热电式电流测量系统参数辨识方法与性能研究

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智能电网的高速发展,预示着其低压配电电器中的断路器实现智能化控制成为了必然趋势。在低压断路器的庞大队伍中,万能式断路器(ACB)和塑壳式断路器(MCCB)已经实现智能化控制,并在低压市场中占据着一定的地位,而小型断路器(MCB)的智能化却一直处于萌芽中。低压断路器在实现智能化控制的过程中,系统的电流测量和过载保护技术是其中的重要环节。而脱扣器的性能完全影响着断路器的性能,现如今大多数的智能断路器脱扣器使用的是电子脱扣方式,核心技术是通过电流互感器来实现对电流的测量,但当前市面上的电流互感器尺寸较大,安装在低压断路器中需要占据的空间很大。而小型断路器系统内部结构紧凑,空间有限,根本无法实现对电流互感器的安装,因此小型断路器实现智能化变成了一个难题。本文要致力解决小型断路器存在的电流测量问题,因此提出了一种基于电流热效应的热电式电流测量方法,旨在克服当下的小型断路器因为其内部体积缺陷而无法实现智能化的问题。本课题来源于国家自然科学基金:新型热电磁混合式智能小型断路器及智能低压配电微系统研究(项目编号:51777129)。首先,简析热电式电流测量法的基本工作原理,阐述小型断路器电热系统与测量腔可以进行等价替换的原因。在基于能量守恒的情况下,推导出小型断路器系统进行参数辨识需要的基础数学模型,实现利用温升测出电流的热电式电流测量方法。其次,掌握系统辨识的基本流程,选择适合系统的参数辨识方法。最终选择可以实现在线辨识的递推最小二乘算法,以最小二乘算法为基础,对其公式进行数学推导。再次,根据已推导出的辨识数学模型搭建出仿真模型,编写出递推最小二乘算法的辨识程序,研究系统中有无噪声的两种情况,分析最终的参数辨识结果,验证辨识数学模型。在原数学模型的基础上,将输入输出调换位置改进出新的数学模型及仿真模型进行研究,比较两种不同模型下的参数辨识情况,选择出更符合要求的数学模型。最后,为解决小型断路器只能在出厂前完成系统辨识这个现状,提出一种新的想法,给小型断路器系统中的发热元件串联一个电阻和电感,并利用一个开关控制此电阻和电感,以此实现对系统进行现场参数辨识。通过仿真对系统现场辨识的性能进行研究,并选取出最适合串联在系统中的电阻值和电感值。
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