【康沃真空網】基于永磁操動機構的真空開關被廣泛應用在電力系統中，以確保真空開關在不同環境下操動的精度和動作時間穩定，可以有效提高電力系統的穩定性。鄭州大學電氣工程學院、河南省輸配電裝備與電氣絕緣工程技術研究中心的科研人員程顯、袁曉東、葛國偉、朱劍鵬，在2021年第21期《電工技術學報》上撰文，對真空開關操動機構的控制系統進行了相關研究，實驗證明所研究的控制器可提高機構動作的穩定性和有效性。
基于永磁操動機構的真空開關被廣泛應用在電力系統中，提高開關動作時間的穩定性和動作特性的可控制性，對電力系統中相控開關技術的實現具有重要意義。相控開關技術可以有效地削弱電網中高壓開關開合閘時產生的涌流和過電壓，有效提高電力系統的穩定性。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的穩定運行產生負面影響。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，因此降低機構動作時間的誤差，需要考慮如何抵消這些環境因素帶來的影響。目前的研究工作就是加入智能控制系統對操動機構的動作進行控制，得到不同電壓環境下的動作時間，以及不同環境溫度下的機構的動作特性，對比未加入智能控制系統時開關的動作特性，從而驗證加入控制系統后對動作穩定性的改善效果。
鄭州大學程顯教授團隊采用模糊徑向基函數（Radial Basis Function, RBF）神經網絡-PID智能控制系統，保證開關操動時間的穩定性及操動過程的可控性。
他們首先對永磁操動機構動態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實驗平臺，以TMS320F28335 類型的數字信號（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。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。
科研人員進行合閘實驗并對比加入控制系統之前的合閘時間穩定性，證明了模糊RBF-PID控制方案對提高真空開關動作時間穩定性的可行性及有效性。最后，他們得出如下結論：
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神經網絡-PID控制系統，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定性。
2）采用Matlab建立永磁操動機構控制系統的仿真模型，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的仿真實驗。結果表明：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“真空開關高動作穩定性的永磁操動機構控制系統”，作者為程顯、袁曉東 等。
