avatar avatar 我的文献 智能断路器中EFT/B传导干扰抑制技术的研究 作者 张忠 单位 哈尔滨工业大学 导师 佟为明 关键词 智能断路器; EFT/B传导干扰; 自励源; 盲源分离; 扩展卡尔曼滤波
摘要
随着电力自动化技术的发展与电网安全等级的提高,智能断路器的作用越来越被人们所重视。以微处理器为核心的智能断路器开断负载时,会产生很强的电快速瞬变脉冲群(Electrical Fast Transient/Burst,EFT/B)传导干扰,这种干扰对智能断路器自身的电源系统、微处理器及周围环境会产生负面的影响。在进行EFT/B传导干扰抑制时,由于设计阶段没有精准的EFT/B干扰模型,选用的电源滤波器都是在调试阶段通过经验设计,最终获得的智能断路器系统往往不是最优设计。为此,本文对智能断路器中EFT/B传导干扰抑制方法展开研究,深入分析EFT/B传导干扰产生机理,建立EFT/B传导干扰系统模型,并根据EFT/B传导干扰主要影响智能断路器电源系统和微处理器的问题,分别提出预测技术,进而依据预测技术的结果选择相应的抑制措施。通过对EFT/B传导干扰机理研究,分析EFT/B传导干扰的路径,针对典型的智能断路器开断负载(空载变压器)产生的EFT/B传导干扰,提出一种新的EFT/B传导干扰源建模方法。构建了包括断路器触头、长线电缆和空载变压器的智能断路器EFT/B传导干扰系统等效电路。测试断路器触头的阻抗特性曲线,通过采用典型的五种电路拓扑结构与之拟合,确定其中最佳的拓扑结构,建立了断路器触头等效电路。分析了EFT/B传导干扰电压与长线电缆的长度、输出阻抗的关系,根据传输线理论建立了长线电缆等效电路。结合空载变压器等效电路,建立了智能断路器开断空载变压器的EFT/B传导干扰系统模型。对所建立的智能断路器EFT/B传导干扰系统模型进行仿真分析,与IEC标准的EFT/B干扰模型相比更具实用性。由于EFT/B传导干扰对微处理器的影响不能直接采用插入硬件滤波器消除,只能将EFT/B传导干扰与来自有源电子电流互感器的有用信号分离,再通过软件滤波方法进行消除。基于自适应消减原理,结合盲源分离算法,提出一种改进的自适应分离算法。该算法通过设定测度变量来衡量估计参数与最优值间的偏差,自动调节分离算法步长。对所提出自适应分离算法进行仿真,结果表明该算法可解决分离过程中动态响应速度与稳态精度的矛盾,实现EFT/B传导干扰的有效分离。为消除自适应分离算法分离的EFT/B传导干扰,提出了一种新的改进扩展卡尔曼滤波算法,滤除分离后的EFT/B传导干扰。改进算法通过对估计误差的预测方差进行加权,有效防止滤波算法发散,其仿真结果与扩展卡尔曼滤波算法相比,新算法抑制EFT/B传导干扰具有更加显著的效果。研究EFT/B传导干扰影响智能断路器的供电系统,分析了当今智能断路器的三种供电方式,针对智能断路器自励源供电系统抑制EFT/B传导干扰不足的问题,提出一种基于饱和电流互感器的改进自励源供电系统方案。利用饱和电流互感器,可减小EFT/B传导干扰幅值。根据整流桥肖特基二极管的不同通断状态,给出了EFT/B传导干扰流经整流桥侧的共模/差模干扰电压计算表达式,将其作为EFT/B传导干扰定量分析的依据。结合小信号建模法,建立了自励源供电系统的数学模型。对自励源供电系统的EFT/B传导干扰进行了仿真分析与实验验证,结果表明,改进的自励源供电系统比传统的自励源供电系统可有效抑制EFT/B传导干扰,但尚不能达到电磁兼容测试标准,还需加装抑制EFT/B传导干扰滤波器。研究智能断路器中EFT/B传导干扰无源抑制技术,根据抑制EFT/B传导干扰滤波器与EFT/B传导干扰源阻抗、自励源供电系统负载阻抗的密切关系,提出一种抑制EFT/B传导干扰的滤波器。该滤波器包括一个差模滤波器和一组共模扼流圈,共模扼流圈可以有效消除EFT/B传导干扰的共模电流。EFT/B抗扰度实验结果表明,所设计的滤波器可有效消除EFT/B传导干扰,使系统发射的EFT/B传导干扰不超标。
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