高压断路器智能操作的模糊控制

摘要：　分析了使用传统方法实现高压断路器智能操作控制的复杂性．以模糊理论为基础，研究了系统电气参数与系统状态的模糊关系，形成了对断路器刚分速度的控制规则和模糊控制方法，给出了模糊控制器的硬件结构．模拟控制表明，该模糊控制器具有优良的控制性能，其精度和速度完全能满足断路器智能操作的要求．
关键词：　断路器；模糊理论；智能操作；电力系统故障
中国图书资料分类法分类号：　TM561．3
　　目前，已投入运行的断路器灭弧装置的开断能力主要是按开断短路电流设计的，不论开断于何种工作条件，断路器的运动特性是不可调的，即都按单一的空载特性分闸．但在实际运行中，大多数的开断操作是在正常条件(如负载或无载)下进行的，这些情况的开断不需很大的分闸速度就能熄弧．全速分闸不但使断路器的机械装置受到不应有的冲击，影响系统的寿命和可靠性，还可能因而产生操作过电压，给其它设备的安全运行造成威胁．鉴于此，国内学者已提出断路器智能操作的新概念［1］．所谓智能操作是指动触头从一个位置到另一个位置的自适应控制的转换．
　　在断路器的开断过程中，智能操作的一个重要特征是可以自动调节和控制断路器合适的分闸速度，即当分闸命令到来时，根据反映当时系统状态的电流、电压、功率因数等参数的数值及各参数之间的关系来确定所需开断速度的大小［2］．由于电力系统的复杂性和故障的多样性，使得系统状态与系统各参数之间的关系很难用严格的逻辑和数学方法来描述，因此，采用精确的数学模型控制是非常困难的．本文以电力系统理论为基础，根据断路器开断速度特性，综合运用模糊推理方法，提出了SF6高压断路器操作机构的模糊控制模型．随着该模糊系统的不断完善，将大大提高断路器智能操作的可靠性和实用性．
1　模糊控制模型的数学描述
1．1　模糊关系矩阵
　　对于液压分闸操作的断路器，一种有效的分闸速度调节方法是根据不同的开断条件改变液压操作机构的管道综合损失系数．研究表明，通过调节安装在排油管路中的调节阀开度可使管道综合损失系数在较大范围内变化［3］．在本控制器的设计中，阀的开度用等效孔径来表示．因此，根据分闸时系统有关电气参数值来调节排油阀的孔径，可使断路器获得合适的分闸速度．如上所述，反映电力系统状态的电气参数与对应孔径之间的关系很难用精确的数学方法来表达，但它们之间确实存在着某种联系，根据模糊控制理论，这种联系可以用模糊关系矩阵来描述［4］，U＝｛u1，u2，…，un｝，为系统电气参数值组成的集合．V＝｛v1，v2…，vm｝,为液压机构排油阀等效孔径组成的集合．
　　在模糊控制理论中，U、V为存在模糊关系的两个论域，并可由U、V作出一个新的论域U×V．　U×V上的模糊集R∈F（U×V）被称为U与V之间的模糊关系，用矩阵表示为

其中：R为所谓的模糊关系矩阵；rij＝μR（u,v）为u与v关于R的关系程度，称为u与v关于R的隶属函数，其值域为［0，1］．rij的大小表示ui存在时vj出现的可能程度，特别地，rij＝0表示vj与ui的存在无关；rij＝1表示ui的存在导致vj出现的可能性很大．在断路器的智能操作中，rij的大小表示电气参数对排油阀孔径的影响程度．
1．2　模糊控制规则
　　模糊控制的核心是模糊决策，模糊决策的基础是模糊控制规则．模糊规则是根据专家的知识和经验总结出来的，它的形式为语言变量表示的模糊条件语句．一条模糊控制规则由前提和结论两部分组成．为方便讨论，只考虑开断电流I的量值a和相位p（电流滞后电压的相角）对排油阀孔径d的影响．因而在该模糊控制系统中，模糊控制的前提部分是电流a和相位p的论域A和P中的模糊集，结论部分为排油阀孔径d的论域D的模糊集，论域A、P和D的模糊集分别由如下形式表示
F（A）＝NL，NM，NS，ZE，PS，PM，PL
F（P）＝NL，NS，Z
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