标准规范下载简介和预览

同步断路器的统计特性分析及自适应控制

Vol.*2 Jun 200*

高压电宝 High Voltage Appa

重庆市某复合材料生产车间新建钢结构施工组织设计同步断路器的统计特性分析及自适应控制

方春恩1，周承鸣1，邹积岩

摘要：电容器组同步投切的关键问题是断路器投切相位准 确度。该文分析了参考电压零点同步误差和操*机构*作时 间分散性对断路器同步投切无功补偿电容器组控制准确度 的影响。采用自适应同步采样算法减少参考电压零点同步误 差；根据断路器合、分闸时间分散性的统计特性，采用补偿算 法和自适应控制减少控制电压、环境温度和操作历史对电容 器组同步投切控制准确度的影响。测试结果验证了提出控制 策略的有效性。 关键词：同步断路器：统计特性；控制准确度；自适应控制

步投切并联电容器组的基本原理，采用概率统计方法 分析了系统参考电压零点同步随机误差和断路器机 械操作时间分散性，并采用自适应控制减少误差，提 高系统控制准确度，获得了预期同步投切效果。

图1为电压过零同步投切电容器组的基本原理 和时序。在合闸操作时，在tm时刻控制器确认就地 或远*合闸命令后，以参考电压的上一个电压零点 作为同步时刻，延迟t触发断路器合闸线圈，控制触 头在电压过零时刻tmi金属短接关合电容器组，实 现同步关合。在分闸操作时，在t时刻控制器确认 就地或远*分闸命令后，以参考电压的上一个电压 零点作为同步时刻，控制开关触头分离时刻，延长燃 弧时间使得在电流过零电弧熄灭时触头间隙能承受 系统恢复电压TRV，实现选相切除电容器组。从图1 可知，开关分、合闸延迟触发时间为：

式中：f为电网频率：to为不同电容器组接线方式下 关合相开关触头两端电压过零时刻与参考电压过零 时刻间的固有延迟时间。分析式(1)可知，同步控制 准确度主要受参考电压零点同步误差和断路器合 分闸时间分散性影响。电压零点同步误差主要受电 网频率f波*和A/D转换分辨率的影响；断路器分 合闸时间主要受环境温度T.控制电压U和断路器

图1同步投切电容器组原理和时序

第*2卷第3期 200*年*月

第*2卷第3期 200*年*月

图2同步断路器自适应控制度

从而根据式(1)计算出断路器的同步合分闸延 迟触发时间，控制断路器在期望相位*作

一般系统电压主要由基波、高次谐波和白噪声 组成，为了实时准确跟踪参考电压的零点，以周期 T.对参考信号进行每周期采样N点，并用带宽w [*555]Hz的N阶FIR带通滤波器进行滤波和线性 插值提取信号零点时刻。图3为实现的参考信号过 零时刻提取原理。

图3参考电压零点提助

图中：U为参考相电压信号；U为基波信号；Y为数 字滤波器输出：

W阶FIR滤波器的输出延迟：

高压电宝 High Voltage Apparatus

因此，考虑A/D量化误差线性插值获得的参考 电压同步时刻为：

在同步断路器系统中用高速数字信号处理器 TMS320F20*和12位的ADS78**实现软件同步采 样和**阶FIR滤波器滤波、线性插值实现电压零点 跟踪的最大误差为±0.1ms

机械操作时间分散性统计和补偿

由于同步断路器的永磁机构属于典型的机械 系统，开关的合、分闸时间服从正态分布，即t～ N(μ,o²)。从式(1)可知，开关机械操作时间topermin是 决定电容器同步投切特性的重要参数。因此有必要 对断路器操作时间特性进行统计分析，并根据统计 特性进行自适应补偿控制。 对额定参数为12kV，25kA同步断路器的三相 操*机构进行30次合、分闸操作，测量开关操*时 间。根据数理统计原理，断路器操作时间的数学期望 和均方差的无偏估计为：

对于工频电压信号，FIR滤波器输出滞后输人 参考信号U(t)半个周期，即滤波器输出零点即对应 于U(t)的过零时刻，因此参考信号零点时刻由滤波 器输出线性插值获得：

E(i)=∑;o=√

第*2卷第3期 200*年*月

表1为环境温度T=25℃，控制电压U=300V 时永磁机构断路器额定合、分闸时间统计特性

表1断路器*作时间统计特性

根据电子操*永磁机构的工作原理，对于给定 的开关其*态特性主要受控制电压U。和断路器工 作环境温度T的影响I8。控制电压主要影响开关分 合闸线圈励磁电流i，环境温度主要影响电容容量C 和开关**阻尼系数n。因此必须考虑由于控制电 压和环境温度变化对开关操作时间特性的影响。 图*为U.对断路器操作时间影响统计特性

图* 控制电压对开关操作时间影响统计特性

从图*可知，控制电压对同步断路器的三相操 *机构的合、分闸时间的影响趋势一致，由统计结果 可获得控制电压对合、分闸时间补偿表。为减少控制 电压对电容器组同步投切精度的影响db*3∕t 2311-2022 公共建筑室内装饰装修通用技术规范，在控制器确 认就地或远方投切指令后根据实时测量的控制电压 U..查表和线性插值获得控制电压的补偿时间为：

高压电器 High Voltage Apparat

Vol.*2No.3 Jun.200*

触发时间所需的断路器*作时间的估计值为： peta+tom+tap 为了验证所提出电容器组同步控制策略的有效 性，进行了等效实验，采用的实验装置见图5。

图5控制策略测试装置

系统实验中，参考电压由分压器VD进行分压 后输人同步开关控制器和示波器，同步断路器关合 时刻由电阻分压器VD2和示波器进行比较测量，在 不同控制电压以及断路器合、分闸操作间隔下进行 同步合分闸操作，测试实验结果表明系统的同步合 闸最大误差为±0.5ms，同步分闸最大误差为±1.2ms 因此完全满足CIGRE标准规定的控制准确度要求。

笔者根据同步开关控制准确度因素的统计特 性，采用的自适应补偿控制算法能有效减少控制电 压、环境温度以及参考电压信号对电容器组同步投 切精度的影响，为基于永磁机构和电子操*的真空 开关实现电容器组的可控投切提供了实现保证，具 有重要的现实意义和工程价值。

△t= w· 1=C W±=1.2w

艮据式（3）和式（*）可知db37／t 38*5-2019标准下载，式（1）中计算开关延迟