运用于高压GIS断路器的电机操动技术

徐鹏博 刘源

摘 要：随着科技的进步，智能化设备已经不断融入到人们的日常生活中。在电力工程中也引进了相关的智能化设备。电机操动技术已经逐渐应用到高压断路器的运行中，与传统的操动技术相比其具有比较突出的特点，让高压断路器中的操动技术有了非常大的进步，实现了断路器开关速度上的控制。本文主要对高压GIS断路器的电机操动技术进行了相关研究，并对其在运行中需要使用的控制策略进行了分析。

关键词：高压断路器；电机操动技术；应用

引言：断路器在电力系统中挂载运行，在无载、空载、负载、短路等不同工况下电路电气参数是不同的，开断条件的差异决定了负载分闸特性的不同，形成了不同的电气、机械特性，这也决定了对断路器不同开断能力的需求。目前工程应用中的断路器只能按照一种预置的工作方式进行合分闸操作。在电网不同工况、不同故障类型下对应有一条分、合闸理想运动特性曲线，如果操动机构可以使断路器按照这条曲线动作，便可实现其自身出力与负载反力间的匹配，提高合分闸能力。

一、高压断路器电机操动机构技术的发展

在社会不断进步和发展的同时，断路器的设备但也在不断的发展和完善中，在使用的过程中可以选择的电机操动结构也越来越多。所以根据的不同的实际情况选择最适合的电机操动机构和技术们可以保证高压断路器的正常运行。最开始的时候，断路器中的电机操动机构是以直流电磁能量为主要动力，随着社会的发展主要动力从支流电磁变成了压缩空气再到弹簧操作机构，直到最近几年，高压断路器中电机操动机构使用的是永磁电动机。操动机的结构正在不断的完善，所使用的电机操动技术也在不断的提高，对电力系统的安全运行也是一个保障。

二、高压断路器智能化操动机构控制技术

随着科学技术的发展，电力系统的运行工作已经逐渐趋向智能化，由于固有的电力系统组成构架复杂，相关工作人员对其安装和维护花费的时间比较长，使用的成本较高，这对电力系统的智能化发展有着抑制的作用。但是总线技术还是应用到了目前的电力系统中，让电力系统中的数据传输实现了网络化，可以进行大量数据的传送并且具有多向性。并且在科技的不断发展中，使用的智能化设备的功能也不断的提高，许多先进的电力管理和监测技术不断出现，提高了电力系统运行的安全性，智能化技术的引进让原有的运行理念发生了转变。

三、电机操动控制技术策略

1、经典控制策略

经典控制策略的对象模型明确且为线性，操作条件及运动环境固定。经典控制策略主要包括三种：解耦控制、PID反馈控制、Smith 预估控制，其中最经典的当属 PID 控制，具有较强的鲁棒性，包含整个动态控制过程的全部信息，几乎达到了最优配置。

2、现代控制策略

经典控制策略具有局限性，需要满足其固定的要求，在实际操作的条件和使用环境的不会发生变化的情况下可以使用该种控制策略，但是高压断路器电机操动技术系统在智能化设备的使用中，其操作的条件和运行的环境是在不断变化的，需要考虑到多种因素对电机控制系统的影响，所以在目前高压断路器的发展中，现代控制策略比较适用。

（1）鲁棒控制

鲁棒控制是针对模型的不确定性问题提出的。其研究重点是讨论控制系统的某种性能或某个指标在某种扰动下保持不变的程度或对扰动不敏感的程度。当系统中存在模型摄动或随机干扰等不确定性因素时，能保持系统满意的功能品质。

（2）滑模变结构控制

滑模变控制系统是一种不进行连续控制的非线性系统，具有多变性，在滑模变结构控制运行的过程中，电力系统结构随时都可以发生变化，在使用的过程中利用该种控制结构的特性让电力系统在特定的空间中运行，让电力系统保持一个平衡的状态，这就是的滑模变结构控制系统的作用原理。使用这种控制方法，不会受到一些外界因素的影响，可以根据电力系统的运行自动进行调节，适应能力比较强，所以在电力系统中应用的比较广泛。

3、智能控制策略

高压断路器中的电力系统在运行的过程中复杂多变，许多操作技术无法使用的传统的数据模型将其展现出来，在其运行的过程中如果操作断路器的动触头，就会使电力对电动器造成相对的作用力，这是无法使用数据的模型来体现的。所以为了可以精确的体现电力系统在运行过程中电机操动技术的相关特性，需要引进先进的智能化控制策略。

（1）专家控制

专家控制的实质是基于受控对象和控制规律的各种知识，并以智能的方式利用这些知识来设计控制器。利用专家经验设计的控制器称为专家控制，其根据误差及其变化，按照控制精度将控制器分为几种情况，当误差在不同区域时，进行相應处理。当误差大于某一相对较大的正数时，说明误差的绝对值已经很大，则不论误差变化趋势如何，都应考虑控制器的输出应按最大输出，以达到迅速调整误差，使误差绝对值以最大速度减小。当误差的绝对值很小时，加入积分，减小稳态误差。但专家整定法则需要太多的经验，不同的目标函数对应不同的经验，而整理知识库则是一项长时间的工程。

（2）遗传算法

遗传算法按所选择的适配值函数求得适配值，进而求每个串对应的复制概率，并通过遗传算法中的复制、交叉及编译对个体进行筛选，使适配值高的个体被保留下来，组成新的群体新的群体既继承了上一代的信息，又优于上一代。这样周而复始，群体中个体的适应度不断提高，直到满足一定的条件。采用遗传算法在线整定是在每个采样时间选取足够多的个体，计算不同个体的自适应度，通过遗传算法优化，选择自适应度大的个体所对应的个体所对应的控制参数作为该采样时间下的控制参数。

结语：高压断路器在运行过程中是需要快速的完成一个工作，具体的操作方法和使用的操作技术与固有控制系统是不一样的。高压断路器的电机操动技术控制系统涉及的领域比较多，需要掌握的技术范围比较广，目前还在不断完善和发展中，没有足够成熟的技术，所以在使用电机操动技术时，一定要结合相对应的电机操动技术控制策略，让其可以合理的应用到高压断路器的运行过程中，要对电机操动技术的实施不断研究，累积经验，提高电机操动技术水平，保证电力系统的稳定运行。

参考文献：

[1]吴志恒.高压GIS隔离开关电机操动机构控制系统研究[D].沈阳工业大学，2015.

[2]史可鉴.GIS中隔离开关电机操动机构及控制方法研究[D].沈阳工业大学，2016.