一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统的制作方法

本实用新型涉及相控断路器领域，特别涉及一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统。

背景技术：

相控概念始于上世纪70年代，在我国，相控技术已被成熟应用于特高压直流输电线路换流站高压滤波器组和大型变压器的投切控制，其实质是根据不同负载，如并联电容器、架空输电线、空载变压器等的特性，控制开关在电压或者电流的最佳相位完成合闸和分闸，有效削弱开关瞬态电磁效应。采用相控技术对开关实现选相控制，能有效地削弱开关分、合闸暂态冲击电压或电流涌流，有利于减小断路器触头损耗，延长断路器寿命，改善无功设备运行环境，提高电网电能质量。

现有的相控断路器三相永磁操动机构在使用时存在一定的弊端，操作过电压导致投切失败，电容电流开断能力有限，投切过电压、过电流损害无功设备绝缘，无功投切过程存在暂态涌流和操作过电压以及暂态谐波，不仅对电网设备安全运行造成潜在不利影响，同时在对于谐波要求高的场合，可能直接危害用电负荷的稳定运行，在使用过程中带来了一定的不利影响，为此，我们提出一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统，包括三相永磁操动机构线圈和断路器合闸单元，所述三相永磁操动机构线圈的下方设有电磁铁芯，且三相永磁操动机构线圈的上方设有速度及电流检测单元，所述速度及电流检测单元的一侧设有A/D转换器，所述A/D转换器的一侧固定安装有系统控制器，所述系统控制器的一侧设有速度外环控制器，且速度外环控制器的下方设有FPGA占空比发生器，所述速度外环控制器的一侧设有电流内环控制器，所述FPGA占空比发生器的一侧设有单相全桥驱动单元，且单相全桥驱动单元的下方设有IGBT模块，所述IGBT模块的下方设有断路器，且断路器的下方设有负载元件，所述断路器合闸单元的一侧设有断路器分闸单元。

优选的，所述断路器合闸单元活动安装在三相永磁操动机构线圈的下方。

优选的，所述A/D转换器固定安装在速度及电流检测单元的一侧。

优选的，所述速度外环控制器固定安装在系统控制器的一侧。

优选的，所述IGBT模块固定安装在单相全桥驱动单元的下方。

与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：该相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统，根据速度外环、电流内环的输入输出数据分别建立速度外环和电流内环的超局部模型，再基于建立的超局部模型分别设计速度外环控制器、电流内环控制器，构成双闭环无模型控制的相控断路器三相永磁操动机构控制系统，较之现有的双闭环PID控制方案，具有动态响应速度快、超调量少、稳态控制精度高的技术优势，相控断路器三相永磁操动机构控制系统受到未知扰动或实际扰动变化与离线实验数据发生偏差时，现有技术方案利用通过对控制电压与温度的离线实验，通过三相永磁操动机构线圈控制励磁电流的大小，并将实验数据制成查找表固化到控制系统中，对控制误差予以补偿，提高选相投切的精度，本实用新型采用的无模型控制，基于计及系统未建模动态和未知扰动的超局部模型的准确建立，无需建立查找表，不仅简化了控制系统设计，而且兼具选相投切精度高及鲁棒性强的技术优势，整个装置简单，操作方便，控制和投切的效果相对于传统方式更好。

附图说明

图1为本实用新型一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统的整体结构示意图。

图2为本实用新型一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统的局部视图。

图中：1、三相永磁操动机构线圈；2、电磁铁芯；3、速度及电流检测单元；4、A/D转换器；5、系统控制器；6、速度外环控制器；7、FPGA占空比发生器；8、电流内环控制器；9、单相全桥驱动单元；10、IGBT模块；11、断路器；12、负载元件；13、断路器合闸单元；14、断路器分闸单元。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

如图1-2所示，一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统，包括三相永磁操动机构线圈1和断路器合闸单元13，所述三相永磁操动机构线圈1的下方设有电磁铁芯2，且三相永磁操动机构线圈1的上方设有速度及电流检测单元3，所述速度及电流检测单元3的一侧设有A/D转换器4，所述A/D转换器4的一侧固定安装有系统控制器5，所述系统控制器5的一侧设有速度外环控制器6，且速度外环控制器6的下方设有FPGA占空比发生器7，所述速度外环控制器6的一侧设有电流内环控制器8，所述FPGA占空比发生器7的一侧设有单相全桥驱动单元9，且单相全桥驱动单元9的下方设有IGBT模块10，所述IGBT模块10的下方设有断路器11，且断路器11的下方设有负载元件12，所述断路器合闸单元13的一侧设有断路器分闸单元14。

其中，所述断路器合闸单元13活动安装在三相永磁操动机构线圈1的下方。

其中，所述A/D转换器4固定安装在速度及电流检测单元3的一侧。

其中，所述速度外环控制器6固定安装在系统控制器5的一侧。

其中，所述IGBT模块10固定安装在单相全桥驱动单元9的下方。

需要说明的是，本实用新型为一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统，在使用时，采用速度及电流检测单元3中的电流传感器和速度传感器对三相永磁操动机构中流过线圈1的电流及速度信号进行实时检测，通过A/D转换器4对流过线圈的电流及速度信号进行离散采样，将离散后的信号传送至系统控制器5，系统控制器5接收离散后的三相永磁操动机构中流过线圈的电流及速度信号后，将离散后的三相永磁操动机构的速度和参考速度送入速度外环控制器6，生成三相永磁操动机构中流过线圈的参考电流，同时，将控制器接受到的离散后的三相永磁操动机构中流过线圈的电流与速度外环生成的参考电流送至电流内环控制器8，利用单相全桥驱动单元9生成单相全桥驱动电源的参考电压，并将其送至FPGA占空比发生器7，FPGA占空比发生器7接收控制器输出的单相全桥驱动电源的参考电压，计算对应的占空比并输出PWM脉冲，驱动IGBT模块10实时通断，三相永磁操动机构驱动电路采用IGBT全桥控制的方式，当装置需要合闸操作时，接收的电容电压造成电流顺通时，断路器合闸单元13启动，当装置需要分闸操作时，接收的电容电压造成电流逆流时，断路器分闸单元14启动，如此，通过控制直流电压在线圈中励磁电流的大小，调节电磁铁芯2的感应电磁力，间接控制三相永磁操动机构在分合闸过程中的动静态特性，以改变负载元件12的状态，较为实用。本实用新型所述的一种相控断路器三相永磁操动机构的无模型控制系统，设有三相永磁操动机构线圈1、速度外环控制器6和电流内环控制器9，能够避免投切大容量电容器组时投切失败，并能提高真空泡和电容器的使用寿命，还能提高电能质量，适用不同工作状况，带来更好的使用前景。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。