Control strategy of motor operating mechanism for 126kV circuit breaker

In this paper, combined with the challenges and development trends of smart grids for smart circuit breakers, the existing models of 126kV SF6 circuit breakers are modified, and the power electronic converters and permanent magnet synchronous motors are used to drive the moving contact movements through the link mechanism. The switching operation has improved the existing three closed-loop vector control, and the feedforward control is flexibly applied to the system. The simulation verification of the control strategy is carried out, and the design experiments of the experimental prototype and the controller are completed. Firstly, this paper discusses the development of the circuit breaker operating mechanism and the research hotspot of motor operation. The 126kV SF6 circuit breaker is selected as the research object, and the precise tracking control of the closing and closing process curve is taken as the research content. Secondly, for the selected motor and mechanical structure, the mathematical model is established and analyzed, the switching curve of the spring operating mechanism is improved, and the three closed-loop vector control is used as the basic control method to design and calculate the controller, and to start and stop the process. The non-linear load case proposes a way of feedforward control. After that, based on Matlab/Simulink simulation platform, the simulation model of motor control is built, where the revised control curve and load torque are given. The simulation of traditional three closed loops and corrected feedforward controllers are completed for comparison. The results show the effectiveness of the control strategy and the position curve tracking of feedforward control is better. In addition, this paper also simulates the DC-side capacitor voltage drop during the motion process to test the effect of voltage drop. Then, aiming at the problem of unmeasurable load torque in load torque feed-forward control, full-order load torque observer and reduced-order load torque observer are designed respectively, and the effectiveness is verified on the simulation platform. Then, aiming at the problem of large tracking error in the opening process, the design of the non-linear controller is carried out, and the back-stepping control method is finally adopted. The simulation results verify the effectiveness of the control method. By comparison with the three-loop control, the advantages of the back-stepping control law are obtained. Finally, the software and hardware design of the motor controller based on the DSP chip TMS320F28335 is completed, including the IPM driver board, the control circuit and the signal acquisition circuit. The experimental debugging was completed on the experimental prototype. The test results verify the feasibility and accuracy of the control algorithm designed in this paper.

In questo documento, unito alle sfide e alle tendenze di sviluppo delle smart grid per interruttori automatici intelligenti, i modelli esistenti di interruttori SF6 a 126 kV vengono modificati e i convertitori elettronici di potenza e i motori sincroni a magneti permanenti vengono utilizzati per guidare i movimenti dei contatti del meccanismo di collegamento. L'operazione di commutazione ha migliorato il controllo vettoriale esistente a tre circuiti chiusi e il controllo feedforward è applicato in modo flessibile al sistema. Viene eseguita la verifica della simulazione della strategia di controllo e sono completati gli esperimenti di progettazione del prototipo sperimentale e del controllore. In primo luogo, questo documento discute lo sviluppo del meccanismo di funzionamento dell'interruttore e l'hotspot di ricerca del funzionamento del motore. L'interruttore SF6 da 126 kV viene selezionato come oggetto di ricerca e il controllo preciso della curva di processo di chiusura e la chiusura sono presi come contenuto di ricerca. In secondo luogo, per il motore selezionato e la struttura meccanica, il modello matematico viene stabilito e analizzato, la curva di commutazione del meccanismo di azionamento a molla viene migliorata e il controllo vettoriale a tre anelli chiusi viene utilizzato come metodo di controllo di base per progettare e calcolare il controllore e per avviare e interrompere il processo. Il caso di carico non lineare propone una modalità di controllo feedforward. Successivamente, sulla base della piattaforma di simulazione Matlab / Simulink, viene creato il modello di simulazione del controllo del motore, in cui vengono fornite la curva di controllo rivista e la coppia di carico. La simulazione dei tradizionali tre circuiti chiusi e dei controllori feedforward corretti è completata per il confronto. I risultati mostrano l'efficacia della strategia di controllo e il tracciamento della curva di posizione del controllo feedforward è migliore. Inoltre, questo documento simula anche la caduta di tensione del condensatore lato DC durante il processo di movimento per testare l'effetto della caduta di tensione. Quindi, mirando al problema della coppia di carico non misurabile nel controllo feed-forward della coppia di carico, sono osservate rispettivamente l'osservatore della coppia di carico a dimensione piena e l'osservatore della coppia di carico a dimensione ridotta e l'efficacia è verificata sulla piattaforma di simulazione. Quindi, mirando al problema dell'errore di tracciamento di grandi dimensioni nel processo di apertura, viene eseguita la progettazione del controllore non lineare e infine viene adottato il metodo di controllo a passo indietro. I risultati della simulazione verificano l'efficacia del metodo di controllo. Confrontando con il controllo a tre anelli, si ottengono i vantaggi della legge di controllo back-step. Infine, viene completato il progetto software e hardware del controller motore basato sul chip DSP TMS320F28335, compresa la scheda driver IPM, il circuito di controllo e il circuito di acquisizione del segnale. Il debug sperimentale è stato completato sul prototipo sperimentale. I risultati del test verificano la fattibilità e la precisione dell'algoritmo di controllo progettato in questo documento.