[发明专利]一种低压直流断路器双线圈式斥力机构等效建模方法

说明书

本发明涉及一种低压直流断路器双线圈式斥力机构等效建模方法，属于低压直流配电技术领域，包括如下步骤：将低压直流断路器中双线圈抽象为等效电感和等效电阻的组合，构建等效电路图；确定所述等效电路图中各元件的电磁特性，建立等效电路方程；根据所述电磁特性和所述双线圈的运动特性，构建运动方程；联立所述等效电路方程和运动方程，构建所述双线圈式斥力机构的动态模型，解决现有技术中的电磁斥力机构仿真研究精度差、不可靠的问题。

技术领域

本发明涉及一种低压直流断路器双线圈式斥力机构等效建模方法，属于低压直流配电技术领域。

背景技术

直流断路器是直流配电网安全运行和保护的关键设备，对系统灵活运行、防止故障范围扩大有着重大的意义。目前直流断路器的研究以中高压直流输电领域为主，低压配电领域的研究较少。在断路器拓扑选型方面，低压直流断路器通常由交流断路器改进而来，按照开断原理可以分为机械式、全固态式和混合式3种。目前核心装备低压直流断路器存在成本高、体积大和可靠性低等问题。

机械式开关的研究较多，涉及不同电压等级，其成本较低、通态损耗小，但开断速度慢、驱动效率低；全固态式开关即电力电子器件开关，目前研究的器件对象主要以可关断晶闸管(gate turn-offthyristor，GTO)、发射极关断晶闸管(emitter turnoffthyristor，ETO)和绝缘栅双极型晶体管(insulatedgate bipolar transistor，IGBT)为主。固态开关的动作速度快、可控性很强，但现阶段成本较高，通态损耗较大。混合式开关综合了机械式和全固态式开关的优点，既能实现快速可控开断，也能保证正常运行状态下的低损耗，但结构复杂、技术难度大、成本最高。

现有机械式低压直流断路器均延续高压直流断路器采用的电磁斥力机构，即采用“线圈-盘式”电磁斥力机构实现断路器的通断，针对线圈—盘式电磁斥力执行器的低压直流断路器已经有了较多的研究，形成了比较成熟的建模方法。相比于高压电网，低压配电网器件规模巨大，“线圈-盘式”电磁斥力机构开断速度慢、驱动效率低的缺点变得尤为突出，已经不能满足低压直流配电网发展的需求。

当前，双线圈式电磁斥力机构利用可移动线圈代替斥力盘后，可移动线圈和固定线圈反向串联，低压断路器动作时预充电电容器向可移动线圈和固定线圈放电，可移动线圈与固定线圈中流过方向相反的脉冲电流，产生电磁斥力，带动连杆和触头运动，从而实现开关的分合闸，由于双线圈结构因其两个线圈之间能够流过大小相同、方向相反的电流，对于提升效率、降低成本等方面，具有一定优势，低压直流断路器中拟采用双线圈式电磁斥力机构，这种情况下，继续采用现有“线圈-盘式”电磁斥力机构无法进行精确、可靠的仿真分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低压直流断路器双线圈式斥力机构等效建模方法，以解决现有技术中电磁斥力机构仿真研究精度差、不可靠的问题。

本发明采用如下技术方案：本发明提供了一种低压直流断路器双线圈式斥力机构等效建模方法，包括如下步骤：

1)将低压直流断路器中双线圈抽象为等效电感和等效电阻的组合，构建等效电路图；

2)确定所述等效电路图中各元件的电磁特性，建立等效电路方程；

3)根据所述电磁特性和所述双线圈的运动特性，构建运动方程；

4)联立所述等效电路方程和运动方程，构建所述双线圈式斥力机构的动态模型。

本发明通过在低压直流断路器中采用双线圈式的电磁斥力执行机构，通过将双线圈抽象为等效电感和等效电阻的组合，建立等效电路图，确定该电路图中各元件的电磁特性，建立等效电路方程，然后根据双线圈的电磁特性和运动特性，建立运动方程，并联立该等效电路方程和运动方程，构建该低压直流断路器中双线圈斥力机构的动态模型。本发明通过该等效建模方法，能够对该斥力机构的运动过程进行精确、可靠的仿真分析，对于提高低压直流供电系统的效率，降低系统复杂度具有重要意义。