隨著微處理器技術、電力電子技術和智能控制理論的迅速發展及其在電器領域的廣泛應用,人們提出了電器智能化的概念。斷路器的是電力系統終端設備之一,其智能化水平對電力系統的穩定和智能化程度將產生深遠的影響。目前,斷路器智能化的研究領域,除了對電氣參數遙測,對電網故障的保護、信息的遠傳及斷路器自身的狀態監控和遙控之外,斷路器的同步控制技術也是一個重要而前沿的課題。
　　電力系統中的斷路器在分斷和關合電力設備的瞬時,系統電壓和電流的初相角通常是隨機的和不確定的,故而會產生過電壓和涌流。同步關合技術是指斷路器動、靜觸頭在控制系統的控制下,在系統電壓波形的指定相角處關合,使得空載變壓器、電容器和空載線路等電力設備在對自身和系統沖擊小的情況下投入電力系統的智能控制技術。采用同步關合可減小暫態過程中的涌流的幅值和對系統電壓的擾動,由操作過電壓決定的電力設備絕緣水平可大幅度降低,因操作引起設備(包括斷路器本身)的損壞也可大大減少,既限制了涌流和過電壓,又省去了預置合閘電阻,提高了系統技術經濟指標。而永磁機構的出現為斷路器同步關合技術的實現又提供了很好的物質基礎。圖1和圖2分別描述斷路器隨機關合空載變壓器和同步關合空載變壓器的仿真分析 。

　　由關合仿真波形可以看出,隨機合閘變壓器所產生的勵磁涌流峰值是高壓側額定電流的幾倍,而同步關合變壓器所產生的勵磁電流趨于穩態時的勵磁電流。結果表明,采用斷路器同步關合技術,合閘后各相磁通按照系統電壓變化規律進入穩態,可避免鐵心磁通飽和,達到了消除勵磁涌流的目的。
　　1、真空斷路器同步關合技術的實現
　　由斷路器同步關合和同步分斷的動作過程可知,整個斷路器的同步動作過程由斷路器的分合閘操動時間( To 和Tc )和移相延時時間Td 組成。其中,斷路器的分閘時間To 和合閘時間Tc 是由斷路器及操動機構本身的機構和電氣參數決定的,在一定的溫度和電壓條件下為一對定值。因此,為了保證斷路器能在電壓電流的指定相角處關合或斷開,必須調整相位延時時間Td。所以,同步控制技術實現的關鍵是電壓電流信號過零點的檢測, To、Tc 和Td 的計算。
　　1.1、電壓電流信號過零點的提取
　　電力系統在故障起始瞬間,電壓和電流信號中含有衰減的直流分量、高次諧波成分和白噪聲干擾,為了能在信號波形的指定相角處控制斷路器動作,電網基波電壓和電流零點提取是關鍵,一般在零點提取中采用硬件過零比較器實現,但由于受比較器的失調電壓、交流信號中的諧波和白噪聲的影響,實際基波的零點和提取的零點誤差較大。為了消除高頻干擾,需對控制系統的交流輸入信號進行濾波處理。與模擬濾波相比,數字濾波有很多的優點,不僅可滿足濾波器對幅度和相位特性的要求,還可避免難以克服的電壓漂移,溫度漂移和噪聲等問題。為了減少這些因素對零點提取的影響,本文采用F IR數字濾波器進行信號處理,根據F IR濾波器輸出信號的零點,采用線性插值獲得參考電壓信號的過零時刻。本文選用hamming窗函數法設計,具有良好的頻譜分辨率。取濾波器階數N = 62,帶寬wn = [ 45,55 ] Hz,采樣頻率fs=1600 Hz,通過Matlab 的Signal Processing工具箱可設計出良好的濾波器,FIR帶通濾波器的頻率響應特性曲線如圖3 所示,所設計的濾波器具有嚴格的線性相位關系和良好的幅頻特性,滿足參考零點檢測的精度要求。當濾波器輸出y ( n+1)和y ( n)異號時,由線性插值可求得零點時刻:式中: t0 為電流或電壓過零點時刻; tn 為第n個數據y ( n)的采樣時刻; Ts 為采樣周期。

　　設ui 為帶諧波白噪聲的原始輸入信號, uf 為基波信號, 調用上述濾波器系數, 由Matlab仿真可得出濾波輸出信號uo , 仿真結果如圖4 所示。FIR濾波器成功濾除了輸入信號中的高次諧波與白噪聲,幅值與基波一致,相位滯后180°,這說明FIR輸出零點與參考電壓零點時刻一一對應 ,可很好地提取電壓電流零點信號。

　　1. 2、分合閘時間的神經網絡建模及仿真
　　目前,人工神經網絡的實際應用中絕大多數網絡模型是一種無反饋多層前向網絡2BP網絡和其變換形式,BP神經網絡通常具有多層結構,除了輸入層和輸出層,中間部分稱為隱含層。為簡化BP網絡的設計和減少網絡的訓練時間,采用3層BP網絡。
　　本文所研究的合閘時間與環境溫度、控制電壓的關系是一種復雜的、非線性的映射關系,同時測得的數據中還可能含有外界電磁干擾等噪聲,很難用數學解析的方法建立模型。因此,利用BP網絡強大的非線性映射能力和良好的泛化能力,對合閘時間與環境溫度、控制電壓的關系進行系統建模。下面是神經網絡建模的具體步驟。
　　首先確定兩層BP網絡包括兩個輸入(即環境溫度與控制電壓) 、一個雙曲正切S型隱層和一個線性輸出層(輸出合閘時間) ,輸入層和輸出層的神經元數