一种高压断路器直接电机驱动装置、方法及状态感知系统制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种高压断路器直接电机驱动装置、方法及状态感知系统，高压断路器直接电机驱动控制装置包括高压断路器、操动机构、直流电机、主回路、控制回路和断路器状态感知系统。该装置的控制方法为将永磁驱动电机操动机构伺服系统的位置调节器设计成能够自适应调节PID参数的模糊控制器，通过采集电网电压和电流值在DSP芯片中计算出最优的速度曲线作为给定值，依据反馈速度的不同偏差e及变化率e

【技术实现步骤摘要】
一种高压断路器直接电机驱动装置、方法及状态感知系统


[0001]本专利技术属于输变电高压开关设备智能化
，特别涉及一种高压断路器直接电机驱动装置、方法及状态感知系统。

技术介绍

[0002]高压断路器是电力系统中重要的保护和控制设备之一，在电网的正常运行过程中起着举足轻重的角色，其中操动机构是高压断路器在进行正常分合闸时必须进行操作的部件，其运动性能的好坏直接影响灭弧室开断电流能力的强弱。传统的操动机构有弹簧操动机构、气动操动机构和液压操动机构，其通过链带，液压液或者压缩空气来传递能量，所依靠的机械零部件较多且结构复杂、多次操作后累计动触头的运动公差较大、无法实现操动机构在对断路器的操动过程中的速度调节和位置控制；同时以上所述的操动机构只能按照事先设定的最大电流值进行断路器的分合闸操作，不能实时测量电网电压和电流值，不能根据电网的实时状态进行合理的操作，使得开关的动触头多次反弹、机械磨损较大且不能实时监测断路器的运动状态。同时随着高压断路器运行环境的复杂化，将高压断路器的状态感知集成在直接电机驱动系统中，提升了高压开关设备状态感知能力、预测预警能力和自身健康状态的诊断评估能力，以实现高压断路器的实时监测数据分析的智能化。
[0003]本专利技术提供一种高压断路器直接电机驱动装置、方法及状态感知系统，采用先进控制算法，实现电机的可靠驱动及高压断路器本体的状态感知，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供的一种高压断路器直接电机驱动装置、方法及状态感知系统，减少高压开关的动触头多次反弹、机械磨损较大，简化断路器机构的机械传动结构，同时提升高压开关设备的状态感知能力、预测预警能力和自身健康状态的诊断评估能力，以实现高压断路器的实时监测数据分析的智能化。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高压断路器直接电机驱动装置，其特征在于，包括：
[0006]三相不控整流单元：所述三相不控整流单元用于对变电站内的220V交流电源进行整流处理，形成直流电压；
[0007]串联电阻电压采集单元：所述的串联电阻电压采集单元用于获取当前采样时刻的直流母线上的电压值；
[0008]电容充电单元：所述电容充电单元用于将所述直流母线电压对后级电容的充电控制，为机构动作准备能量来源；
[0009]电容电压检测与保护单元：所述的电容电压检测与保护单元是检测电容电压是否达到或者超出设定值，根据检测结果对电容充电单元的控制与保护；
[0010]三相逆变单元：将所述的电容电压逆变为可为直流电机供电的交流电压。
[0011]信号采集单元：所述的信号采集单元采集整流电路的母线电压、三相逆变电路的输出电压和电流、电动机的转速；
[0012]滤波和信号调理单元：所述的滤波是将各个传感器采集到的信号进行波形的滤除，所述的信号调理是将采集的模拟信号进行放大、缓冲或者定标模拟信号，使其适合于ADC端口的输入，之后ADC端口将模拟信号进行数字化的处理；
[0013]高压断路器本体及机械传动：所述的高压断路器本体及机械传动包括 126kV的SF6高压断路器，机械传动包括动触头、连杆、拐臂和转轴；
[0014]驱动单元：所述的驱动单元以高速的光电耦合器HCPL3120作为IGBT 开关器件的驱动芯片；
[0015]数字信号处理器：所述的数字信号处理器是一种控制芯片，可以选择为 TMS320F2812的数字信号处理器，进行断路器状态数据的采集计算及电机转速和角度的优化计算，输出可靠的六路驱动脉冲以驱动六只IGBT器件的导通与关断；
[0016]物理通信单元：所述的物理通信单元是一种RS
‑
485通信接口，是上位机和数字信号处理器之间通信的桥梁；
[0017]上位机控制单元：所述的上位机控制单元是一种软件界面，通过Modbus协议进行通信，实现断路器的分合闸操作命令及断路器状态的展示；
[0018]状态采集单元：所述的状态采集单元是通过超声波传感器、局放传感器、 SF6密度继电器和旋转编码器采集高压断路器本体的状态信息；
[0019]为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种高压断路器直接电机驱动方法，其特征在于，该驱动方法执行了如下步骤，包括：
[0020]步骤1：根据所述三相逆变器的输出电压和电流，通过高压探头和霍尔电流传感器获取母线电压和电流；
[0021]步骤2：获取的母线电压和电流在数字信号处理器DSP内进行数据的处理，在不同工况下计算电机的最优速度曲线，将所获取的速度最优曲线作为给定值；
[0022]步骤3：获取直流电机的转速和位置信息，通过相对应的传感器诸如光栅编码器和位置传感器进行转速和位置的采集；
[0023]步骤4：将高压断路器的触头侧的整个绝缘拉杆部分直线速度转换到电机侧，将电机机构侧旋转驱动电机的给定角速度和反馈检测角速度做差分，获取误差信号e和误差的变化率e
c
；
[0024]步骤5：对所述的偏差信号e和误差的变化率e
c
进行离散化处理为e(k)和e
c
(k)，模糊化处理后可用e(k)＝n
′
(k)
‑
n(k)来表示，来表示，其中n
′
(k)是角速度给定信号，n(k)是角速度反馈信号。可用Δu(k)＝k
p
(e(k)
‑
e(k
‑
1))+k
i
e(k)+k
d
(e(k)
‑
2e(k
‑
1)+e(k
‑
2))来表示模糊自适应 PID的增量式表达式。设定偏差信号e和偏差的变化率e
c
的论域范围为[
‑
6，6]。控制器的输入信号e和e
c
量化标准的7个语言变量分别为：负大、负中、负小、零、正小、正中、正大。而模糊语言变量E和Ec是由模糊控制输入信号经模糊化得到，E和Ec模糊子集：{NB，NM，NS，Z，PS，PM，PB}。同理，输出量KP、KI、KD的模糊子集：{NB，NM，NS，Z，PS，PM， PB}。模糊语言变量论域均为自然数{
‑
6，......，6}范围内取值。选择E，Ec服从三角形隶属函数曲线，KP、KI、KD服从高斯型隶属函数的曲线；
[0025]步骤6：所述的模糊控制规则逻辑的建立选取“Mamdani”的推理原理。首先将实际的输入量和输出量映射到论域中即可。描述成曼达尼型模糊推理规则形式为：如果e为NB，e
c
为NB；则ΔKP为PB，ΔKI为NB，Δ KD为PS
…
等49条模糊规则。两个输入值将模糊量化后分别为n，m，则根据其隶属函数可以知道对应的隶属度为PB(n)，PB(m)，有推理规则可知只激活了一条规则。如果e为PB，e
c
为PB；则ΔKP为NB，ΔK本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高压断路器直接电机驱动装置，其特征在于，包括：三相不控整流单元：所述三相不控整流单元用于对变电站内的220V交流电源进行整流处理，形成直流电压；串联电阻电压采集单元：所述的串联电阻电压采集单元用于获取当前采样时刻的直流母线上的电压值；电容充电单元：所述电容充电单元用于将所述直流母线电压对后级电容的充电控制，为机构动作准备能量来源；电容电压检测与保护单元：所述的电容电压检测与保护单元是检测电容电压是否达到或者超出设定值，根据检测结果对电容充电单元的控制与保护；三相逆变单元：将所述的电容电压逆变为可为直流电机供电的交流电压。信号采集单元：所述的信号采集单元采集整流电路的母线电压、三相逆变电路的输出电压和电流、电动机的转速；滤波和信号调理单元：所述的滤波是将各个传感器采集到的信号进行波形的滤除，所述的信号调理是将采集的模拟信号进行放大、缓冲或者定标模拟信号，使其适合于ADC端口的输入，之后ADC端口将模拟信号进行数字化的处理；高压断路器本体及机械传动：所述的高压断路器本体及机械传动包括126kV的SF6高压断路器，机械传动包括动触头、连杆、拐臂和转轴；驱动单元：所述的驱动单元以高速的光电耦合器HCPL3120作为IGBT开关器件的驱动芯片；数字信号处理器：所述的数字信号处理器是一种控制芯片，可以选择为TMS320F2812的数字信号处理器，进行断路器状态数据的采集计算及电机转速和角度的优化计算，输出可靠的六路驱动脉冲以驱动六只IGBT器件的导通与关断；物理通信单元：所述的物理通信单元是一种RS
‑
485通信接口，是上位机和数字信号处理器之间通信的桥梁；上位机控制单元：所述的上位机控制单元是一种软件界面，通过Modbus协议进行通信，实现断路器的分合闸操作命令及断路器状态的展示；状态采集单元：所述的状态采集单元是通过超声波传感器、局放传感器、SF6密度继电器和旋转编码器采集高压断路器本体的状态信息。2.一种高压断路器直接电机驱动方法，其特征在于，该驱动方法执行了如下步骤，包括：步骤1：根据所述三相逆变器的输出电压和电流，通过高压探头和霍尔电流传感器获取母线电压和电流；步骤2：获取的母线电压和电流在数字信号处理器DSP内进行数据的处理，在不同工况下计算电机的最优速度曲线，将所获取的速度最优曲线作为给定值；步骤3：获取直流电机的转速和位置信息，通过相对应的传感器诸如光栅编码器和位置传感器进行转速和位置的采集；步骤4：将高压断路器的触头侧整个绝缘拉杆部分的直线速度转换到电机侧，将电机机构侧旋转驱动电机的给定角速度和反馈检测角速度做差分，获取误差信号e和误差的变化率e
c
；
步骤5：对所述的偏差信号e和误差的变化率e
c
进行离散化处理为e(k)和e
c
(k)，模糊化处理后可用e(k)＝n
′
(k)
‑
n(k)来表示，来表示，其中n
′
(k)是角速度给定信号，n(k)是角速度反馈信号。可用Δu(k)＝k
p
(e(k)
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：余亚东，李杰，杨矿利，张荻，雷宗昌，薛亚许，郑长兵，周瑞敏，董斌，
申请(专利权)人：平顶山学院，
类型：发明
国别省市：