瞬动校验电流误差分析评价与控制系统的研究

摘要

随着用电需求的不断增大，处于电力系统末端起保护作用的低压断路器的用量逐年增加。低压断路器除了具有接通、分断电路的功能外，还具有短路保护、漏电保护、过载保护等功能，其中，短路保护又称为瞬动保护。在断路器产品出厂前，需要对断路器产品的瞬动特性进行调整与检测。由于检测技术和检测水平的限制，存在断路器瞬动校验精度不高问题，在实际使用中存在“误动”和“拒动”现象，这会对电力系统造成很大危害，同时威胁人们的用电安全。因此，对提高断路器瞬动校验精度的研究具有十分重要的意义。
　　本文首先深入分析了国内外断路器瞬动检测标准和试验方法，对比其中的差异，深入分析存在差异的原因，阐述了各自的优点与不足。针对国内普遍使用的断路器瞬动校验设备，总结归纳了影响瞬动校验精度的因素；提出了校验电流评价与误差分析方法；校验电流逐步逼近控制方法；基于希尔伯特变换的功率因数角计算选相合闸方法；以及试验设备优化设计方案。
　　电流发生系统是一个双输入单输出系统，电流误差表现为幅值误差和电流的暂态过程，它产生于电压控制和选相控制。为消除校验电流的误差，本文提出了校验电流误差分解方法。通过理论和试验验证，证明了该方法的准确性和实用性，为设计控制试验系统奠定了基础。
　　为了保证断路器短路保护特性整定校验的精度，必须对产生的校验电流的精度做出评价。当试验电流精度满足校验要求时，才能将试验结果作为断路器瞬动整定校验依据。针对电流幅值误差和电流的暂态过程，本文提出一种校验电流综合评价方法。
　　提出了一种校验电流广义闭环控制的思想，将每次校验电流存在误差作为下一次试验控制和调节的依据，逐步逼近校验电流期望值。通过对PID和模糊PID两种控制方法的控制效果对比，阐述了模糊控制方法的优势。
　　针对快速傅里叶变换计算电压、电流初相位算法，深入分析了在电信号频率变化时算法存在误差原因，并提出希尔伯特变换方法计算电信号初相位的方法，通过仿真和实际验证，该方法在电信号频率变化时，具有很好的鲁棒性和计算精确度。提高了基于功率因数角计算的选相合闸精度。
　　最后，对试验系统硬件进行改进优化设计，降低了试验系统中非线性因素对试验电流精度的影响。通过对试验系统测试表明，该系统具有试验精度高，调节速度快的优点。

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第一章 绪论

1 .1 课题研究背景

1 .2 瞬动保护调试目的与国内外检测的标准

1 .3 瞬动保护可靠性试验技术与设备的发展现状

1 .4 断路器瞬动保护可靠性试验存在的问题

1 .5 研究的主要内容和思路

第二章 瞬动试验与瞬动试验设备

2 .1 可靠性试验标准和试验具体要求

2 .2 试验设备

2 .3 试验流程

2 .4 影响校验精度的各种因素

第三章 电流误差分析与评价方法

3 .1 试验系统的选相合闸误差分析

3 .2 试验电流的幅值误差分析

3 .3 试验电流误差分解

3 .4 试验电流的评价

3 .5 误差分析算法的仿真分析

第四章 试验中的数据处理技术

4.1 FFT计算功率因数角的步骤

4.2 FFT相位计算方法

4.3 FFT相位计算误差

4 .4 希尔伯特变换计算功率因数角

第五章 系统控制方法

5 .1 试验系统核心元件数学模型

5 .2 试验控制方法研究

5 .3 控制器总体设计

5 .4 分解方法设计

5 .5 P ID控制方法设计

5 .6 模糊P ID控制方法设计

第六章 系统设计和测试

6 .1 系统设计的性能指标

6 .2 系统硬件改进

6 .3 软件设计

6 .4 系统测试

第七章 结论

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢