運用于高壓GIS斷路器的電機操動技術

徐鵬博 劉源

摘 要：隨著科技的進步，智能化設備已經不斷融入到人們的日常生活中。在電力工程中也引進了相關的智能化設備。電機操動技術已經逐漸應用到高壓斷路器的運行中，與傳統的操動技術相比其具有比較突出的特點，讓高壓斷路器中的操動技術有了非常大的進步，實現了斷路器開關速度上的控制。本文主要對高壓GIS斷路器的電機操動技術進行了相關研究，并對其在運行中需要使用的控制策略進行了分析。

關鍵詞：高壓斷路器；電機操動技術；應用

引言：斷路器在電力系統中掛載運行，在無載、空載、負載、短路等不同工況下電路電氣參數是不同的，開斷條件的差異決定了負載分閘特性的不同，形成了不同的電氣、機械特性，這也決定了對斷路器不同開斷能力的需求。目前工程應用中的斷路器只能按照一種預置的工作方式進行合分閘操作。在電網不同工況、不同故障類型下對應有一條分、合閘理想運動特性曲線，如果操動機構可以使斷路器按照這條曲線動作，便可實現其自身出力與負載反力間的匹配，提高合分閘能力。

一、高壓斷路器電機操動機構技術的發展

在社會不斷進步和發展的同時，斷路器的設備但也在不斷的發展和完善中，在使用的過程中可以選擇的電機操動結構也越來越多。所以根據的不同的實際情況選擇最適合的電機操動機構和技術們可以保證高壓斷路器的正常運行。最開始的時候，斷路器中的電機操動機構是以直流電磁能量為主要動力，隨著社會的發展主要動力從支流電磁變成了壓縮空氣再到彈簧操作機構，直到最近幾年，高壓斷路器中電機操動機構使用的是永磁電動機。操動機的結構正在不斷的完善，所使用的電機操動技術也在不斷的提高，對電力系統的安全運行也是一個保障。

二、高壓斷路器智能化操動機構控制技術

隨著科學技術的發展，電力系統的運行工作已經逐漸趨向智能化，由于固有的電力系統組成構架復雜，相關工作人員對其安裝和維護花費的時間比較長，使用的成本較高，這對電力系統的智能化發展有著抑制的作用。但是總線技術還是應用到了目前的電力系統中，讓電力系統中的數據傳輸實現了網絡化，可以進行大量數據的傳送并且具有多向性。并且在科技的不斷發展中，使用的智能化設備的功能也不斷的提高，許多先進的電力管理和監測技術不斷出現，提高了電力系統運行的安全性，智能化技術的引進讓原有的運行理念發生了轉變。

三、電機操動控制技術策略

1、經典控制策略

經典控制策略的對象模型明確且為線性，操作條件及運動環境固定。經典控制策略主要包括三種：解耦控制、PID反饋控制、Smith 預估控制，其中最經典的當屬 PID 控制，具有較強的魯棒性，包含整個動態控制過程的全部信息，幾乎達到了最優配置。

2、現代控制策略

經典控制策略具有局限性，需要滿足其固定的要求，在實際操作的條件和使用環境的不會發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操動技術系統在智能化設備的使用中，其操作的條件和運行的環境是在不斷變化的，需要考慮到多種因素對電機控制系統的影響，所以在目前高壓斷路器的發展中，現代控制策略比較適用。

（1）魯棒控制

魯棒控制是針對模型的不確定性問題提出的。其研究重點是討論控制系統的某種性能或某個指標在某種擾動下保持不變的程度或對擾動不敏感的程度。當系統中存在模型攝動或隨機干擾等不確定性因素時，能保持系統滿意的功能品質。

（2）滑模變結構控制

滑模變控制系統是一種不進行連續控制的非線性系統，具有多變性，在滑模變結構控制運行的過程中，電力系統結構隨時都可以發生變化，在使用的過程中利用該種控制結構的特性讓電力系統在特定的空間中運行，讓電力系統保持一個平衡的狀態，這就是的滑模變結構控制系統的作用原理。使用這種控制方法，不會受到一些外界因素的影響，可以根據電力系統的運行自動進行調節，適應能力比較強，所以在電力系統中應用的比較廣泛。

3、智能控制策略

高壓斷路器中的電力系統在運行的過程中復雜多變，許多操作技術無法使用的傳統的數據模型將其展現出來，在其運行的過程中如果操作斷路器的動觸頭，就會使電力對電動器造成相對的作用力，這是無法使用數據的模型來體現的。所以為了可以精確的體現電力系統在運行過程中電機操動技術的相關特性，需要引進先進的智能化控制策略。

（1）專家控制

專家控制的實質是基于受控對象和控制規律的各種知識，并以智能的方式利用這些知識來設計控制器。利用專家經驗設計的控制器稱為專家控制，其根據誤差及其變化，按照控制精度將控制器分為幾種情況，當誤差在不同區域時，進行相應處理。當誤差大于某一相對較大的正數時，說明誤差的絕對值已經很大，則不論誤差變化趨勢如何，都應考慮控制器的輸出應按最大輸出，以達到迅速調整誤差，使誤差絕對值以最大速度減小。當誤差的絕對值很小時，加入積分，減小穩態誤差。但專家整定法則需要太多的經驗，不同的目標函數對應不同的經驗，而整理知識庫則是一項長時間的工程。

（2）遺傳算法

遺傳算法按所選擇的適配值函數求得適配值，進而求每個串對應的復制概率，并通過遺傳算法中的復制、交叉及編譯對個體進行篩選，使適配值高的個體被保留下來，組成新的群體新的群體既繼承了上一代的信息，又優于上一代。這樣周而復始，群體中個體的適應度不斷提高，直到滿足一定的條件。采用遺傳算法在線整定是在每個采樣時間選取足夠多的個體，計算不同個體的自適應度，通過遺傳算法優化，選擇自適應度大的個體所對應的個體所對應的控制參數作為該采樣時間下的控制參數。

結語：高壓斷路器在運行過程中是需要快速的完成一個工作，具體的操作方法和使用的操作技術與固有控制系統是不一樣的。高壓斷路器的電機操動技術控制系統涉及的領域比較多，需要掌握的技術范圍比較廣，目前還在不斷完善和發展中，沒有足夠成熟的技術，所以在使用電機操動技術時，一定要結合相對應的電機操動技術控制策略，讓其可以合理的應用到高壓斷路器的運行過程中，要對電機操動技術的實施不斷研究，累積經驗，提高電機操動技術水平，保證電力系統的穩定運行。

參考文獻：

[1]吳志恒.高壓GIS隔離開關電機操動機構控制系統研究[D].沈陽工業大學，2015.

[2]史可鑒.GIS中隔離開關電機操動機構及控制方法研究[D].沈陽工業大學，2016.