为了满足开关设备智能化发展需求,提高开关设备运行可靠性。本文研究了高压真空断路器的击穿机理,提出在断路器动作过程中采用电机操动机构控制触头速度抑制击穿的方法,可以提高断路器操作的安全性能。为提高高压断路器安全操作性能,本文设计满足其开断需求的智能控制技术和操动系统。主要开展以下工作:(1)研究电机操动机构的结构及工作特性,将操动机构的等效参数归算到电机侧。以驱动电机为研究对象,分析驱动电机启动过程参数关系。基于电机电枢方程、转矩方程等,建立电机操动机构的数学模型,分析各数学参量间关系,证明通过调节驱动电机绕组电压,可以实现对电机转速的有效控制。采用数值仿真方法,搭建驱动电机数学模型,开展仿真研究,证明基于脉宽调制技术控制电机转速的可行性。(2)研究真空开关击穿机理,推导触头恢复电压计算方程,利用实验数据拟合断路器耐受电压与触头开距关系。将触头恢复电压与耐受电压关系作为击穿判据,建立触头开距关于时间的函数方程,求导函数方程得刚分阶段触头速度要求。以留彭输电线路开断电容器组为操作工况,计算等效线路参数,结合触头速度特性方程,分析满足预击穿的速度要求,推算刚分后触头运动速度曲线。根据高压断路器开断过程速度指标和电机调速方程,求取超程阶段、缓冲阶段速度曲线;联立超程阶段、刚分3/4阶段和缓冲阶段速度函数,得到可以抑制断路器发生击穿的触头速度预设曲线。(3)研究广义预测控制算法,结合电机参数方程,建立输入量电压与输出量速度的关系,根据拉普拉斯变换推导传递函数,分析幅频响应,确定采样频率。对驱动电机传递函数离散化处理,结合丢番方程,建立驱动电机预测模型。根据模型输出误差进行反馈校正,采用二次型性能指标滚动优化,计算当前时刻加于系统的控制量。开展电机操动机构广义预测控制的闭环仿真研究,与常规PID控制相比,广义预测控制可以实现更好速度跟踪效果,最大速度偏差为0.026m/s。(4)在126kV真空断路器电机操动机构实验平台基础上,开展联机实验研究。搭建储能电容变结构放电实验电路,完成电机操动机构储能电容串联结构和并联放电实验,证明储能电容并联充电串联放电能够提高电机操动机构操动性能。结合广义预测控制策略与硬件控制装置,开展速度跟踪实验,平均最大速度偏差为0.5m/s,有效完成对预设运行速度的跟踪,验证控制算法的可行性。