高的個(gè)體被保留下來(lái)，組成新的群體新的群體既繼承了上一代的信息，又優(yōu)于上一代。這樣周而復(fù)始，群體中個(gè)體的適應(yīng)度不斷提高，直到滿(mǎn)足一定的條件。采用遺傳算法在線整定是在每個(gè)采樣時(shí)間選取足夠多的個(gè)體，計(jì)算不同個(gè)體的自適應(yīng)度，通過(guò)遺傳算法優(yōu)化，選擇自適應(yīng)度大的個(gè)體所對(duì)應(yīng)的個(gè)體所對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)作為該采樣時(shí)間下的控制參數(shù)。

結(jié)語(yǔ)：高壓斷路器在運(yùn)行過(guò)程中是需要快速的完成一個(gè)工作，具體的操作方法和使用的操作技術(shù)與固有控制系統(tǒng)是不一樣的。高壓斷路器的電機(jī)操動(dòng)技術(shù)控制系統(tǒng)涉及的領(lǐng)域比較多，需要掌握的技術(shù)范圍比較廣，目前還在不斷完善和發(fā)展中，沒(méi)有足夠成熟的技術(shù)，所以在使用電機(jī)操動(dòng)技術(shù)時(shí)，一定要結(jié)合相對(duì)應(yīng)的電機(jī)操動(dòng)技術(shù)控制策略，讓其可以合理的應(yīng)用到高壓斷路器的運(yùn)行過(guò)程中，要對(duì)電機(jī)操動(dòng)技術(shù)的實(shí)施不斷研究，累積經(jīng)驗(yàn)，提高電機(jī)操動(dòng)技術(shù)水平，保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳志恒.高壓GIS隔離開(kāi)關(guān)電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)研究[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2015.

[2]史可鑒.GIS中隔離開(kāi)關(guān)電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)及控制方法研究[D].沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)，2016.