隨著微處理器技術、電力電子技術和智能控制理論的迅速發(fā)展及其在電器領域的廣泛應用,人們提出了電器智能化的概念。斷路器的是電力系統(tǒng)終端設備之一,其智能化水平對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定和智能化程度將產生深遠的影響。目前,斷路器智能化的研究領域,除了對電氣參數(shù)遙測,對電網(wǎng)故障的保護、信息的遠傳及斷路器自身的狀態(tài)監(jiān)控和遙控之外,斷路器的同步控制技術也是一個重要而前沿的課題。
　  電力系統(tǒng)中的斷路器在分斷和關合電力設備的瞬時,系統(tǒng)電壓和電流的初相角通常是隨機的和不確定的,故而會產生過電壓和涌流。同步關合技術是指斷路器動、靜觸頭在控制系統(tǒng)的控制下,在系統(tǒng)電壓波形的指定相角處關合,使得空載變壓器、電容器和空載線路等電力設備在對自身和系統(tǒng)沖擊最小的情況下投入電力系統(tǒng)的智能控制技術。采用同步關合可減小暫態(tài)過程中的涌流的幅值和對系統(tǒng)電壓的擾動,由操作過電壓決定的電力設備絕緣水平可大幅度降低,因操作引起設備(包括斷路器本身)的損壞也可大大減少,既限制了涌流和過電壓,又省去了預置合閘電阻,提高了系統(tǒng)技術經(jīng)濟指標。而永磁機構的出現(xiàn)為斷路器同步關合技術的實現(xiàn)又提供了很好的物質基礎。

由關合仿真波形可以看出,隨機合閘變壓器所產生的勵磁涌流峰值是高壓側額定電流的幾倍,而同步關合變壓器所產生的勵磁電流趨于穩(wěn)態(tài)時的勵磁電流。結果表明,采用斷路器同步關合技術,合閘后各相磁通按照系統(tǒng)電壓變化規(guī)律進入穩(wěn)態(tài),可避免鐵心磁通飽和,達到了消除勵磁涌流的目的。
　　1、真空斷路器同步關合技術的實現(xiàn)
　　由斷路器同步關合和同步分斷的動作過程可知,整個斷路器的同步動作過程由斷路器的分合閘操動時間( To 和Tc )和移相延時時間Td 組成。其中,斷路器的分閘時間To 和合閘時間Tc 是由斷路器及操動機構本身的機構和電氣參數(shù)決定的,在一定的溫度和電壓條件下為一對定值。因此,為了保證斷路器能在電壓電流的指定相角處關合或斷開,必須調整相位延時時間Td。所以,同步控制技術實現(xiàn)的關鍵是電壓電流信號過零點的檢測, To、Tc 和Td 的計算。
　　1.1、電壓電流信號過零點的提取
　　電力系統(tǒng)在故障起始瞬間,電壓和電流信號中含有衰減的直流分量、高次諧波成分和白噪聲干擾,為了能在信號波形的指定相角處控制斷路器動作,電網(wǎng)基波電壓和電流零點提取是關鍵,一般在零點提取中采用硬件過零比較器實現(xiàn),但由于受比較器的失調電壓、交流信號中的諧波和白噪聲的影響,實際基波的零點和提取的零點誤差較大。為了消除高頻干擾,需對控制系統(tǒng)的交流輸入信號進行濾波處理。與模擬濾波相比,數(shù)字濾波有很多突出的優(yōu)點,不僅可滿足濾波器對幅度和相位特性的要求,還可避免難以克服的電壓漂移,溫度漂移和噪聲等問題。為了減少這些因素對零點提取的影響,本文采用F IR數(shù)字濾波器進行信號處理,根據(jù)F IR濾波器輸出信號的零點,采用線性插值獲得參考電壓信號的過零時刻。本文選用hamming窗函數(shù)法設計,具有良好的頻譜分辨率。取濾波器階數(shù)N = 62,帶寬wn = [ 45,55 ] Hz,采樣頻率fs=1600 Hz,通過Matlab 的Signal Processing工具箱可設計出良好的濾波器,FIR帶通濾波器的頻率響應特性曲線如圖3 所示,所設計的濾波器具有嚴格的線性相位關系和良好的幅頻特性,滿足參考零點檢測的精度要求。當濾波器輸出y ( n+1)和y ( n)異號時,由線性插值可求得零點時刻:式中: t0 為電流或電壓過零點時刻; tn 為第n個數(shù)據(jù)y ( n)的采樣時刻; Ts 為采樣周期。

設ui 為帶諧波白噪聲的原始輸入信號, uf 為基波信號, 調用上述濾波器系數(shù), 由Matlab仿真可得出濾波輸出信號uo , 仿真結果如圖4 所示。FIR濾波器成功濾除了輸入信號中的高次諧波與白噪聲,幅值與基波一致,相位滯后180°,這說明FIR輸出零點與參考電壓零點時刻一一對應 ,可很好地提取電壓電流零點信號。

 1. 2、分合閘時間的神經(jīng)網(wǎng)絡建模及仿真
　　目前,人工神經(jīng)網(wǎng)絡的實際應用中絕大多數(shù)網(wǎng)絡模型是一種無反饋多層前向網(wǎng)絡2BP網(wǎng)絡和其變換形式,BP神經(jīng)網(wǎng)絡通常具有多層結構,除了輸入層和輸出層,中間部分稱為隱含層。為簡化BP網(wǎng)絡的設計和減少網(wǎng)絡的訓練時間,采用3層BP網(wǎng)絡。
　　本文所研究的合閘時間與環(huán)境溫度、控制電壓的關系是一種復雜的、非線性的映射關系,同時測得的數(shù)據(jù)中還可能含有外界電磁干擾等噪聲,很難用數(shù)學解析的方法建立模型。因此,利用BP網(wǎng)絡強大的非線性映射能力和良好的泛化能力,對合閘時間與環(huán)境溫度、控制電壓的關系進行系統(tǒng)建模。下面是神經(jīng)網(wǎng)絡建模的具體步驟。