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基于永磁操動機構的真空開關被廣泛應用在電力系統(tǒng)中，提高開關動作時間的穩(wěn)定性和動作特性的可控制性，對電力系統(tǒng)中相控開關技術的實現(xiàn)具有重要意義。相控開關技術可以有效地削弱電網(wǎng)中高壓開關開合閘時產(chǎn)生的涌流和過電壓，有效提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。永磁操動機構動作部件少，中間轉換和連接機構也很少，極大地提高了動作的可控性，因此永磁操動機構為實現(xiàn)真空開關的智能控制提供了可靠支持。

真空開關永磁機構動作時間的分散性是指對同一開關機構，一般采用充電電容當作控制電源，由于每次動作時，控制電壓很難保證都相等，難免會有波動，必然會影響電流的大小，最終造成永磁機構分合閘的時間波動及特性曲線的變化。控制電壓的變化作為影響動作時間穩(wěn)定性的關鍵因素之一，它的波動必然會引起動作時間的偏差，從而對整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行產(chǎn)生負面影響。因此電壓變化引起的時間誤差是永磁操動機構亟需解決的問題之一。

此外，頻繁地充放電及連續(xù)的動作，將導致電容的容量降低，回路中接線端子處的接觸電阻也會增加，這些難以預知的變化都會引起線圈電流的變化，對開關的動作造成難以預測的影響，使開關動作分散性變大。

對于單機構而言，控制電壓變化、外界溫度及觸頭磨損等問題是無法避免的，也很難進行控制調節(jié)，因此降低機構動作時間的誤差，需要考慮如何抵消這些環(huán)境因素帶來的影響。目前的研究工作就是加入智能控制系統(tǒng)對操動機構的動作進行控制，得到不同電壓環(huán)境下的動作時間，以及不同環(huán)境溫度下的機構的動作特性，對比未加入智能控制系統(tǒng)時開關的動作特性，從而驗證加入控制系統(tǒng)后對動作穩(wěn)定性的改善效果。

鄭州大學程顯教授團隊采用模糊徑向基函數(shù)（Radial Basis Function, RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡-PID智能控制系統(tǒng)，保證開關操動時間的穩(wěn)定性及操動過程的可控性。

圖1 機構的模糊RBF-PID控制框圖

他們首先對永磁操動機構動態(tài)模型進行建模與仿真分析，建立永磁操動機構仿真模型，驗證了算法控制器的可行性。在此基礎上搭建了永磁操動機構動觸頭運動控制系統(tǒng)實驗平臺，以TMS320F28335 類型的數(shù)字信號（Digital Signal Processor, DSP）處理器為核心設計了永磁機構真空開關智能控制系統(tǒng)。在控制算法上選擇了模糊RBF-PID控制算法，控制機構觸頭的行程和線圈電流。

圖2 永磁操動系統(tǒng)仿真

科研人員進行合閘實驗并對比加入控制系統(tǒng)之前的合閘時間穩(wěn)定性，證明了模糊RBF-PID控制方案對提高真空開關動作時間穩(wěn)定性的可行性及有效性。最后，他們得出如下結論：

圖3 現(xiàn)場測試系統(tǒng)的整體結構框圖

圖4 現(xiàn)場測試系統(tǒng)整體電路圖

1）本研究通過分析永磁操動機構分合閘時的受力情況，建立永磁操動機構的動態(tài)模型，提出了一種基于線圈電流補償及位移跟蹤控制的控制方案，設計了一種模糊RBF神經(jīng)網(wǎng)絡-PID控制系統(tǒng)，對永磁操動機構真空開關合閘進行操動控制，提高了合閘動作時間穩(wěn)定性。

2）采用Matlab建立永磁操動機構控制系統(tǒng)的仿真模型，建立以模糊RBF-PID控制算法為核心的控制器，并進行了位移跟蹤和線圈電流補償?shù)姆抡鎸嶒灐＝Y果表明：模糊RBF-PID控制器能夠對線圈電流和行程位移進行較好的跟蹤控制。

3）搭建了真空開關永磁操動機構實驗平臺，在外界環(huán)境因素變化的情況下，進行控制效果驗證。未加入算法控制器的合閘實驗，總體合閘時間在22.7~31.8ms；加入算法控制器后，總體合閘時間在25.5~26.1ms，合閘動作時間分散性由原來的±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，驗證了該控制方案的有效性。

本文編自2021年第21期《電工技術學報》，論文標題為“真空開關高動作穩(wěn)定性的永磁操動機構控制系統(tǒng)”，作者為程顯、袁曉東 等。