為使永磁真空斷路器(VCB)分合閘的動作時間保持一致，實現(xiàn)可靠的同步關合，基于永磁機構(PMA)的動態(tài)特性，分析了動觸頭在不同運動階段下的線圈電流，以及參考電流曲線的獲取方法。基于Simulink控制模型，通過改進滯環(huán)控制方法有效實現(xiàn)了對參考電流曲線的跟蹤。為檢驗控制算法，設計了以ARM 處理器為核心的智能控制器，通過選取3種不同容量的儲能電容，在150～200V電壓范圍內(nèi)進行了斷路器的分合閘實驗。結果表明，基于上述控制原理設計的控制器可以有效控制斷路器的動觸頭的行程軌跡，使動觸頭的運動軌跡與參考電流曲線的運動軌跡保持一致；在選定的線圈參考電流曲線下，實際斷路器分合閘的動作時間的誤差≤0.3ms。

　　引言

　　當斷路器開斷和閉合電力設備時，電壓初相角是隨機的，因此關合瞬間系統(tǒng)會產(chǎn)生涌流和過電壓，對電力設備造成損害。同步關合技術可以減小操作過程中的涌流和過電壓、縮短系統(tǒng)暫態(tài)過程、提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、減小對斷路器自身的損害、提高其分斷能力。其技術關鍵在于提高機構操作的準確性。傳統(tǒng)斷路器的操動機構的動作分散性大、運動可控性差、響應速度慢，限制了其在同步關合領域的發(fā)展。永磁機構的零部件少，結構簡單，通常只有一個運動部件，其動作分散性小，機械壽命長，為開關同步關合技術的實現(xiàn)提供了很好的保證。由于操動機構的可靠性直接影響永磁真空斷路器的運行可靠性，因此，永磁機構動態(tài)特性的研究受到了廣泛的關注。文獻對永磁機構動態(tài)特性進行了相應的理論分析，為基于電流曲線控制的方法提供了理論基礎。

　　雖然永磁機構的動作分散性較小，但是由于其儲能電容的容量易受溫度影響，且電壓不穩(wěn)定，線圈電阻率會發(fā)生變化，因此會造成斷路器的動作時間發(fā)生改變。由于永磁機構動態(tài)方程較為復雜，幾乎不可能建立一個精確的數(shù)學模型來在線計算上述原因造成的動作時間誤差進行補償、進而實現(xiàn)實時控制。因此，使用基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡的方法來預測動作時間成為實現(xiàn)同步關合的一種可行方案。由于該算法是在開環(huán)狀態(tài)下完成控制的，因此斷路器觸頭的動作過程無法控制，使同步關合技術存在不確定因素。此外，基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡需要大量的實驗數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡訓練，增加了實施的難度。而斷路器動觸頭位移曲線的閉環(huán)控制方法雖然可以對斷路器動觸頭的行程進行準確控制，但其位移傳感器在工作過程中的內(nèi)部測量抽頭處于運動狀態(tài)，測量次數(shù)有限，自身容易發(fā)生故障，且位移傳感器通常需要與動觸頭連桿直接連接，不易安裝，也容易誘發(fā)電氣故障，因此限制了其應用。

　　本文提出了一種以永磁機構線圈電流為控制對象，通過改進型的滯環(huán)控制算法對參考線圈電流進行跟蹤控制的方法。真空技術網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認為基于這種控制方法，永磁機構本身無需增加任何部件，即可實現(xiàn)對斷路器觸頭狀態(tài)的控制，使斷路器的動作時間保持在一定值，為斷路器同步關合的實現(xiàn)提供了可靠基礎。通過設計以ARM處理器為核心的硬件系統(tǒng)，實現(xiàn)了對12kV單穩(wěn)態(tài)永磁真空斷路器分合閘的準確控制，使分合閘動作時間誤差在≤0.3ms，滿足同步關合時要求的合閘時間誤差≤1ms、分閘誤差≤2ms的技術要求；同時也使得永磁機構的勵磁線圈和斷路器的動觸頭得到保護。

　　1、永磁機構的線圈電流特性

　　永磁機構的動態(tài)特性是由電磁和機械的綜合過渡過程決定的。為了能夠有效滅弧，應適當加快動觸頭的速度；然而若動觸頭速度過大，則會引起碰撞能量的增加，不利于電氣和機械壽命的提高。因此，準確計算并分析永磁機構的動態(tài)特性、使斷路器動作過程中電磁力與運動反力合理配合對機構與開關本體檢特性的配合具有重要意義。永磁機構的動態(tài)特性可以由式(1)來描述

　　式中：Uc為電容電壓；i、Ψ 分別為線圈電流和電磁系統(tǒng)全磁鏈；δ為磁場間隙；t為時間；Wμ為電磁系統(tǒng)的磁能，是i、Ψ 的函數(shù)；x 為銜鐵位移；m 為系統(tǒng)運動部件歸算到銜鐵處的質量；Fmag、Ff分別為銜鐵受到的電磁吸力和運動反力；C、R 分別為電容容量和線圈等值電阻；f1和f2分別為合閘過程中電磁吸力和磁通的變化。

　　6、結論

　　1)文中所述獲取電流參考曲線的獲取方法，可以有效控制動觸頭的運動狀，減小動觸頭的碰撞能量，使相同條件下，斷路器的重合閘次數(shù)得到提高，有利于實現(xiàn)多次重合閘。

　　2)實驗表明，基于所述控制算法設計的控制器，實現(xiàn)了對12kV單穩(wěn)態(tài)真空斷路器的智能控制，使真空斷路器的分閘和合閘誤差范圍均≤0.3ms，保證了分合閘時間的一致性，為同步關合創(chuàng)造了可靠的基礎。由于無須在斷路器本體機構增加任何環(huán)節(jié)，參考曲線獲取由控制器自身采樣獲得，因此控制方法簡單可行，具有較高的實用價值。