高压真空断路器双稳态永磁机构智能控制技术的研究
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摘要
论文以电力系统中断路器智能控制技术的实际问题为基点，结合国家技术创新计划项目“10kV户内交流金属封闭智能型真空环网开关设备”子项—永磁机构微机驱动智能控制器的研制，深入研究了高压真空断路器双稳态永磁机构智能控制技术。
论文首先分析了双稳态永磁机构在真空断路器开断和关合过程中的静态磁场耦合模型、动态分析数学模型和真空断路器的动态特性；在此基础上通过数值计算初步得出了永磁机构电感等电磁参数、通电电流与动铁心运动时间之间的关系以及永磁机构动铁心位移、速度等参量与时间的关系；然后重点分析了基于永磁机构真空断路器的同步关合问题，深入研究了同步关合的模糊神经网络控制技术，研究结果为最终实现真空断路器的同步关合奠定了基础。论文根据市场的需求，设计了一种基于MSP430F149单片机的高压真空断路器双稳态永磁机构智能控制系统，这种控制系统集保护、控制、测量、开关量监测等功能于一体。可实现对电压、电流、有功功率、无功功率的实时监测，具有过电流速断保护、过电压和欠电压保护、闭锁、自诊断以及报警等功能。
论文最后按照型式实验要求对高压真空断路器双稳态永磁机构智能控制系统进行了单分单合、分合分、重合闸以及10KV高压等实验。实验结果证明了该永磁机构智能控制系统的可靠性，为进一步研究断路器同步操作的问题提供了重要数据，为深入研究永磁机构的控制理论奠定了基础。
The paper introduces a kind of intellectual control technology of the vacuum circuit breaker with bi-stable permanent magnetic actuator. It bases on a practical project in power system.
In this paper, the intellectual control technology of vacuum circuit breaker is discussed particularly. As a control object, the bi-stable permanent magnetic actuator is separated into basic principle so as to determine the nature of the whole. The direct-coupled models of magnetic fields for analysis and for calculation are presented. The static and dynamic characteristics of the models and dynamic behavior analysis for the vacuum circuit breaker with bi-stable permanent magnetic actuator are also discussed. Numerical calculation is adopted to conclude the connection of the inductance, supplying current, movement time of the plunger and the connection of the displacement of the plunger, speed and movement time of the plunger. For a further study, fuzzy neural network control technology based on synchronized-closing operation of vacuum circuit breaker is analyzed and the research conclusion is used for realizing the synchronized-closing of vacuum circuit breaker in the future.
According to the demand of market, the control unit based on single-chip microprocessor MSP430F149 for intelligent breaker is focused and many functions such as protection, control, measurement are covered. The signals of currents, voltages, active power and reactive power are monitored in real time. The control unit can not only control opening / closing operation of circuit breaker, but also has the functions of over-current / under-voltage trip, closing / opening interlock for mal-operation and diagnosis and warning for the failure of the operation system.
In the end, some results and test data from experiments on the vacuum circuit breaker with intellectual control unit are presented. With the result of experimentation, the reliability of intellectual control unit is verified. Furthermore, some important data are beneficial to further study
on synchronized-closing of vacuum circuit breaker and control theory of permanent magnetic actuator.
论文首先分析了双稳态永磁机构在真空断路器开断和关合过程中的静态磁场耦合模型、动态分析数学模型和真空断路器的动态特性；在此基础上通过数值计算初步得出了永磁机构电感等电磁参数、通电电流与动铁心运动时间之间的关系以及永磁机构动铁心位移、速度等参量与时间的关系；然后重点分析了基于永磁机构真空断路器的同步关合问题，深入研究了同步关合的模糊神经网络控制技术，研究结果为最终实现真空断路器的同步关合奠定了基础。论文根据市场的需求，设计了一种基于MSP430F149单片机的高压真空断路器双稳态永磁机构智能控制系统，这种控制系统集保护、控制、测量、开关量监测等功能于一体。可实现对电压、电流、有功功率、无功功率的实时监测，具有过电流速断保护、过电压和欠电压保护、闭锁、自诊断以及报警等功能。
论文最后按照型式实验要求对高压真空断路器双稳态永磁机构智能控制系统进行了单分单合、分合分、重合闸以及10KV高压等实验。实验结果证明了该永磁机构智能控制系统的可靠性，为进一步研究断路器同步操作的问题提供了重要数据，为深入研究永磁机构的控制理论奠定了基础。
The paper introduces a kind of intellectual control technology of the vacuum circuit breaker with bi-stable permanent magnetic actuator. It bases on a practical project in power system.
In this paper, the intellectual control technology of vacuum circuit breaker is discussed particularly. As a control object, the bi-stable permanent magnetic actuator is separated into basic principle so as to determine the nature of the whole. The direct-coupled models of magnetic fields for analysis and for calculation are presented. The static and dynamic characteristics of the models and dynamic behavior analysis for the vacuum circuit breaker with bi-stable permanent magnetic actuator are also discussed. Numerical calculation is adopted to conclude the connection of the inductance, supplying current, movement time of the plunger and the connection of the displacement of the plunger, speed and movement time of the plunger. For a further study, fuzzy neural network control technology based on synchronized-closing operation of vacuum circuit breaker is analyzed and the research conclusion is used for realizing the synchronized-closing of vacuum circuit breaker in the future.
According to the demand of market, the control unit based on single-chip microprocessor MSP430F149 for intelligent breaker is focused and many functions such as protection, control, measurement are covered. The signals of currents, voltages, active power and reactive power are monitored in real time. The control unit can not only control opening / closing operation of circuit breaker, but also has the functions of over-current / under-voltage trip, closing / opening interlock for mal-operation and diagnosis and warning for the failure of the operation system.
In the end, some results and test data from experiments on the vacuum circuit breaker with intellectual control unit are presented. With the result of experimentation, the reliability of intellectual control unit is verified. Furthermore, some important data are beneficial to further study
on synchronized-closing of vacuum circuit breaker and control theory of permanent magnetic actuator.
引文
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