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关键词： 交流接触器   多反馈参量   自适应吸持控制   感应电动势  

摘要： 交流接触器的吸持大多通过单一控制线圈电流或电压实现,因此无法兼顾可靠吸持和节能运行的要求,该文对交流接触器不可靠吸持特性进行理论分析、建模仿真和实验测试,得到动、静铁心分离过程中线圈感应电动势的变化规律,并以此为基础,提出一种基于多反馈参量的交流接触器自适应吸持控制策略。以交流接触器正常运行中的触头电流、线圈电流以及不可靠吸持发生时线圈的感应电动势为反馈参量,通过对参量的监测并根据不同的工作状态输出相应的控制信号,使接触器即使处于较低的吸持电压下,依然具备较高的吸持稳定性。基于该策略,设计了控制模块并进行实验验证。结果表明,利用该控制策略可以有效实现接触器的节能运行与可靠吸持,减小吸持能耗并提高交流接触器的工作稳定性。

关键词： 分布式电源   配电网   熔断器   保护灵敏度  

摘要： 为发挥分布式电源接入配电网运行的价值,保证二者取得更理想的融合成效,此次研究以分布式电源、配电网相间短路保护为中心,深入探讨了分布式电源对配电网相间短路保护的影响.结合分布式电源接入配电网的研究背景,对分布式电源配电网组合有更全面的认识,并且针对性地研究了DG对配电网两段保护与重合闸影响、DG接入后两段保护与重合闸后加速影响,以期为相关人员提供参考.

关键词： 交流接触器   健康状态   云模型   Attention  

摘要： 随着现代科技的飞速发展,工业生产的安全性和稳定性需求逐步提高。因此,故障预测和健康管理在工业生产中得到了越来越多的关注。本文旨在设计并实现一个交流接触器健康状态感知和预测系统,以解决目前大多数设备维护存在的“维护不足”和“维护过度”的问题。该系统通过监测交流接触器的各项指标,在达到告警健康状态时发出警报,并及时将告警信息推送给维护人员,以帮助其制订维护计划。主要工作如下: (1)本文设计了交流接触器健康状态感知模型。基于变分自编码器(VAE),将数据的形状和时间的失真引入模型,生成交流接触器的正常退化数据,并结合主成分分析(PCA)和混合高斯模型(GMM)感知交流接触器的健康状态。此外,还通过云模型对健康状态感知进行了更细粒度的感知。经过实验验证,健康状态感知模型在间断设备上的感知准确度达到了100%,在非间断设备上的感知准确度达到了94.8%。 (2)本文设计了交流接触器健康状态预测模型。通过结合了稀疏注意力机制的CNN-BiLSTM网络预测交流接触器的健康状态。具体地,本文使用空洞卷积神经网络对原始输入数据进行特征提取,然后使用BiLSTM来感知序列关系,最后使用注意力机制来加权处理序列信息,从而提高模型的预测能力。为了减少计算时复杂度,同时保证模型性能,针对交流接触器的非线性退化特点,设计了一种基于二阶微分采样的稀疏注意力机制。通过该策略,能够有效地减少计算复杂度,并保持对关键特征的准确捕捉。通过在真实的交流接触器数据集上进行实验,模型的准确率达到了93.1%,且相较于基于自注意力的模型,具有较小的预测时延。 (3)为了方便维护人员监测交流接触器健康状态并制订相应维护计划,本文在交流接触器健康状态感知和预测模型的基础上,进一步设计并实现了一个B/S架构的系统。系统主要包含用户管理、接触器管理、健康状态感知、健康状态预测、告警管理、维护计划管理以及数据可视化七个功能模块。最后通过测试验证了系统满足功能性和非功能性需求。

关键词： 高压熔断器   绝缘材料   结构设计   接触可靠性  

摘要： 35kV TV户外高压熔断器是35kV电网系统变电站中变压器及相关一次线路的保护装电气设备。目前电网中户外高压熔断器的使用量较大，但是现在市面上的户外高压熔断器存在:开断电流小、安装方法困难、人工使用成本高、故障率高、性价比低等较多问题。　　本文通过研究，设计出一种操作使用安全性能更高、综合性能更加优良，性价比更高的新型35kV TV户外高压熔断器来解决上面的这些问题。首先，本文将新型35kV TV户外高压熔断器拆分为四部分进行研究，并对其中最为重要的仓储部分的绝缘材料进行对比，在对热塑性弹性体TPE材料的工艺性能及化学特性制造特点开展研究后，选择用TPE材料来替代瓷、环氧树脂和硅橡胶材料作为本文研究的的新型TV户外高压熔断器绝缘材料的方案。之后，采用不需要高空作业、不装拆地线即可更换户外高压熔断器的目标，提升了熔断器的使用安全性能。接下来对比了国内外相关电气设备的结构特点及电流开断方式，按照电器设备国家标准的相关指标及目标采用工频耐压试验、雷电冲击实验、实验主回路的电阻限元分析法相关实验分析了新材料作为新型35kV TV户外高压熔断器绝缘材料的优势和原因。其次，本文对新型35kV TV户外高压熔断器的结构进行了创新改造，采用开断实验验证熔断器性能，并对户外高压熔断器的结构加以优化，采用测量试验验证了地面站立更换熔断器的可行性性能。最终获得了一种结构简易、开断可靠、绝缘优良、使用方便、成本更低的新型35kV TV户外高压熔断器。　　本文设计的新型35kV TV户外高压熔断器，在绝缘子方面采用TPE材料很大程度上降低了绝缘材料的使用成本，并提高了熔断器绝缘子户外抗氧化性等方面的性能。另外，新型户外35kV高压熔断器的更换时间大大缩短，将有助于提升使用效率，降低使用风险，对新型熔断器的各部分结构进行创新的同时，也提高了户外高压熔断器运行中的接触可靠性。

摘要： 为助力可再生能源产业升级，打造智能化、数据化、自动化的新发展业态，ABB重磅发布Emax 2/E高电压空气断路器，以创新之力聚绿色发展之势，赋能可持续未来。该款断路器既增效节能，也有着高维稳性。Emax 2/E断路器可提供供电电压至1200V交流电压（最高1380V），有效提升能源利用效率，减少电力损失。同时，Emax 2/E断路器采用了新型操作机构和灭弧系统，具有较高的机械寿命和电气寿命，其报警跟踪和电网分析功能，可有效保障设备的工作连续性。

关键词： 交流接触器   仿真建模   振声信号   运行状态识别   注意力机制  

摘要： 交流接触器是低压配电网的关键开关设备,其动态特性的优劣直接影响电寿命,进而影响整个系统的供电可靠性。传统的测量方式难以实现接触器内部机构动态特性的非侵入在线监测。考虑到振动和声音信号具有非侵入可在线测量的优势,因此面向动态特性,提出了基于振动-声音信号的接触器运行状态非侵入检测方法。 为深入研究对接触器运行状态表征能力强的动态特性参数,以及动作过程中振声信号的发生机制,一方面,基于有限元非静态分析和磁路法等理论方程构建了ADAMS与Simulink的动态特性仿真模型,深入分析能够表征触头、铁芯等关键机构运行状态的动态特性参数;另一方面,基于振动方程和声压波动方程构建了ANSYS/LS-DYNA与LMS *** Acoustics的触头碰撞发声仿真模型,利用动态特性仿真模型提供的初始数据,分析了特定动态特性条件及不同磨损程度下触头碰撞产生振声信号的差异。以上研究为面向动态特性的运行状态分类以及振声信号的分析方法提供了依据。 在上述理论研究的基础上,分别构建了电寿命试验系统以及基于振声的非侵入式测试系统,获取了具有不同动态特性及触头磨损状态的接触器试品,分析了振声信号的频域特性,进一步体现了利用振声信号对接触器运行状态检测的工程有效性。同时考虑到动态特性参数具有更好的量化表达能力及其对电寿命的影响,最终面向5个典型动态特性参数对运行状态分类。 针对不同运行状态特征提取的问题,提出了一种基于振声信号的联合特征提取方法。基于互相关系数法总体局部均值(ELMD)分解重构振声信号,分别利用量子粒子群(QPSO)优化多尺度排列熵(MPE)提取振动信号特征量,以及梅尔倒谱系数法(MFCC)提取声音信号特征量。分别分析了振动特征与声音特征对于不同运行状态区分的有效性,同时考虑到振声信号联合分析比单一信号分析更能全面准确刻画接触器运行状态,将振声特征组合构建了联合特征。 针对运行状态的识别问题,提出了一种基于通道注意力机制的一维卷积神经网络模型(CAM-1DCNN)。模型利用CAM模块自适应地重新校准CNN各层特征,增强CNN对运行状态特征的学习能力。为了验证模型的有效性,采用12台接触器试品的数据集进行运行状态识别,并对比了其他5种主流模型。实验结果进一步体现了联合特征以及本文所提模型在识别精度上的优势。

关键词： 交流接触器   磁控形状记忆合金(MSMA)   结构设计   有限元仿真分析   实验研究  

摘要： 交流接触器作为广泛使用的电器控制设备对电力、石油、化工、自动化及航空航天等领域有着重要意义,然而传统机械式接触器响应慢、能耗高、机械震颤大的缺陷大大降低了电力系统的可靠性,现有接触器也尚存各种不足。基于磁控形状记忆合金(MSMA)材料在驱动器领域表现出的优良特性,本文提出一种MSMA驱动的交流接触器,围绕其结构设计、理论建模与实验测试开展相关研究。研究内容如下: (1)基于MSMA材料的微观结构和形变机理,搭建了实验平台对MSMA样品进行特性测试。给出了接触器驱动机构、回复机构的相关计算公式和设计原则,并通过有限元仿真验证了设计的可靠性。对接触器触头系统进行了触头结构的设计并计算得到触头耐压值验证了触头开距设计的可行性。最后给出了MSMA交流接触器结构模型,并对其工作原理及特点进行了说明。 (2)基于MSMA再取向应变的演化和控制再取向或畴壁运动过程激活的函数假设推导了 MSMA本构模型,模型仿真结果表明三角硬化函数下的本构模型准确度较高。基于本构模型、分合闸系统力学等效模型以及电磁关系表达式搭建了分合闸系统的动态特性仿真模型,仿真结果表明所设计的MSMA交流接触器能够实现快速分合闸动作,验证了接触器设计的可行性。 (3)加工制作了 MSMA交流接触器样机并搭建实验平台对MSMA交流接触器和传统机械式交流接触器的分合闸响应时间、触头弹跳特性、动触头位移曲线进行了对比实验,实验结果表明相较于机械式交流接触器,MSMA交流接触器合闸响应时间更短,仅为9.8ms,分合闸过程动触头位移曲线平稳无振荡,触头闭合过程无弹跳现象,单个工作周期内能耗降低96%以上。 为解决传统交流接触器存在的响应慢、机械震颤大、能耗高等问题,本文设计并测试了一种新型MSMA交流接触器,为MSMA在低压开关领域的应用研究提供了理论和实验基础。

关键词： 直流空气断路器   电弧特性   结构优化   海拔环境  

摘要： 直流电力系统因其可靠性高、输配电经济性好而受到研究者的广泛关注，近年来在诸多领域得到了广泛的应用，其中城市轨道交通在直流供电系统的支持下得到了飞速发展。目前为了提高城市轨道交通运行的稳定性，研究者对其中使用的关键设备——直流空气断路器提出了更高要求。此外，由于我国高原地域广阔，高海拔城市对轨道交通的需求越来越大，但由于高海拔环境下空气气温气压等物理特性不同，现有直流空气断路器产品在高海拔地区开断短路电流仍然存在一定困难，因此高海拔地区直流空气断路器的开断问题成为当前的研究重点。对城市轨道交通用大容量直流空气断路器在高海拔地区的开断特性和开断机理进行研究分析，可以有效推进大容量直流空气断路器的设计研发进程，解决高海拔地区电器开断问题，推动高海拔地区轨道交通及电工行业发展。　　本文以轨道交通用大容量直流空气断路器为研究对象，基于磁流体动力学理论，充分考虑灭弧室空间湍流效应的影响，搭建大空间尺度、全动态等离子体电弧仿真模型，对其在高海拔环境下的开断进行仿真模拟。仿真涉及电弧在大容量断路器复杂灭弧室结构内的起弧、电弧移动、栅片切割以及熄弧全过程，对电弧形态及灭弧室内温度场、电磁场、气流场进行分析，得出高海拔地区大容量直流空气断路器开断短路故障电流困难的主要原因，阐明了海拔环境对电弧运动特性的影响机理，并搭建实验平台，验证高海拔电弧仿真结果;同时，基于高海拔电弧开断特性，提出灭弧室结构优化方案，提高断路器开断性能;并针对大容量直流空气断路器在运行过程中的实际工况差异，以海拔环境为变量进行电弧在不同工况下的开断仿真，对比分析了高海拔环境对不同工况下断路器电弧开断特性的影响及原理。　　研究结果反映出大容量直流空气断路器的电弧开断特性以及电弧演变全过程，深入揭示了高海拔环境下大容量直流空气断路器电弧参数演变背后的物理本质及复杂开断现象。研究内容可为该类产品设计研发以及优化提供理论指导。

关键词： 忆阻/忆容模拟器   忆阻/忆容多谐振荡器   脉冲序列控制   Buck变换器   功率信号同步传输  

摘要： 忆阻器和忆容器具有纳米级体积、功耗低、非易失性等优点,在超大规模集成电路中具有巨大的潜力。本文研究了忆阻/忆容模拟器构成的多谐振荡电路,并利用该振荡电路输出电压波形占空比/频率可控的优点,将其用于脉冲序列控制以及Buck变换器的功率信号同步传输(Power and Signal Synchronous Transmission,PSST)中。首先,设计了一种新型浮地式二值忆阻/忆容器模拟电路,研究了忆阻/忆容值的变化机理以及三端忆阻/忆容的控制方法。构建了基于二值忆阻/忆容器以及三端忆阻/忆容器的多谐振荡器;设计了占空比/频率可控的忆阻/忆容器多谐振荡电路。仿真和实验结果表明,模拟器的输入输出特性符合忆阻/忆容器的典型特征,可根据不同的使用场景控制振荡电路输出占空比/频率可控的矩形波。第二,针对传统脉冲序列(Pulse Train,PT)控制Buck变换器在连续导电模式(Continuous Conduction Mode,CCM)下的低频振荡问题,研究了一种基于忆阻多谐振荡电路的离散滞环电感电流脉冲序列控制(Discrete Hysteresis Inductance Current Pulse Train,DHIC-PT)方法。仿真和实验结果表明,基于忆阻模拟器的多谐振荡电路可以稳定输出占空比变化的矩形波,并作为PT控制的高低功率脉冲来调节Buck变换器的输出电压,可同时完成高低脉冲选择与脉冲触发,无需逻辑选择模块。该离散滞环电感电流脉冲序列控制方法可以有效抑制PT控制Buck电路的低频振荡现象,提高Buck变换器的暂态响应速度。第三,利用二值忆阻模拟器以及三端忆容模拟器设计了一种占空比/频率可控的多谐振荡电路,并将其用于DHIC-PT控制电路中。将基带信号作为三端忆容的控制信号,用来调制出不同频率的高低功率脉冲。由于Buck变换器输出电压纹波受到高低脉冲频率影响,利用脉冲频率变化诱发电压纹波作为信号载波,并对输出电压纹波进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)解调出原码信号,实现了信号和功率的同步传输。该论文有图52幅,表9个,参考文献92篇。

关键词： 交流接触器   寿命预测   神经网络   遗传算法   状态评估  

摘要： 交流接触器是一种频繁进行合分操作的开关电器,用于对电气线路控制通断。随着运行过程中操作次数持续不断的增加,交流接触器的运行状态与通断性能逐渐发生退化,其电寿命不断降低,通断性能明显降低,最终产品失效。交流接触器的运行状态对于保障电力系统的安全稳定运行和电气设备的正常工作起到至关重要的作用,因此建立交流接触器电寿命预测与状态评估模型实现其准确的电寿命预测与状态评估具有极其重要的意义。首先对交流接触器的基本构造、基本工作原理、失效模式及特征参数进行研究分析,重点研究了燃弧时间、燃弧能量、释放时间、弹跳时间、吸合时间和接触电阻这七个交流接触器的特征参数。同时对虚拟仪器技术进行研究,着重研究了Lab VIEW的定义与应用及其优势,为下文的配网设备寿命试验平台的开发及电寿命预测与状态评估研究打下基础。其次设计并搭建了配网设备寿命试验平台。试验平台的硬件部分包括电压与电流信号采集电路、继电器控制电路和串行通信电路。软件部分本文采用Lab VIEW软件开发编写出配网设备寿命试验平台系统,该平台系统主要包含试验参数设置模块部分、数据采集模块部分、数据处理监测模块部分和数据保存与调用模块部分等。通过软硬件结合,以CJX2-5011为研究对象并对其进行全寿命试验,采集得到试验数据并分析计算,为后续电寿命预测分析研究和状态评估研究提供数据支撑。再次详细研究了BP神经网络的原理和训练步骤,搭建了BP神经网络交流接触器电寿命预测算法模型,由于BP神经网络具有易陷入局部最优的问题,于是引入遗传算法,采用遗传算法优化BP神经网络的权值和阈值,搭建遗传算法优化BP神经网络的电寿命预测算法模型,对交流接触器电寿命进行预测分析,得出遗传算法优化BP神经网络(GA-BP)精度最高。最后深入研究了模糊综合评判的评判步骤与特点,建立模糊综合评判模型,将接触电阻、燃弧时间、燃弧能量和吸合时间这四种特征参数作为因素集,同时确定好评判集,采用层次分析法对特征参数的权重进行确定,结合实例,对交流接触器采用搭建好的模糊综合评判模型进行状态评估研究。