本发明专利技术涉及一种基于PWM的单稳态真空断路器永磁操动机构控制方法,通过触头位置、触头速度、机构线圈电流三闭环调节，触头位置环根据触头位置调节励磁电流，触头速度环根据触头位置环的反馈信号调节PWM占空比，机构线圈电流环根据励磁电流以及PWM占空比实时控制机构的分合闸操作，其中触头位置环和触头速度环采用模糊PID控制器，机构线圈电流环采用PI控制。其有益效果为：提高了机构的同步操作能力和可靠性，以线圈电流检测为主，以触头行程检测为辅，二者相互配合，在断路器操作过程中采用脉宽调制技术，通过改变线圈电流，实现断路器分、合闸操作过程中触头运动特性的闭环控制，保证动作时间的稳定性，提高分合闸相位的精确度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电器自动化控制领域，尤其涉及一种基于PWM单稳态真空断路器永磁操动机构控制方法及其装置。
技术介绍
传统开关的动作相位是随机的，在接通和分断电力系统时容易产生很大的浪涌电流和很高的感应过电压，导致开关设备的使用寿命和电力系统的供电质量降低。因此，研究断路器的智能控制技术既能够保证供电可靠性，稳定性及提高电能质量，且对切实提高企业的生产效率和设备的使用寿命有着重要意义。同步关合控制技术从原理上能有效地削弱断路器分合闸时所产生的涌流和过电压，其实质是断 路器动、静触头在控制系统的控制下，在电力系统电压波形的指定相角处关合，使得空载变压器、电容器和空载线路等电力设备在对自身和系统冲击最小的情况下投入电力系统的一种智能控制技术。该技术优于合闸电阻、串联电抗器等传统的抑制暂态过程的方法。但是传统的操动机构通常是由复杂的传动机构组成的机械系统，运动时间分散性大，运动可控性差、响应速度慢，因而很难实现机械运动的精确控制。真空断路器永磁操动机构的机械传动简单，零部件只有弹簧操动机构的40%左右，线圈励磁电流产生的磁场直接驱动动铁芯，动铁芯直接推动真空断路器的主轴作合分闸运动，无需传统的机械脱扣及锁扣装置，这种简单、直接的传动方式使得永磁操动机构的分合闸时间稳定且运动时间分散性小。因此真空断路器永磁操动机构在分合闸时间的精确度方面能够满足同步关合控制技术的要求。但是，由于环境条件不同将导致真空断路器的动作时间具有分散性，例如,在常温时永磁材料的矫顽磁力为850kA/m，而当温度为80°C时，矫顽磁力下降为750kA/m，产生的直接结果是永磁机构的保持力变小，合成磁场密度降低，进而造成断路器的合闸时间发生变化。而同步关合抑制涌流和过电压的效果主要取决于断路器关合相位的准确度，所以控制系统需对动作时间的分散性进行补偿。目前传统的动作时间补偿方法是控制系统通过对各种影响因素进行在线检测并计算出由它们引起的动作时间改变的数值，以确定发出动作信号的时刻，此种方法仅能够将分合闸时间误差控制在±2ms，分合闸相位误差达到±36°，但是，同步关合控制技术在智能电网中实用化的前提是关合时间的误差必需在±0.5ms以内，这样才有可能比较精确地控制合闸相位，所以目前的控制系统实际运行中对涌流和过电压的抑制能力较低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于PWM的单稳态真空断路器永磁操动机构控制方法及其装置，具体有以下技术方案实现:所述基于PWM的单稳态真空断路器永磁操动机构控制方法，通过触头位置、触头速度、机构线圈电流三闭环调节，触头位置环根据触头位置调节励磁电流，触头速度环根据触头位置环的反馈信号调节PWM占空比，机构线圈电流环根据励磁电流以及PWM占空比实时控制机构的分合闸操作，其中触头位置环和触头速度环采用模糊PID控制器，机构线圈电流环采用PI控制。所述的方法的进一步设计在于，所述模糊PID控制器选用二维模糊PID控制器，触头位置环的输入变量为位置反馈值和给定位置值的误差V及误差变化Λ V，触头运动速度调节器输入变量为速度反馈值和给定转速值的误差e及误差变化Λ e,经模糊控制器进行模糊化后，得到模糊量E和Λ E以及R和Λ R，再通过模糊推理、模糊决策和反模糊化处理得到的输出量作为电流环的给定值。所述的方法的进一步设计在于，所述模糊PID控制器的设计步骤如下:(I)取7个语言变量:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大)，设定输入输出变量的模糊子集均为:{ΝΒ，匪，MS, Ζ0, PS, PM，PB)，所述语言变量的论域均为:{-6，-5，-4，-3，-2，-1,0,1,2,3,4,5,6}；(2)设定隶属函数为正态型隶属函数；(3)通过Mamdani型推理算法进行模糊决策，模糊控制规则如表I所示，最后通过中心平均法进行逆模糊化处理。表I权利要求1.一种基于PWM的单稳态真空断路器永磁操动机构控制方法，通过触头位置、触头速度、机构线圈电流三闭环调节，其特征在于，触头位置环根据触头位置调节励磁电流，触头速度环根据触头位置环的反馈信号调节PWM占空比，机构线圈电流环根据励磁电流以及PWM占空比实时控制机构的分合闸操作，其中触头位置环和触头速度环采用模糊PID控制器，机构线圈电流环采用PI控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模糊PID控制器选用二维模糊PID控制器，触头位置环的输入变量为位置反馈值和给定位置值的误差V及误差变化Λ V，触头运动速度调节器输入变量为速度 反馈值和给定转速值的误差e及误差变化Λ e，经模糊控制器进行模糊化后，得到模糊量E和Λ E以及R和Λ R，再通过模糊推理、模糊决策和逆模糊化处理得到的输出量作为电流环的给定值。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述模糊PID控制器的设计步骤如下: (1)取7个语言变量:{负大，负中，负小，零，正小，正中，正大)，设定输入输出变量的模糊子集均为:{NB, NM, MS, ZO, PS, PM，PB)，所述语言变量的论域均为:{_6，-5，-4，-3,-2,-1,0,1,2, 3,4, 5,6}； (2)设定隶属函数为正态型隶属函数； (3)通过Mamdani型推理算法进行模糊决策，模糊控制规则如表I所示，最后通过中心平均法进行逆模糊化处理。表I4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述永磁操动机构采用电容放电励磁的方式，由触头的动态特征构建动态方程，所述触头位置环根据动态方程解得线圈电流i，更新PWM输出顺序，控制电容放电速度，所述动态方程在励磁线圈电流由零逐渐变大，即动铁芯受的电磁力F小于机构反力f时为:5.如权利要求1-4的任项的所述基于PWM的单稳态真空断路器永磁操动机构的控制装置，与断路器永磁操动机构通信连接，其特征在于，包括微处理器、储能电容、驱动电路、电流信号采样电路、触头位置检测电路、放电控制回路以及相位检测电路，所述储能电容、驱动电路通过一整流电路与永磁机构连接，所述电流信号采样电路与永磁机构通信连接，所述触头位置检测电路与永磁操动机构断路器的触头通信连接，所述驱动电路、电流信号采样电路、触头位置检测电路以及相位检测电路分别与微处理器通信连接，所述相位检测电路连接电源，所述放电控制电路分别与储能电容以及微处理器通信连接。6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述相位检测电路由电压互感器、运算放大器、电阻以及电容连接组成。7.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述电流信号采样电路，由霍尔传感器、两运算放大器以及电阻连接组成，所述霍尔传感器连接一运算放大器的同相输入端，再与另一运算放大器的同相输入端连接。8.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述储能电容、驱动电路通过一整流电路与永磁机构连接。9.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述触头位置检测电路包括一传感器与总线收发器，所述传感器通过总线收发器与微处理器通信连接。10.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述放电控制电路通过磁珠以及阻容与储能电容连接，包括电容电压检测电路与分合闸控制电路，所述电容电压检测电路包括运算放大器与线性光耦，所述线性光耦连接于运算放大器的同相端，所述分合闸控制电路包括绝本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于PWM的单稳态真空断路器永磁操动机构控制方法,通过触头位置、触头速度、机构线圈电流三闭环调节，其特征在于，触头位置环根据触头位置调节励磁电流，触头速度环根据触头位置环的反馈信号调节PWM占空比，机构线圈电流环根据励磁电流以及PWM占空比实时控制机构的分合闸操作，其中触头位置环和触头速度环采用模糊PID控制器，机构线圈电流环采用PI控制。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周建祥，汤庚，秦骏达，林莘，
申请(专利权)人：南京因泰莱配电自动化设备有限公司，
类型：发明
国别省市：
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