[發(fā)明專利]一種高壓斷路器直線電機操動機構(gòu)的自抗擾控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410108058.8
• 申請日: 2014-03-21
• 公開（公告）號: CN104393808B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建忠;汪仁杰
• 申請（專利權(quán)）人: 東南大學
• 主分類號: H02P21/05
• 分類號: H02P21/05
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明提出一種高壓斷路器直線電機的自抗擾控制器，適用于動態(tài)性能好、可靠性要求高的高壓斷路器操作控制，屬于高壓電器的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

中國電力科學研究院的調(diào)查研究表明，在1989-1997年間高壓斷路器發(fā)生的4632次故障中，操動機構(gòu)（包括機械部分和電氣控制回路）引起的故障是高壓斷路器最主要的故障原因。其中，機械故障（39.3%）又占主要部分。由于高壓斷路器與被保護的設(shè)備如發(fā)電機、變壓器等相比其價格要低得多，而故障造成的損失，如引起其它電力設(shè)備損壞和電力系統(tǒng)停電，卻比斷路器價值大得多。因此，在實際應(yīng)用中斷路器的可靠性應(yīng)當置于首要因素予以考慮。研制新型操動機構(gòu)，提高可靠性的理論依據(jù)應(yīng)為簡化機械結(jié)構(gòu)，減少零部件數(shù)目，提高其可靠性。國內(nèi)外均對高壓斷路器的操動機構(gòu)提出改進措施：ABB公司在2002年GIGRE國際大電網(wǎng)會議上報告了一種旋轉(zhuǎn)電機操動機構(gòu)，在歐洲已有少量試運行。國內(nèi)，平高電氣與清華大學正合作研究126kV的旋轉(zhuǎn)電機操動機構(gòu)。而直線電機操動機構(gòu)在沈陽工業(yè)大學、大連理工大學等高校有所涉及。

永磁直線電機是永磁同步電機沿徑向剖開伸直展開成直線形式，為了提高功率密度減少橫向端部效應(yīng)，又沿直線方向卷起制成圓筒形的直線電機。與永磁同步電機相同的是其控制結(jié)構(gòu)復雜且非線性，在運行過程中參數(shù)會發(fā)生變化。除此以外還存在著端部效應(yīng)，導致其參數(shù)變化，特別是不同位置磁鏈幅度變化遠遠超過永磁同步電機。

傳統(tǒng)PID控制方法難以克服負載擾動和參數(shù)大范圍變化對控制系統(tǒng)帶來性能的下降，雖然PID控制算法設(shè)計簡單、實現(xiàn)方便，但具體應(yīng)用到高壓斷路器操動控制時很難解決超調(diào)與高速性能之間的矛盾，這將給斷路器帶來一個非常棘手的困境：要么犧牲高速性能，抑制超調(diào)，這樣雖然能夠延長觸頭的機械壽命，卻會延遲故障切除時間，有可能造成斷路器后續(xù)保護設(shè)備的重大損失；或者為了追求減少關(guān)斷、開通時間，提高其響應(yīng)性能而造成超調(diào)，這樣使得觸頭閉合和關(guān)斷仍存在較大動能，一方面需要機械結(jié)構(gòu)上的“ 硬碰硬”來降速，另一方面較大的動能會造成接觸端口反彈，造成合閘失敗。

專利200610096751.3《永磁同步電機的簡化自抗擾控制器的構(gòu)造方法》針對永磁同步電機高性能伺服系統(tǒng)應(yīng)用自抗擾控制技術(shù)，提出了一種簡化實現(xiàn)方法：1刪去了跟蹤微分器；2利用二階線性方法實現(xiàn)擴張狀態(tài)觀測器；3采用廣義速度誤差開發(fā)實現(xiàn)非線性狀態(tài)誤差反饋控制。與本發(fā)明不同的是此系統(tǒng)是速度伺服系統(tǒng)，不同工作條件下給定速度不同，其內(nèi)部控制參數(shù)都需要實時計算予以輸出，因而微處理器計算量繁重，不得不采用簡化自抗擾方法可以提高其實時性。而本發(fā)明利用對象是高壓斷路器，每次分斷運動方式大體確定，在控制過程中可以通過查表等技術(shù)手段大幅度減少非線性函數(shù)的計算量，提高其實時性；并且隨著技術(shù)的進步，以DSP為代表微處理器的計算性能也按照摩爾定律發(fā)展，這種情況下若能采用非線性函數(shù)更能夠提高控制器性能。

專利201010548657.3《基于摩擦和擾動補償?shù)腜MSM伺服系統(tǒng)控制方法》

針對永磁同步電機位置伺服系統(tǒng)提出一種自抗擾控制方法。其提出先對伺服系統(tǒng)摩擦建模，并作為系統(tǒng)的前饋補償量，同時使用二階自抗擾控制器的擾動補償前饋控制以及帶有跟蹤微分器的非線性反饋控制實現(xiàn)高性能伺服系統(tǒng)。在這一系統(tǒng)中，對摩擦力進行了兩次不同算法的預測補償，因而控制準確精度高。但摩擦模型參數(shù)辨識中需要離線進行，實際斷路器在線運行時情況與離線運行不同，使用離線辨識參數(shù)反而會引入不準確量；并且在這一特定應(yīng)用環(huán)境下也不需要這么高的定位精度。除此以外，本發(fā)明針對對象高壓斷路器用永磁同步直線電機，采用本控制器能夠在電機磁鏈變化、反力特性變化、動子質(zhì)量誤差較大的情況下保持高可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明是為解決高壓斷路器直線電機操動機構(gòu)的操作控制問題，而設(shè)計的一種基于自抗擾控制方法的新型控制器。本控制器克服了高壓斷路器用直線電機的響應(yīng)速度和超調(diào)性之間的矛盾，有效處理了斷路器最佳運動曲線跟蹤問題，具有響應(yīng)速度快、可靠性高的優(yōu)勢。