开关优化模式范文
开关优化模式范文（精选8篇）
开关优化模式 第1篇
SVPWM(Space Vector PWM)技术源于三相电机调速控制系统,目的是使电动机获得圆形旋转磁场。随着数字化控制手段的发展,使得该技术在UPS/EPS、变频器等各类三相PWM逆变电源中得到广泛应用。与其他传统PWM技术相比,SVPWM技术有着母线电压利用率高、易于数字化实现、算法灵活便于实现等众多优点[1]。目前,对SVPWM 技术的研究大多是针对三相逆变电源系统。由于单相逆变电源的特点,该技术在单相逆变电源上并未得到广泛应用。如果将SVPWM技术应用于单相逆变电源,还可以将当前三相SVPWM技术研究所得各种成果,如开关优化SVPWM技术等,直接应用于单相逆变电源。本文在分析三相SVPWM 技术基本原理的基础上,通过类比对单相电源与单相PWM 逆变系统的空间电压矢量进行分析,将SVPWM 技术推广应用于单相正弦波逆变电源。
1 单相空间矢量分析
单相逆变电源常采用如图1所示的全桥。
逆变电路结构。正常工作时同一桥臂的上下开关管在任意时刻不能同时导通,不考虑死区时间的插入则同一桥臂的上下管工作在互补状态,因此可以用两个上桥臂的功率器件的开关状态来描述逆变器的开关状态[2,3]。开关状态及相对应的矢量如表1所示。
其线电压矢量可用矩阵表示
式中:a,b为开关函数,“0”表示该管关断;“1”表示该管导通。
如图2所示,4个离散的电压矢量是由电压矢量[uab,uba]T形成。取图2中α、β轴上单
位正向量为新基(c1,c2)
通过新基对式(1)做坐标旋转变换,可得式(3)
变换后的电压矢量如图3所示。
2 单相SVPWM的实现
单相SVPWM的基本原理是用4个离散的电压矢量对期望的交流侧输出电压进行拟合[4]。
当交流输出侧电压大于等于零时,选取矢量V2、V0、V3对Vab进行拟合,否则选取V1、V0、V3。设Vab为期望的交流侧输出电压矢量,Ts为PWM载波周期,T1为当前有效电压矢量V1或V2作用时间,T0为零矢量V0、V3作用时间。当Vab大于等于零时,要在Ts的时间内得到输出幅值大小为mvdc(0m1)的电压,则有
当交流输出侧电压小于零时,同理可得
sinωt∈[-1 1)
在三相SVPWM调制中,选择零电压矢量的原则是使开关状态变化尽可能少,以降低开关损耗[5,6]。将三相SVPWM零电压矢量选择的方法应用于单相SVPWM零电压矢量,可以得到多种调制模式。不同的调制模式有着不同的开关次数和谐波含量[7],本文选取两种调制模式进行分析。
调制模式Ⅰ[图4(a)]将电压零矢量的作用时间分成三段,其中矢量Vab的起、终点上均匀地分布零矢量Vab,而在矢量V3中点处分布零矢量V3,再通过矢量V2去合成期望的交流侧输出Vab。在此模式下,在一个PWM周期内每个开关管要动作两次。调制模式 Ⅱ[图5(a)]将零矢量V0平均的分配于矢量Vab的起、终点上,然后由矢量V2按照公式(5)去合成期望的交流侧输出Vab。在这一种模式下,任意一个PWM周期只需一个桥臂的一个开关管动作两次。与调制模式Ⅰ比,调制模式Ⅱ在一个PWM周期内减少了一半的开关次数,也就减少了一半的开关损耗,这是传统单相PWM技术难以达到的效果。
3 实验及结果分析
选用Freescale的56F8006作为主控芯片,IR公司的2113,IGBT选用IXYS公司的IXGH48N60C3D1,搭建了800W车载正弦波逆变器。实验主要参数如下:直流母线电压350-420 V,由12 V蓄电池经过DCDC提供,PWM开关频率为10 KHz,采用开关优化调制模式。
图6所示为IGBT驱动信号,当b桥臂的上管按照正弦脉宽调制变化时(下管与其互补)。在半个输出正弦载波周期内a桥臂下管保持开通,b桥臂上管进行调制;在这半个周期内a桥臂上、下管均不发生动作,这样就大大降低了开关损耗。当a桥臂的上管按正弦脉宽调制(下管与之互补),与此同时b桥臂上管保持关断状态,下管保持开通状态。每个开关管都间隔半个正弦波周期工作在低频开关状态,从而降低了开关损耗。图7为逆变器满载输出电压波形,图中可见逆变器输出电压峰值为310 V左右,频率为50 Hz,输出电压波形比较平滑。通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。
4 结束语
本文将SVPWM控制技术运用于单相PWM逆变器中,研制了高性能的车载单相逆变器。与传统的PWM技术相比,采用开关优化技术的单相SVPWM将电压利用率提高了15.47%,降低了50%的开关损耗,减小了逆变电源散热片的尺寸。单相SVPWM技术在实际工程中有着很高的实用价值。
摘要：目前,空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术以其母线电压利用率高、开关器件损耗小等众多优点被广泛应用于UPS/EPS、变频器等各类三相PWM逆变电源中。但是,由于单相电源的特点,使得该技术并未广泛的应用于单相逆变电源。针对单相全桥PWM逆变器的控制特点,在研究单相逆变电源电压调制信号矢量的基础上,将SVPWM技术应用于单相PWM逆变电源,并阐述了单相SVPWM算法的DSP实现方法,通过对单相SVPWM零电压矢量的分析优化,使SVPWM开关优化算法成功的应用于800W车载逆变电源,提高了母线电压利用率,降低了损耗。在实验室制作了样机,通过实际的测试结果验证了算法的有效性。
关键词：单相SVPWM,开关优化模式,车载逆变器
参考文献
[1]熊健,康勇,张凯,等.电压空间矢量调制与常规SPWM的比较研究[J].电力电子技术,l999(1):25-28.
[2]易龙强,郜克存.单相优化开关模式空间矢量脉宽调制技术[J].电力电子技术,2008(8):50-51.
[3]易龙强,戴瑜兴.SVPWM技术在单相逆变电源中的应用[J].电工技术学报,2007,22(9):112-127.
[4]张崇巍,张兴.PWM整流器及其控制[M].北京:机械工业出版社,2003.
[5]Do-Hyun.Jang Duck-Yong Yoon.Space Vector PWM Technique For Two-Phase Inverter-Fed Single-phase Induction Motors.IEEE/IAS Annual Meeting,1999:47-53.
[6]Zhen Yu Yu.Space-Vector PWM With TMS320C24x/F24x Using Hardware and Softwave Determined Switching Patterns[R].Texas Instrum.Literat.Number SPRA524,1999.
开关优化模式 第2篇
报告编号: 78632629
【引言】
对企业来讲，产品推广和销售是其生存和发展的根本，也是最需要技巧和人才来进行的竞争行为。我们在多年市场营销及产业研究的基础上，经过对500多个行业5000多家企业产品推广及销售的监测，并对大量监测数据分析的基础上，我们推出了《中国家用电器开关插座销售渠道模式调研及销售市场规模预测报告（2011-2012年）》。
本报告侧重行业宏观发展研究分析，从市场推广策略、盈利模式、营销渠道建立、客户群研究、重点企业市场推广与营销渠道策略等角度对家用电器开关插座市场的产品推广策略、营销渠道开发等关键问题进行细致研究。我们通过定性分析和统计数据来揭示家用电器开关插座市场当前的推广、经销规律、特点、存在问题，在此基础上提出相应的改革建议。不同行业、不同企业产品的销售模式有所区别，不同地区、不同客户群体的推广策略也有所不同，因此，在您购买本报告之前，建议您和我们的客服人员充分沟通，这样会更好的满足您的需求，为您成功推广和销售产品出谋划策。
【目录】
第一章 家用电器开关插座全球销售市场发展概况
第一节 销售市场规模分析
一、整体销售规模
二、主要细分产品销售规模
第二节 家用电器开关插座销售市场现状及特点分析
一、区域特点分析
二、消费主体特征分析
三、全球销售市场竞争格局分析
第二章 中国家用电器开关插座销售市场分析
第一节 家用电器开关插座市场销售外部环境分析
一、外部宏观环境分析
二、政策环境分析
第二节 中国家用电器开关插座市场特点分析
一、市场规模分析
二、市场结构分析
三、家用电器开关插座盈利水平分析
第三节 中国家用电器开关插座区域销售市场分析
一、家用电器开关插座销售区域分布特征分析
二、家用电器开关插座主要销售区域分析
第三章 中国家用电器开关插座销售渠道及模式调研
第一节 家用电器开关插座销售渠道特征分析
第二节 家用电器开关插座经销模式研究
一、紧密销售渠道
二、主体销售渠道
三、松散型销售渠道
四、辅助型销售渠道
第三节 家用电器开关插座销售渠道管理基本要素分析
一、渠道成员组成及其作用
二、渠道结构类型及其特点分析
第四节 家用电器开关插座销售渠道控制五力模型分析
一、报酬力
二、强制力
三、合法权力
四、专业知识力
五、参照力
第四章 2011-2013年中国家用电器开关插座产品销售市场规模预测
第一节 主要预测依据及模型说明
第二节 2011-2013年家用电器开关插座产品销售市场预测
一、2011-2013年家用电器开关插座市场需求规模预测
二、2011-2013年家用电器开关插座主要区域需求情况预测
三、2011-2013年家用电器开关插座新增产能预测
第三节 2009-2012年中国家用电器开关插座市场整体供需格局分析
一、家用电器开关插座未来3年整体供需格局预测
二、影响家用电器开关插座供需格局主要因素分析
第五章 华经纵横独家观点及建议
第一节 家用电器开关插座销售渠道设计要点及技巧分析
一、家用电器开关插座销售渠道设计主要核心环节
二、家用电器开关插座销售渠道控制模式分析
第二节 家用电器开关插座销售模式建议
一、家用电器开关插座销售模式总结
开关磁阻电机的角度优化 第3篇
开关磁阻电机 (Switched Reluctance Motor, SRM) 具有一系列优点:结构简单坚固、维护量小, 系统的容错能力强, 在缺相情况下仍能可靠运行;起动及低速时转矩大、电流小, 高速恒功率区范围宽、性能好, 调速范围宽, 在宽广的转速及功率范围内均有高效率和很好的鲁棒性。因此, 20世纪90年代以来, 已被越来越多地应用于电动车辆、矿山、油田、纺织机械等工业部门的驱动系统。特别是它的较好的高速 (超高速) 性能和较强的容错能力, 使其在航空航天、高速离心机等环境恶劣且安全性要求很高的领域得到广泛应用。
开关磁阻电机在运行过程中, 为了维持较高的效率需要对开通角进行实时优化, 传统的优化方法主要有:公式法、在线寻优法和查表法。
公式法主要是基于开关磁阻电机的数学模型, 根据电机参数, 通过推导得到开关角的数学公式。由于开关磁阻电机具有很强的非线性特性, 无法得到电机精确的数学模型, 故通过公式得到的开关角与实际的最优值存在一定的差异, 而且一般通过公式推导得到的开关角的数学公式都比较复杂, 对电机的控制器提出了较高的要求。
在线寻优法是在确定优化目标后, 然后在电机的运行过程中不断循环进行如下操作:检测优化目标量、在线微调开通关断角、判断当前是否达到优化目标, 直到优化目标达到才停止优化。但是, 本方法存在精度低、有可能陷入局部最优、寻优过程关断角震荡, 影响电机寿命等缺点。
查表法是在对电机进行控制之前, 需要得到电机的转速和开通角之间的数据关系, 建立表格, 电机运行时根据电机的速度从表格中读出此时所对应的开关角, 实时进行角度控制。但是, 在需要对电机进行精确控制时, 则需要大量的实验数据, 占据了大量的存储单元, 影响处理器的效率。
通过以上分析可知, 传统的优化方法存在各自的缺点, 为了改善系统的性能, 本文提出了一种新的开通角优化方法。开通角的优化在传统公式法的基础上加了电流幅值闭环控制, 关断角的优化则采用模糊控制, 通过仿真证明该方法可以明显地改善电机的动态特性, 使电机获得最大的转矩电流比, 间接地提高电机的效率。
1 开通角优化
根据开关磁阻电机的电感曲线可知, 当开关磁阻电机工作在电动状态下时, 在电感上升区间使电机绕组导电, 则产生一定的正向转矩。改变电机的开通角, 将改变电机电流的波形, 从而使得电机电感在进入上升区时的定子绕组电流的大小发生变化, 转矩的大小也将随之变化。
低速时, 由电机的电压方程式 (1) 可知, 电机的实际电流较大, 很容易达到参考电流Iref的大小, 使电机可以产生足够的转矩, 运行在指定的速度下。高速时, 由于电机电压方程的限制, 在开关角一定时, 随着速度的增加, 电机的实际电流越来越小, 直至电机电流产生的转矩等于负载转矩时, 电机的速度稳定在一定值。此时, 电机可以达到的最高转速较小, 电机的转矩电流比Tavg/Iphrms也比较低。
因此, 为了提高电机的最大转速和效率, 就需要在电机的运行过程中对电机的开通角进行相应的控制。开通角优化的传统方法是, 以最初的开通角为基准, 随着转速的增大相应地减小一定的角度, 即
其中, Lmin为最小电感值;Vdc为直流母线电压;ω为电机的速度;Iref为参考电流值;
低速时, 采取此优化方法可以使得电机具有良好的运行状态。然而, 高速时由于电机绕组反电动势的增大, 开通角的此优化方法并不能很好地满足电机的控制要求。并且, 实际工程中, 开关磁阻电机的运行环境往往较为恶劣, 通常会出现造成电压不稳定等实际问题, 因此为了获得更大的转矩, 使得电机实际电流的幅值接近电机的参考电流Iref, 在此设计了一个电流幅值闭环控制, 如图1所示, 根据参考电流和实际电流幅值的差来相应地改变开通角, 使得电机可以获得更大的电流, 进而可以使电机运行在更高的转速, 使电机获得最大的转矩电流比, 间接地提高电机的效率。
2 关断角优化
与开通角的优化策略不同, 本文对关断角采用模糊控制进行优化。模糊控制器主要有模糊化接口、模糊规则库、模糊推理机和解模糊接口四部分组成。模糊控制的一般过程为:首先将输入变量进行模糊化, 然后根据模糊规则库和模糊推理机得到模糊输出, 最后进行解模糊化。
2.1 模糊化
该模糊控制器将电机的速度作为输入变量, 关断角θoff作为输出变量。在对输入、输出变量模糊化之前, 通过仿真分析得, 当电机的速度n变化范围为0~6000r/min时, 电机的效率随着关断角θoff变化的曲线如图2所示。由图2知, 当关断角在75~88°范围内变化时, 对于电机的任意一个速度一定可以得到一个相应的关断角θoff使得电机具有较高的效率。当速度较低时, 电机一直具有较高的效率, 并且受关断角影响较小。当速度较高时, 可以看到, 电机的效率受关断角的影响较大:关断角较大时, 电机的效率非常低, 随着关断角的减小, 电机的效率越来越高, 并且在达到最大值后保持不变。由此, 对可以得到速度和关断角的隶属度函数曲线, 如图3、图4所示。
2.2 建立模糊规则库
在对速度和关断角进行模糊化之后, 就需要建立速度和关断角之间的模糊规则库, 通过模糊推理即可得到关断角的模糊值输出, 进行解模糊化得到真实输出。其中, 模糊规则库为:如果n为SM4, 则θoff为BIG4;如果n为SM3, 则θoff为BIG3;如果n为SM2, 则θoff为BIG2;如果n为SM1, 则θoff为BIG1;如果n为M, 则θoff为M;如果n为BIG1, 则θoff为SM1;如果n为BIG2, 则θoff为SM2;如果n为BIG3, 则θoff为SM3;如果n为BIG4, 则θoff为SM4。
3 仿真验证
对以上提出的的角度优化策略进行仿真验证, 本文选用的是6/4极的开关磁阻电机, 搭建控制模型, 以转矩电流比Tavg/Iphrms为优化目标, 比较电机角度优化前后的性能。
从图5可知, 开关磁阻电机在进行角度优化以后的转矩电流比要明显高于优化之前的转矩电流比, 在高速时尤其明显。这是因为, 高速时如果还保持之前的开关角不变, 将会限制定子电流的增长, 降低输出转矩, 降低效率。
图6, 图7为当nref=6000r/min时, 电机从n=0加速到n=6000r/min的过程中, 开通角和关断角大小变化的图形。在电机的加速过程中, 导通角从45°减小到39.9°, 关断角从88°减小到76.8°。由图像可得, 随着电机转速的增大, 开通角和关断角越来越小, 直至电机速度达到定值时才保持不变。并且, 开通角和关断角的变化曲线较为光滑, 使开关磁阻电机在任意速度时都可以保持较高的转矩电流比, 进而获得较大的效率。
4 结论
本文提出了一种对开关磁阻电机导通角优化的方法, 电机开通角的优化在传统公式法的基础上加了电流幅值闭环控制, 通过改变开通角的大小, 使电机电流的最大值趋近于电流给定值, 从而提高电机的输出转矩。电机关断角的优化采用模糊控制, 以电机的速度为输入变量, 经过模糊化、模糊推理、解模糊化得到电机所需的关断角。通过仿真可知, 采用本文所提出的导通角优化方法, 可以明显地改善电机的动态特性, 获得最大的转矩电流比, 从而间接地提高电机的效率。
参考文献
[1]陈灵.基于开通、关断角度优化的开关磁阻电机控制策略的研究[D].中南大学, 2010.
[2]侯栋, 李江, 王世山.基于开关磁阻电动机的角度斩波控制研究[J].微特电机, 2012, 12:49-52, 63.
[3]徐国卿, 陈永校.开关磁阻电机驱动系统电流波形及其对系统性能的影响[J].微特电机, 1995, 06:2-5.
中压配电网的开关优化配置 第4篇
供电企业通过开关优化配置可提高公司的经济效益, 一方面要保障供电的可靠性, 另一方面还必须兼顾公司的效益, 尽量降低成本。在市场环境下电力作为一种商品, 用户在购买电力的同时也购买了电力的一个重要的属性供电可靠性, 如果由于供电可靠性得不到满足而使用户造成损失, 用户有权要求赔偿。因此, 在电力市场环境下开关配置的总成本不应当只包括开关设备的直接投资成本、运行成本, 还应当包括由于电力供应不足或中断而使用户造成的缺电损失, 也即需求侧的缺电成本。
高可靠性与低投资成本是一对矛盾, 要解决这对矛盾就要运用成本效益分析法。该方法主要是通过对标的物的成本、效益的分析与评价, 以达到综合协调成本效益之间的关系。电力系统可靠性成本可定义为供电企业为使电力系统达到一定供电可靠性水平而需增加的投资成本及运行成本;可靠性效益可定义为因电力系统达到一定供电可靠性水平而使用户减少的停电损失, 即获得的效益。由于某一可靠性水平对应的社会经济效益较难估算, 因此常将可靠性效益用缺电成本, 也即由于电力供给不足或中断引起用户缺电、停电而造成的经济损失来表示。这样, 就可以把可靠性成本与可靠性效益统一在电网的经济性上衡量, 可靠性成本效益分析法可用来衡量开关优化配置方案的经济性。
1 停电损失费用的计算
系统每年停电损失费用可用下式表示:
式中, LP为负荷点总数;Tj为第j个负荷点有Tj种停电持续时间分类;EENSjt为负荷点j第t停电持续时间对应的失电量;CLOSSjt为负荷点j第t停电持续时间对应的单位停电损失;CL为系统每年的停电损失费用。
要计算系统每年的停电损失费用须计算出每个负荷点一年中的每次停电持续时间及对应的失电量。负荷停电持续时间及失电量的计算是基于中压配电网可靠性计算的。
常用的中压配电系统可靠性评估的方法是故障模式后果分析法 (Failure Mode and Effect Analysis, 缩写为FMEA) 。该方法利用元件可靠性数据, 分析所有可能的元件故障事件及其后果, 建立故障模式后果表, 然后综合形成可靠性指标。当系统结构复杂时, 故障模式后果表的建立将十分复杂。基于故障扩散的可靠性评估搜索算法对复杂的中压配电系统 (带子馈线) 有较强的处理能力, 利用前向搜索算法确定断路器动作影响范围, 用故障扩散方法确定故障隔离的范围, 从而可确定节点的故障类型。根据节点的故障类型, 便可形成节点、馈线以及系统的可靠性指标。
图1为一简单中压配电网示意图, 主干线均为每段2km, 接负荷的馈线为每段1km, 负荷5、6、7、8分别为2MW、1MW、2MW、1MW, 开关切换时间均为1h, 其元件可靠性参数如表1所示。
注:λ为元件故障停运率;r平均停运持续时间。
其负荷在不同持续停电时间下的每MW单位停电损失如表2所示。
元/h
其故障模式后果分析表 (以负荷6、8为例) 如表3所示。
注:λ为元件故障停运率 (次/年) ;r为平均停运持续时间 (h) ;L为每MW停电损失 (元) 。
由表3可知, 负荷6全年的停电损失为36990元, 负荷8全年的停电损失为233500元, 同理可计算出负荷5和负荷7全年的停电损失分别为2360元、36990元, 系统全年停电损失为309840元。
2 配电网开关优化配置算法
开关优化配置是非线性、连续离散混合, 目标函数无法用决策变量解析表达的模型, 该问题属于组合优化难题, 计算复杂性大。目前有关开关优化配置的算法主要有直接枚举法、启发式方法、随机搜索法、动态规划法等。
2.1 直接枚举法
通过枚举开关的不同位置, 比较系统的可靠性来确定可能的候选方案。由于现代的配电网往往比较复杂, 可供安装开关位置非常多, 直接枚举法的计算量非常大, 这种方法不适合现代电网的开关优化配置。
2.2 启发式方法
启发式方法将经验转化成逻辑规则, 并根据规则进行开关设备配置。
顺序改变开关位置的方法将原有开关顺次转移至使系统停电损失更小的邻接位置, 直至开关位置达到最优。在转移的过程中, 该文通过确定开关交换的方向对系统停电损失的影响及确定开关交换是否对系统减小停电损失有利为启发原则, 一步步的寻找开关的最优位置。但该文模型过于简单, 不能处理分支馈线及变压器故障。复杂中压配电网开关优化配置的启发式交换算法还有待进一步研究。
2.3 随机搜索法
此类算法包括遗传算法、神经网络算法、免疫算法、禁忌搜索算法、模拟退火算法等。利用随机搜索算法的目的是减少开关位置的组合数, 进而减少计算配电网可靠性及系统停电损失的次数, 达到快速找到局部最优解的目的。
一种改进的遗传算法, 可实现不同开关数量、类型及位置的优化配置。用免疫算法实现了配电网的开关优化配置, 具有较好的全局收敛性和较快的收敛速度。分别用禁忌搜索算法、模拟退火算法实现了配电网的开关优化配置。
但是随机搜索法所得解往往是局部最优解, 需对算法进一步优化, 使其更接近全局最优解, 获得更好的经济效益。
2.4 动态规划法
动态规划方法较易于确定全局最优解, 已在很多领域得到应用。
动态规划的相关概念, 巧妙建立动态规划的阶段和状态, 并应用可行性准则、降维准则等实现开关优化配置模型的动态规划求解。计算结果表明, 该算法比免疫算法、遗传算法更能提高资金的使用效率。但是动态规划算法只能在开关数已确定的情况下进行开关优化配置, 应用上有一定的局限性。
3 结束语
化工厂开关阀类故障维修优化策略 第5篇
有机硅工厂从2013年开车至今已经有3年多了。整个生产工艺流程也从原本的试车试生产到现在的平稳运行。这期间整个过程和工厂的生产团队,维修团队和技术服务部门的努力支持分不开的。当然,这其中也存在许多方面值得继续深入分析探讨和优化。本报告主要阐述的是从2014年10月至2016年6月,这21个月内技术服务中心的仪表团队对有机硅工厂的紧急响应统计和分析并根据分析结果提出相对应的优化意见,以此一方面确保工厂的生产稳定性和连续性,另一方面减少技术服务仪表团队的紧急响应次数,达到工厂维修费用节省的目的。
2. 初步调查
表1是2014.10-2016.6这21月内工厂各类仪表紧急响应故障统计。根据收到的紧急工单,故障被大致分成了10大类,包括变送器故障,工艺故障,成套设备故障,阀门故障等。从表中可以看出,阀门故障发生的次数远远超出其他各类问题,在统计到的109次故障中,有72次属于阀门类故障(占约66%),位于发生故障的第一位。在发生的72次的阀门故障中,开关阀发生故障次数达到61次(约占85%)。调节阀相对较少,仅发生11次故障。因此在随后的报告中,分析将主要集中在对开关阀使用情况的介绍,开关阀的工作原理以及各类开关阀故障发生的原因并针对故障原因提出的优化建议。
在本工厂使用最多的开关阀由SAMSON公司提供的BR26S和BR26D型的单作用球阀。它是由SAMSON 3963型2位3通电磁阀(9),Rotech阀门回讯反馈机构(8),Pfeiffer的阀门气缸(1)和球阀(6)组成。图1是一台单作用球阀的结构图。如图所示,开关阀分别由电磁阀、气动执行机构、阀体机构和回讯反馈机构组成的。执行机构主要由支架(2),阀杆(3)和压盖(4)组成。阀体机构主要由阀体(5),阀座密封圈(7)和球体(6)组成。当在DCS界面点击开/关按钮,DCS对应的DO控制卡件输出信号,经过安全栅至现场对应开关阀的电磁阀。电磁阀导通,压缩空气通入气动执行机构(气缸),气缸内的齿轮推动阀杆,阀杆带动球阀球体旋转,完成球阀的开启和关闭过程,使阀内的介质流量发生变化,完成对工艺流程的控制。当开关到位后,阀杆另一头和回讯反馈机构相连接,回讯反馈机构主要由联动件,感应片和一对关到位和开到位的限位传感器组成。当球阀旋转到位时,对应的阀杆另一头联动件带着感应片一起旋转,反馈机构的限位传感器收到信号,传回DCS的DI卡件,并在DCS画面上显示阀门最终开/关状态。
3. 以可靠性为中心的维修策略(RCM)
以可靠性为中心的维修(Reliability Centered Maintenance)是目前国际上通用的用以确定装备设备需求、优化维修制度的一种系统过程。它的基本思路是:对系统进行功能与故障分析,明确系统内可能发生的故障模式、故障原因及故障后果;用规范化的逻辑决断方法,确定出各故障的预防性对策;通过现场故障数据统计、专家评估、定量化建模等手段在保障安全性和完好性的前提下,以维修停机损失最小为目标优化系统的维修策略。在之后的讨论中,RCM策略将被应用于分析优化阀门的紧急响应。
(1)RCM分析过程的基本步骤
针对阀门紧急响应的分析和优化,整个RCM分析由下列步骤组成:(1)收集紧急响应的历史信息、阀门数据表、产品手册及历史运行状态。(2)构建阀门部件表,明确各部分组成和功能。并在同时,确定重要关键部件。(3)对各重要功能部件的FMEA(Failure Mode&Effect Analysis)分析,通过FMEA分析,确定发生功能故障的部件、故障模式、故障原因和故障影响。(4)当故障模式与后果确定后,接下来就要针对故障模式及其后果,确定最有效的维修方式,优化维修策略,力求避免此类故障通过紧急响应来完成。
在第1及第2部分中已经对收集的历史相应信息、阀门数据表、产品手册及历史运行状态做了详细阐述,这里不再累述。
(2)FEMA分析及优化的维修策略
确定了紧急响应中阀门的重要功能部件之后,接下来的工作就是对开关阀的每个重要功能部件进行FMEA分析,为之后的选择合适的维修方式,优化维修策略提供信息。当故障模式与后果确定后,接下来就要针对故障模式及其后果,确定最有效的预防维修方式,优化维修策略,力求避免此类故障通过紧急响应来完成。针对减少阀门类紧急响应,可操作的预防性维护工作类型可分为以下几类:
巡检;定期保养;变更和改造;培训及标准流程制定
针对FEMA分析,在紧急响应中的开关阀各类重要部件可以采取以下预防性维护措施:
4. 结论
本文以紧急响应的历史记录为讨论对象,对工厂紧急响应进行了统计和分析,得出了紧急响应发生的故障主要集中在开关阀。随后根据阀门的工作原理和以可靠性为中心的维修(RCM)方法,先建立了开关阀和调节阀的重要部件结构树,之后进行FMEA分析,并根据FEMA的结果确定了合适的预防性维修方式,优化维修策略。以此一方面确保工厂的生产稳定性和连续性,另一方面减少TSC仪表紧急响应次数,达到工厂维修费用节省的目的。
参考文献
[1]叶喜忠,导师:刘春雨.辅蒸汽减压阀调节特性和维修策略研究.哈尔滨工程大学,2013-03-01.硕士论文.
关于优化成套开关设备的方案报告 第6篇
随着真空开关免 (少) 维护的优点被广泛接受, 过去针对少油断路器而设计的手车柜理应逐步退出这一领域, 而用固定柜取而代之。同时, 由于手车柜安全性低 (特别是大电流柜) , 暴露的问题却日益明显。高压开关柜是使用极广且数量最多的开关设备。由于在设计、制造、安装和运行维护等方面存在着不同程度的问题, 因而事故率比较高, 在诸多性质的开关柜事故中, 绝缘事故多发生于10k V及以上电压等级, 造成的后果也很严重。特别是小车式开关柜, 绝缘事故率更高, 而且往往一台出现事故, 殃及邻柜现象更为突出。因此, 高压开关柜绝缘技术亟需更新。
2 开关柜存在的两大问题
1) 绝缘事故主要是柜内放电、CT闪络和相间闪络。断路器与开关柜不匹配, 绝缘尺寸不够, 柜内隔板吸潮, 爬距不足, 老旧开关改造不彻底, 未进行加强绝缘措施等原因造成;
2) 载流故障。主要集中在12k V~40.5k V中压开关设备上, 触头过热, 引线过热, 常扩大为绝缘事故。主要是由于插头接触不良、插头偏心等原因导致过热, 以致起弧烧坏设备。
出现上述情况的原因固然是多方面的, 但是最根本的原因还是国内没有开发出比较理想的固定柜, 也就没有创造出替代手车柜 (中置柜) 的先决条件。
笔者根据多年的开关制造实践提出以下几点意见以供参考:
1) 在630A~4 000A范围内体积不应大于现有的各种柜型, 否则小型化的趋势没有体现;2) 各项指标不低于现有的各种柜型甚至更高, 这是没有任何折扣的要求;3) 操作要方便、省力, 这是一个共性的要求;4) 必要时检修要方便, 否则就不具备代替手车柜的条件;5) 外观的美观程度不能低于现有的各种柜型, 这是现代人们的第一感觉, 不容忽视;6) 以空气做相间、和相对地绝缘, 这是消除绝缘事故的最实用的方法;7) 断口可视、可测 (温升) , 方便维护, 这是预防事故发生的有效措施。
成套开关设备作为一项传统技术实现一次这么大的飞跃确实困难, 而且受到以下因素的影响使得固定柜没有形成市场的主导:1) 在没有确定真空开关真正达到免维护的前提下还有必要使用可移开式结构;2) 当用真空开关取代少油开关时人们只是相应地把手车变小成为今天的中置式, 容易被接受。
3 现阶段国内固定柜的研发状态
3.1 XGN2-12箱型固定式金属封闭开关设备
这是伴随ZN28-12型真空断路器替代少油式断路器而相应开发的替代GG1A型固定柜的产品, 其设计理念还是GG1A的原形, 目前市场用量很多。供电设备厂在2000年以前大量采用ZN21真空断路器替代少油式断路器改造GG1A型固定柜上。之后开发了XGN2-12替代GG1A, 但是没有成功, 用量太少。福州局建新变改造前就是用同类柜GGX2 (XGN66) , 这两种产品鉴定投厂后至今未收回投资成本。虽然有些厂家进行了很大的改进, 但根本问题没有解决。
3.2 小结
综上所述, 国内还没有一个产品能够接近我们上述的理想条件。究其原因主要还有如下几点:1) 在现阶段我国社会上还没有形成各专业最强的力量进行集中研发的机制, 各自为战。设计的产品远远不具备替代现有产品的条件;2) 急功近利的思想严重, 往往以某个招标工程为出发点才进行试制。考虑问题不可能全面;3) 没有深刻的认识到固定柜进入市场的最有利的切入点大电流柜。实现大电流柜的小型化才是真正意义上的小型化。从最大电流覆盖到最小电流, 用系列化来满足使用者最迫切的要求, 只有这样才能迅速扩大市场份额, 最终变成主导产品;4) 设计理念仍停留在GG1A的年代, 把现成的元件拼凑在一起, 设计个外壳即作为一个新产品, 从根本上讲没有新意, 不能给使用者带来耳目一新的感觉;5) 崇洋的思想在一部分人的心中还很重, 没有用发展的眼光看待我们今天的社会。有此思想的人不论在开关设备的制造领域还是在使用领域都大有人在, 这也是制约该领域发展的原因之一, 好在我国政府已经认识到这个问题, 提倡“自主创新”的精神, 限制盲目进口;6) 由于过去国内以仿造国外产品为主。当国外没好产品推出时, 国内也就没有新产品推出了;7) 中置柜大范围使用不过七、八年的时间, 复合绝缘的老化也刚刚开始。大电流柜靠强迫风冷也不会马上出问题, 大多数使用者还没有认识到这些隐患。
在人们以往的印象中固定柜检修的方便性无法与手车柜 (中置柜) 相比, 如果仔细分析情况则不然。
1) “出现故障时手车柜可以迅速更换一台手车”, 这是对出现简单的机械故障和二次线路故障而言可以。如果出现一次绝缘事故柜体本身都要受损, 决不可能贸然再送电;
2) KYN28A型中置柜所使用的VS1-12断路器 (包括其它类似的断路器) , 在工厂内检测行程和接触行程都很困难, 在运行现场就更加困难了。至于更换灭弧室, 随着机械磨损和电气烧损接触行程将变小, 小到一定程度后触头压力不够, 直接影响断路器的正常开断和关合。这些真正需要检测到的参数不能方便的检测到就更谈不到便于检修了;
3) KYN28A型中置柜检修、试验电流互感器时, 要解除接地开关联锁, 解除麻烦恢复更加烦琐。
其它型号的固定柜检修不便的问题就非常突出了, 这里不必再说了。
针对上述问题, KGN□-12型固定柜设计时采用如下方法:
1) 断路器的一般检测和更换外两相灭弧室都可直接进行, 不必移动。断路器装有滚球, 更换最里侧的灭弧室 (只有靠墙安装时) 或更换断路器才需移到柜前或移出柜外。拆开一侧接线, 卸掉安装螺钉和隔离拉杆就可移到柜前部检修, 再借助运载车就可移出柜外并可落地;2) 断路器的操动机构位于柜前, 检修十分便捷。检测行程和接触行程可直接进行, 无需拆卸任何零部件;3) 根据直观的判别就可解除联锁, 且可自动恢复;
只有达到这样的条件才能从根本上削除历史上人们对固定柜检修不便的一贯看法。
固定柜不论在技术上还是经济上都具备了替代现有手车柜和固定柜的可能, 经过一段时间的运行、完善, 有可能成为一种主流产品。
4 优化KYN28中置柜的设想
当前, 以生产中置移开式结构的生产厂家最多年产量最大, 全国每年的生产数量达到数十万台之多。如何优化中置柜, 各厂家都做了很大的努力。
4.1 实现开关柜智能化功能
智能开关柜是研究、制造和使用部门的共同要求和希望, 要实现智能化, 就要求具备相当多的智能功能。包含监视设备的绝缘状况, 不同部位的温度、湿度、隔离触头发热状态、断路器机械寿命、电寿命、断路器机械特性, 操动机构和弹簧储能系统及其分合闸回路状态, 避雷器等设备监测, 设备的故障或亊故发讯和报警等功能。
4.2 设计制造关键是保证性能可靠
设备的安全可靠运行最为重要, 无论设计、制造和运行单位都应采取很多方法和措施, 更应关注绝缘和导电回路质量。
首先必须关注元器件的质量, 应该选用经过试验和运行考核的性能稳定的产品。断路器、绝缘件、连接件等, 总之一次导电回路所连接的元件都必须严格把关。
4.3 中置柜的结构应力求简单可靠
把随着开关柜质量的提高和智能技术的进步, 运行中发生事故的概率不断降低, 因此应该结合实践经验, 采取措施使开关柜的结构得到适当简化。
5 高压成套开关设备未来发展的展望
随着我国经济体制的改革, 开关设备制造行业出现了“群雄并起”的状态, 根据中国的国情这种情况还要持续很长时间。由于人力资源不能集中, 对某个公司来讲很难进行一些大型课题的研究开发。这就为课题的研究开发实现社会化提供了条件, KYN28A的推广过程就说明了此问题 (虽然借鉴国外公司的成分多些) 。这也在某种程度上实现了人力资源的最大利用。
KGN□-12型铠装固定式金属封闭开关设备的开发即将结束, 但这只是固定式开关柜开发的开始。未来理想的配电网的模式应该这样:
1) 对于电流比较大、有重合闸要求、保护配合比较严格的回路使用断路器。如进线开关、母联开关、架空出线开关等;2) 对变压器回路, 容量不是很大, 保护配合又能满足时, 使用负荷开关+熔断器 (F-L) 作为开断元件, 充分发挥熔断器熔断速度快、限制短路电流 (对电缆的选用十分有利) 的特点, 而且负荷开关简单、经济、可靠。还可利用真空负荷开关开断能力强 (相对其它负荷开关讲) 的特点, 配合适当的保护装置, 易于与其它保护配合;3) 对于需要频繁启动的回路 (如电动机回路) , 使用接触器+熔断器 (F-C) 作为开断元件, 发挥熔断器熔断速度快、限制短路电流以及接触器简单、经济、可靠、高寿命的特点。
当实现断路器柜、负荷开关柜、接触器柜三柜并列运行, 再配合适当的保护装置, 这才对配电网的建设 (投资的大小) 和稳定运行 (切除故障的时间) 起到良好的作用!而我们现在不论什么回路大都用断路器作为开断元件, 既不经济又不合理 (切除故障的时间远大于熔断器) 。
以上讨论了12k V等级的开关设备的小型化、固定式等问题。但这还不是最迫切的问题, 体积大、操作困难、局放严重 (复合绝缘部分过多) 、造价高等问题目前没有理想的解决方法, 不论固定式还是移开式。理想的体积应在:1 000 (宽) 2 000 (深) 2 600 (高) 范围内, 而且相间不用复合绝缘。这一等级系列需开发的品种有:
1) 断路器柜及其元件;2) F-L (负荷开关) 柜及其元件;3) 频繁型断路器柜及其元件。
不论那一个电压等级的开关设备, 断路器固定安装的模式是今后的发展方向。亿力电器公司对已开发的KYN44系列中置柜产品将进行不断优化, 使该产品继续在本地区安全稳定的运行。
参考文献
[1]顾齐红.从报告评定角度探讨低压成套开关设备工厂一致性检查[J].认证技术, 2011 (3) :62-63.
[2]郑丽, 杨杰.铝合金型材骨架在成套开关设备中的设计应用[J].电气制造, 2011 (1) :38-39.
开关优化模式 第7篇
据统计,电力系统故障大约80%来源于配电网,提高配电网的可靠性可以有效地减少供电企业和用户的停电损失[1]。采用配电自动化技术,在线路上安装分段开关、联络开关等环网设备,达到隔离故障、减少停电时间的目的[1~9],是提高配电网可靠性的有效途径。因而如何科学合理地配置开关至关重要。
配电网开关的优化配置其研究的核心内容在于如何确定网络中开关安装的最优数量和位置。文献[1]引入了动态规划算法,将开关配置位置以及类型作为动态规划的状态,配置开关设备台数为阶段数,实现动态规划计算,但是动态规划算法需要各个阶段无后续行,而开关的配置具有前后相互影响的特点,因此算法很难得到最优解,并且算法与执行原则过于复杂。文献[2~6]采用了遗传算法、免疫算法、人工鱼群算法等智能优化算法、智能优化算法在求解大规模组合优化问题中具有很好的优势,但是智能优化算法的全局最优解难以得到保证,人工可控性差且计算速度缓慢。文献[7]提出了基于二分法的配置原则,计算速度快,但是它只是解决主干线分段问题,并不是整个网络的开关优化配置。文献[8]也只是考虑了主馈线的开关优化配置。文献[9]的模型不是综合费用最小,而是提出了基于负荷侧需求的模型,更加突出了可靠性对用户的影响。
我国的配电网具有独特的地方,农村配电网所占比例大且与城市配电网有着很大区别,其突出特点在于:线路出线比较长,有的大大超过了供电半径要求;线路所处的地理位置复杂,故障定位,检修,各类操作困难;线路负荷普遍较轻,且负荷分布不均匀;线路现有的配置相对落后,很多线路除首端断路器外几乎没有配置任何分段开关;用于农村电网建设的资金相对有限。这些特点决定农村中压配电网的开关配置应该给予单独考虑,特别是对于现有的以综合费用最小为目标的规划方案,在农网建设资金相对有限的情况下就更加显得不尽合理了。
本文根据实际需要,提出了既适合于城市配电网又能针对农村配电网的多目标混合优化模型。在模型求解方面,根据断路器与隔离开关的不同性能给出了分阶段求解方案,基于释放负荷与隔离线路长度乘积最大原则给出了开关定位法则。仿真算例表明,该算法计算速度快,开关配置合理有效,工程实用性强。
1 多目标开关配置的数学模型
通常,配电网的可靠性越高,其投资相应就越大。电力公司通常面对两种选择方案,其一,在一次性投资有限的情况下只能以达到上级规定的可靠性指标为目的配置开关;其二,就是综合考虑开关总投资现值对应的等年值、设备的年运行费用、停电损失费用,以年综合费用最小为目标。现有文献基本都是以年综合费用为优化目标[1~6]。而我国大多数的农网都是面临第一种情况,因此本文将这两种情况皆予以考虑,引入了一次性投资最小为优化目标,建立了混合数学模型。
1.1 设备的一次性投资费用
开关设备的一次性投资费用由式(1)给出
式中:CB为开关的一次性投资:费用;n1为安装断路器的个数,ed为断路器的价格;n2为安装隔离开关的个数,eg为隔离开关的价格。
1.2 设备投资现值对应的等年值
在综合费用最优的模型中,需要对投资进行等年值的转换,其计算公式由式(2)给出
式中:C'B为开关总投资现值对应的等年值,pj为开关使用年限,i为贴现率。
1.3 运行维护费用
开关每年的运行维护费用按其投资的百分数给出:
式中:λ为一个固定比值,通常取5%。
1.4 停电损失费用
系统每年的停电损失费用由式(4)给出:
式中:C'R为停电损失费用。Ejt为负荷j在时间t的停电容量,Cjt为负荷j在时间t的单位停电损失。
1.5 可靠性调节值
在以一次性投资最小为优化目标时,其投资只与开关数量有关,为了确保开关的安装位置最优,因此引入了可靠性调节值,由式(5)给出:
式中:CR为由于可靠性所造成的调节费用,可靠性越高,CR越小。它由(1-R)乘以β系数得到。由于不同的开关配置对R影响一般为小数点后三位到四位,因此β系数取值可以为10 000左右。
1.6 可靠性指标的计算
系统可用度R的求解由式(6)给出
式中:R为每种开关配置下的系统可用率,它与1n、n2、p有关,其中p为开关配置的位置。R的求解方法很多,在此运用最常见的故障模式后果分析法[12~14]。
1.7 数学模型
多目标开关配置目标函数如下:
该模型由两部分构成,与1y进行乘积的为一次性投资最小项,与y2进行乘积的则为综合费用最小项。
约束条件:
(1)可靠性约束
式中:0R为预定达到的可靠性指标。
(2)模型的选择
式中:1y,y2为模型选择控制量,其取值为0或1。
对于该数学模型的解释可以理解为:当y1值取为0时,这时模型以一次性投资最小为优化目标,为模型1。当y2值为1时,模型以综合费用最小为优化目标,为模型2。模型的求解就在于求出最优的开关数量n1,n2值,以及确定相应的开关位置p。
2 多目标模型的求解方法
由于开关优化配置属于非线性的大规模组合优化问题,传统的数学方法难于求解,因此现有文献几乎全用了现代智能优化算法进行求解,但是现代智能优化算法普遍存在以下问题:计算量大,容易陷入局部最优,人机交互困难,难于工程实用等。为了克服以上困难,本文根据提出的开关配置准则,采用了先配置断路器,后添加隔离开关,分阶段的配置方案。
2.1 开关配置的总体思路
现有文献在考虑开关配置时都是将断路器与隔离开关一起考虑,其主要目的是为了获得更准确的优化结果,但是由于配电网结构庞大而复杂,这种操作方式通常计算量很大,因此往往也很难获得最优解。为了减少计算量,考虑到实际中断路器与隔离开关具有不同的作用,其价格也相差甚远,本文认为可以将断路器与隔离开关分别进行考虑,提出先整体配置断路器再逐一添加隔离开关的方法。对于断路器的配置既考虑安装位置的最优性又兼顾工程实际情况,首先根据线路情况确定断路器数量,按照定位方法选择安装位置,然后根据模型的约束条件逐一增加隔离开关。对于隔离开关的添加采用经济分析法中的成本效益分析法。
2.2 释放负荷数与隔离线路长度
为线路配置开关之所以能够提高系统的可靠性,在于当线路故障时,可以通过开关操作对故障进行隔离,使得一部分负荷能够恢复供电,从而减少停电负荷数。本文将开关隔离出的故障区域的线路总长定义为隔离线路长度,将由于开关操作而减少的停电负荷数定义为释放负荷数。如图1所示,断路器1的隔离线路长度为断路器1与断路器2所夹区域的线路总长,而释放负荷数为Lp1到Lp5。而断路器2的隔离线路长度为它右侧的所有线路总长,而释放负荷数为Lp6到Lp10。
2.3 成本效益分析
所谓成本效益分析就是将投资中可能发生的成本与效益归纳起来:利用数量分析方法来计算成本和效益的比值,从而判断该投资项目是否可行。本文对于第二阶段的隔离开关配置若优化目标是综合费用最小,则采用成本效益分析法。对于每一个即将添加的开关都设法使得其获得最大的效益,当开关添加的效益已经无法弥补其投资成本时,即停止开关添加,从而获得最终的配置方案。
2.4 开关定位方法
由上一节可知,每一个开关都有其特定的隔离线路长度与释放负荷数,根据可靠性的评估方法,要使得开关具有最大的效益,就需要使得隔离线路长度与释放负荷数的乘积取得最大值。这也是本文所提出的开关定位方法的中心思想。该思想无论对于断路器还是隔离开关的定位均适用。
本文所涉及到的开关定位,主要包括两个方面:断路器的配置;隔离开关的添加。两者的不同之处主要在于断路器的配置是多个开关的整体配置,而隔离开关的添加是逐个开关的选址问题。
2.4.1 断路器的配置
对于断路器的配置,首先根据线路的实际情况确定安装断路器的初始个数。根据工程实际,对干线进行两到三分段,即需要配置1到2台断路器;在长度超过总体线路长度1/5且绝对长度大于8 km的大分支的首端也可安装断路器。而后确定干线上断路器的安装位置。其核心思想仍然是如何确保隔离线路长度与释放负荷数的乘积取得最大。确定干线的断路器位置并不需要考虑各支线的具体结构,因此本文将各支线进行等值处理,统计出各个分支线的负荷数量与分支线总长即可。
由于线路长度与线路负荷数并不存在特定的联系,因此不能单独根据线路长度或者负荷数量对干线进行简单的等分处理,因此本文提出了基于分支线等效,前后搜索的方式,具体实现如下:
(1)统计整条线路的总长L与总负荷数Ν,其中L不包括已经安装开关的大分支长度。
(2)将分支线进行等值,即统计出分支线的负荷数量与分支线总长度。
(3)设m为干线分段数,i为当前配置的开关数,令i=1,表明开始配置第一台断路器。
(4)从电源点出发沿干线搜索,逐步累加负荷个数n。
(5)从线路末端出发沿干线逆向搜索,逐步累加线路长度l。
(6)当负荷累加值n达到i/m时,停止负荷累加。当长度累加值l达到(1-i/m)时,停止长度累加。此时,会出现两种情况:其一,负荷累加停止点与长度累加停止点没有相交,此时将他们对夹的区域定义为开关安装预选区域;其二,负荷累加停止点与长度累加停止点已经相交背离了,此时将他们相交的区域定义为开关安装预选区域。为了确保预选区域能够包含可行的开关配置点,将预选区域两端引入区域裕度∆σ的适当延伸。
(7)对预选区域中的点进行逐一试算,取ml值最大点为最终开关安置点。
(8)令i=i+1,当im-1时,循环执行过程(4)~(8)。当i=m时,说明干线断路器配置已经结束,停止搜索。
2.4.2 隔离开关的配置
隔离开关的配置同样也包括开关安装数量与安装位置的确定。本文采取逐一添加方式,原则依然是根据隔离线路长度与释放负荷数的乘积取得最大,在确保每次安装的开关都能最大限度的提高可靠性,同时保证经济上的最优。问题的关键在于隔离开关添加的停止原则,由于本文采取的是混合模型,对于不同的模型,隔离开关的停止原则也不尽相同。当隔离开关停止安装时,其安装数量和位置都可以得到确定。隔离开关配置的具体流程如下:
(1)根据干线断路器配置过程,可以得到每个断路器所管辖区域的线路长度与负荷数量。如果求解模型1则以线路长度与负荷数量乘积最大者为隔离开关安装预选区。如果求解模型2则以线路长度与负荷容量乘积最大者为隔离开关安装预选区。
(2)在预选区内按照分支线等值,前后搜索的方式确定最终安装点。
(3)计算停止条件。当以最小费用为目标时,如果系统可靠性约等于需求可靠性时,隔离开关则可停止添加;对于以综合费用最小为优化目标时,则采用成本效益分析法,当安装隔离开关而减少的停电损失已经无法弥补开关费用时则停止添加隔离开关。
(4)如果不满足停止条件,则由于隔离开关的添加,使得原来的区域一分为二,继续循环执行过程(1)~(3);如满足停止条件,则输出计算结果。
需要注意的是:若隔离开关位于首端已有开关的分支时,这时分支具有相对独立性,则根据定位方法直接确定安装位置即可;若隔离开关位于没有任何开关的分支线首端时,它将对主干线造成影响,要重新根据断路器定位方法确定断路器位置。
2.5 算法流程
算法流程图如图2。图中断路器的安装数量与定位参见2.4.1节;当断路器定位完成后,随即计算系统的可靠性R值,并与0R进行比较,结果用于确定是添加隔离开关还是减少断路器初始个数;当逐一添加隔离开关时,根据求解的具体模型确定停止条件,模型1与模型2的具体解释参见1.7节,进而输出配置结果;隔离开关的添加方法参见2.4.2节。
3 算例及其分析
运用本文所提的算法对RBTS_BUS6的主馈线F4配电系统进行了开关配置,其相关参数参见文献[8],接线图如图3。采用本文方法对模型1的计算结果如表1所示(不计线路出口断路器)。对于模型2,本文方法计算结果与文献[1]进行了对比,计算结果如表2所示。计算数据来源也参见文献[1],设备价格为:断路器50 000$/组,分段开关4 700$/组;设备的使用寿命为2O年,每年的运行维修费用按投资的3%计算;贴现率i为10%,停电损失为2.810 43$/(k Wh),预定达到可靠率0.998 8。
根据表1、表2结果,以一次性投资最小作为优化目标时比年综合费用最小为目标节省了7个隔离开关,一次性投资减少32 900$。当以年综合费用最小时,本文算法与文献[1]相比能够获得更优的解。依照本文算法虽然多装设了1个隔离开关,但是获得的可靠性收益却使得年综合费用减少了263$。采用本文的算法,对于断路器的配置能够迅速地获得与文献[1]一样合理的结果。而隔离开关的配置只需要计算6次即可得到结果。
4 结论
本文将开关优化配置问题与工程实践相结合,提出了将断路器与隔离开关分开考虑,断路器一次性配置,隔离开关逐一添加的方法。该方法充分运用了工程已有知识,将开关与可靠性的内在联系用于开关定位,都使得该问题的计算速度大大得到了提高,对于一般网络往往只需要很少的几次计算即可得到满意解。比较表明,该算法正确、有效且计算迅速。
摘要：针对我国配电网的特点,提出了以一次性投资最小和综合费用最小相结合的多目标混合数学模型。该模型既适用于我国广大的农村地区又可以运用于城市配电网。在求解方法上根据实际情况,基于释放负荷与隔离线路长度乘积最大原则,结合成本效益分析法提出了断路器、隔离开关分阶段协调配置方案,典型算例仿真结果表明,所提算法计算速度快,开关配置合理有效,工程实用性强。
浅谈高压开关设备的优化和发展趋势 第8篇
一、高压开关设备的基本概况
1、高压开关设备的基本概念
高压开关设备是指在电压在3KV以上, 频率在50Hz以下的电力系统中运行的户内和户外交流开关设备。高压开关设备主要用于电力系统的控制和保护, 既可根据电网运行需要将一部分电力设备或线路投入或退出运行, 也可以在电力设备或线路发生故障时, 将故障部分从电网中快速切除, 从而保证了电网中无故障部分的正常运行, 以及设备、运行维修人员的人身安全。
2、高压开关设备的分类
高压开关设备按照功能和作用的不同, 可以分为成套设备和元件及其组合, 如下:
(1) 元件及其组合。元件及其组合包括了断路器、隔离开关、接地开关、重合器、分段器、负荷开关、接触器、熔断器, 以及上述元件组合而成的负荷开关--熔断器组合电器、接触器--熔断器 (F-C) 组合器、隔离负荷开关、熔断器式开关、敞开式组合电器等。
(2) 成套设备。成套设备是将上述元件及其组合与其他电器产品 (例如:变压器、电流互感器、电压互感器、电容器、电抗器、避雷器、母线、进出线套管、电缆终端、二次元件等) 进行合理的配置, 有机地组合于金属封闭外壳内, 具有相对完整使用功能的产品。
二、高压开关设备的优化
高压开关设备的优化可以从最新的电压传感器和电流传感器、在线监测技术、结构不断更新这三方面进行分析探讨:
1、高压开关设备利用最新的电压传感器和电流传感器
电压传感器和电流传感器是用来提供电压开关设备的电压信息与电流信息, 信息的准确性会影响到后续工作的是否顺利进行, 随着我国科学技术的不断进步, 我国高压开关设备也在迅速的发展着, 传统的电压传感器和电流传感器已经不能提供准确的电压信息和电流信息, 因此, 必须采用最新的电压传感器和电流传感器来提供准确的电压、电流信息。
2、高压开关设备采用在线监测技术
现代的高压开关设备采用在线监测技术, 具有报警和全程监测的功能, 全程记录合闸、分闸的次数, 一旦超过设定的次数就会自动报警, 或者母线的连接处温度异常升高的话, 也会自动报警。高压开关设备还可以进行全程监测合闸、分闸的速度、回路断线和电流的情况, 以及监测气体断路器的内部压力的情况。
3、高压开关设备的结构不断更新
高压开关设备有效地将新型真空断路器 (具有体积小、维护少、可靠性强等特点) 、新型电压、电流传感器集合运用, 从而保证了高压开关设备结构的不断更新, 高压开关设备的功能也越来越完善, 可靠性也越来越强。
三、高压开关设备的发展趋势
高压开关设备的发展趋势可以从以下几点进行分析探讨:
1、高压开关设备的智能化发展趋势
随着我国现代通信技术、计算机网络技术, 以及现场总线控制技术的飞速发展, 数字化、网络化、信息化、智能化不断的融入到人们的生活中, 我国高压开关设备所采用的电压传感器、电流传感器、真空断路器、开关柜、配电等设备都越来越智能化, 高压开关设备已经开始能按照程序设定的标准进行全程监控和报警, 逐渐的脱离了工作人员动手操作的传统操作方法。高压开关设备的智能化发展趋势, 不仅可以有效地提高了工作质量和工作效率, 还可以有效地降低了工作的强度, 以及有效地提高了设备的可靠性。
2、高压开关设备的免维护发展趋势
机器的免维护已经成为了高压开关设备厂家和科学研究的目标, 目前高压开关设备中的成套设备、元件及其组合的寿命已经增加至7年, 而且很多设备已经实现了出现故障自动维修的功能, 以及提高了机器自动化的程度, 一些危险场合或者重点施工应用出现的问题, 都得到了有效地解决, 从而有效地降低了维护成本。
3、高压开关设备的小型化发展趋势
目前, 高压开关设备采用了小型化真空灭弧室技术、气体和复合绝缘技术, 这些技术的应用使得以前大体积、大重量的高压开关设备变成了小体积、轻重量的高压开关设备, 轻便、功能多的高压开关设备深受人们的喜爱。随着我国科学技术的不断进步, 我国电子测量控制设备也在迅速的发展, 实现了高压开关设备中应用电容式分压器的目标, 从而有效地实现了高压开关设备的小型化。
4、高压开关设备的环保化发展趋势
随着我国市场经济的不断发展, 我国人民对生活质量的要求也越来越高, 对环保的意识也越来越重视, 由于六氟化硫具有很高的介电强度和良好的灭电弧性能, 因此, 通常被用于高压开关设备。目前, 正在努力寻找不会对环境造成污染的、具有很高的介电强度的、良好的灭电弧性能的气体代替六氟化硫。在不久的将来, 高压开关设备一定会全面环保化, 从而有效地保证了工作质量, 和有效地保证了工作效率。
四、总结
综上所述, 随着我国现代通信技术、计算机网络技术, 以及现场总线控制技术的飞速发展, 人们对生活质量的要求也越来越高, 高压开关设备的智能化、环保化、小型化、免维护的发展趋势, 不仅可以有效地提高工作质量和工作效率, 还可以有效地降低工作的强度和维护成本, 以及有效地提高设备的可靠性。
摘要：随着我国科学技术的不断进步, 我国市场竞争的日趋激烈, 我国高压开关设备也在朝智能化、环保化、免维护、小型化的方向发迅速的展, 本文旨是先探讨了高压开关设备的基本概况, 接着探讨了高压开关设备的优化, 最后探讨了高压开关设备的发展趋势。
关键词：高压开关设备,基本概况,优化,发展趋势
参考文献
[1]胡会军:《我国高压开关设备现状及发展方向》, 《电器工业》, 2005 (6) 。[1]胡会军:《我国高压开关设备现状及发展方向》, 《电器工业》, 2005 (6) 。
[2]田召庚:《浅谈高压开关设备的使用现状和改进发展趋势》, 《中国电子商务》, 2011 (11) 。[2]田召庚:《浅谈高压开关设备的使用现状和改进发展趋势》, 《中国电子商务》, 2011 (11) 。
[3]张仁平:《浅谈高压开关设备的使用现状和改进发展趋势》, 《轻工设计》, 2011 (4) 。[3]张仁平:《浅谈高压开关设备的使用现状和改进发展趋势》, 《轻工设计》, 2011 (4) 。
[4]陈小青:《浅议高压开关设备的智能化发展》, 《北京电力高等专科学校学报:自然科学版》, 2011, 28 (12) 。[4]陈小青:《浅议高压开关设备的智能化发展》, 《北京电力高等专科学校学报:自然科学版》, 2011, 28 (12) 。
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