【摘 要】
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断路器是配电网中重要的保护性设备,负责关合、承载和开断正常回路电流。当出现过载、过流、短路等电气故障时,断路器在规定时间内开断异常电流,提供保护线路和电源的能力,是维护电网稳定可靠运行、确保人身和财产安全的重要电气设备。断路器保护特性是衡量其综合性能的重要指标,在生产过程中对其保护特性进行检测,传统方法需大量人工,一致性差,效率和精度低下,严重制约高性能断路器产品的发展及其制造方式的数字化升级。采
【基金项目】
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浙江省重点研发计划“机械电子智能化生产线开发及应用示范（2017C01008）”； 浙江省分析测试科技计划项目“大容量断路器保护特性测试与校验技术的研究及应用（2018C37068）”； 温州市重大科技专项“小型断路器柔性化自动装配单元研发与应用（ZG2017002）”； 温州市公益性
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断路器是配电网中重要的保护性设备,负责关合、承载和开断正常回路电流。当出现过载、过流、短路等电气故障时,断路器在规定时间内开断异常电流,提供保护线路和电源的能力,是维护电网稳定可靠运行、确保人身和财产安全的重要电气设备。断路器保护特性是衡量其综合性能的重要指标,在生产过程中对其保护特性进行检测,传统方法需大量人工,一致性差,效率和精度低下,严重制约高性能断路器产品的发展及其制造方式的数字化升级。采用高精度恒流源系统对断路器保护特性进行在线校验,是对断路器进行性能检测的重要方法。现有方案系统控制只针对误差以及误差累积进行处理,无法判断误差变化对于系统精度的影响,系统控制精度受限、系统响应时间较慢。同时,测试过程中由于阻抗差异导致的测试响应时间问题,严重制约了断路器保护特性测试的效率与准确率。针对目前存在的问题,本课题针对断路器保护特性数字化检测中的精密电流控制方法展开研究,提出并设计了基于PI型sugeno模糊系统的控制算法,同时,结合负载阻抗补偿算法,提升检测系统电流输出精度,提高系统响应速度。主要的研究内容包括:（1）对现有断路器数字化检测中的恒流发生装置进行原理性分析,指出了当下恒流发生装置具有精度低、响应慢、谐波污染严重等的问题,结合未来技术发展趋势指出当下恒流源应具有可靠的保护机制、多样的人机交互、智能化程度高、谐波污染小等的特点。（2）对断路器保护特性数字化检测恒流发生系统进行整体分析,确定整个系统实现的软硬件设计方案。硬件上,为了实现整体恒流输出的同时减少系统的谐波污染,确定以前级功率因数校正电路和后级逆变电路为主拓扑的电流变换电路;软件上,针对恒流输出装置具有多任务、高可靠性的要求,设计了基于抢占式任务优先级调度的操作系统,用于协调系统采样、控制、保护、人机交互等多任务的运行,提高整机响应的实时性。（3）为了提高整机输出电流的精度与开机响应时间,提出PI型sugeno模糊控制方案,根据电流采样信息获得控制量,以控制量与目标输出的误差以及误差变化量为模糊系统输入变量,实现系统闭环控制。为了进一步提高恒流装置的输出精度,提出基于一阶惯性滤波算法的滑动窗口采样算法,在对采样数据进行滤波的基础上不再以全周期采样点进行有效值计算,大大增强了采样算法的实时性。同时,面对数字化SPWM生成算法下的时间与空间矛盾问题,提出附有相位信息的线性扩张SPWM数字化生成算法,在细化驱动信号控制精度的基础上实现了相位的可调。（4）搭建了精密电流控制仿真模型,研制了恒流源实物样机,对所提出的控制方案进行了验证,并与传统控制方案进行了对比。仿真与实验验证结果表明,相比传统控制策略,所提方案中系统输出电流精度小于0.2%,最大性能提升87%,系统响应时间提升60%,能有效提高电流输出精度,加速系统响应,提升断路器保护特性数字化检测的可靠性与精度。
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