- 文献综述（或调研报告）：
1.1国外发展状况
相控断路器并非是一个新的概念，早在上世纪70年代已有提出。国际大电网会议组对相控断路器的使用与发展状况早也进行了多次发展和研究，在2005年召开的国际大电网会议中，相控断路器仍作为一热门的研究议题。在日本、欧美等发达国家，相控断路器已被广泛应用于26.4~800kV的电压等级。至今为止，国外有许多案例体现了相控开关技术的不断发展。2003年，匈牙利实现132kV/15kV/155MVA空载变压器的选相关合；同年，法国实现了320kV/13.8kV/315MVA空载变压器的选相关合；加拿大实现了背靠背电容器组的同步投切；日本实现了500kV并联电抗器的选相切除；瑞士ABB公司、日本Mitsubishi公司、美国Joslyn公司、法国Alstom公司均已研发出相关产品[1]-[4]。
1.2 国内发展状况
在国内，由于相控开关技术的研究起步晚于国外，仍处于探索研究状态，所以实际采用的大多是进口产品。但在国内各研究组织的努力下，相控开关技术的研究取得了很大的进步。大连理工大学段雄英等人采用相控永磁机构的真空断路器进行了电容器组的投切试验，结果显示暂态过电压和励磁涌流大幅减小[5]。大连理工大学丁富华等人采用相控真空断路器有效减少了空载变压器投切时产生的励磁涌流[6]。此后又通过引入耦合系数k，推导出了不同绝缘强度下降率与机械分散条件下的最佳投切相位计算公式[7]。廖敏夫等人开发了一种基于相控真空断路器的系统，用于并联电容器组的投切[8]。舒胜文等人对相控真空断路器的最佳燃弧时间做了相关研究，得到了10kV和35kV系统用真空断路器的最佳燃弧区间[9]。大连理工大学利用3个40.5kV的相控断路器串联组成126kV的真空断路器，并在高压条件下进行了性能测试，充分证实了相控多端口真空断路器向高压方向发展的可行性[10]。佟宝全、何宁等人利用双稳态永磁机构相控真空断路器解决了普通断路器无法解决的高频冲击涌流和短路重燃问题[11]。大连理工大学的封帆提出了一种基于FPGA的控制系统作为相控开关的控制单元，并实现了电容器组的投切[12]。程显、袁端磊等人设计了基于位置伺服控制技术的相控断路器用于电容器组的投切，将分合闸精度控制在了plusmn;5ms内 [13]。殷建刚等人根据智能相控开关设备在某试验站的试验，证明了相控开关设备对抑制电容器的投切过程中暂态过电压和涌流有明显的效果，可以为电网安全经济运行带来巨大效益[14]。
1.3相控开关技术的介绍。
相控开关技术又称为同步开关技术，它能够根据不同负载的特性，依据电压电流波形，选择特定的相位角度，在电压或电流的零点处完成分合闸动作，实现无冲击的平滑过渡，减小分合闸时的暂态影响。相控开关技术带来的优点体现在以下几个方面：
- 减小触头燃弧时间和触头的损耗，延长断路器的寿命，降低投入和维护成本。
- 提高断路器的开断能力，为输电容量大幅提升、短路电流增大的问题提供新的解决方法。
- 以中压领域的研究推动更高电压等级的应用研究，推动更高等级的开关智能化。
但是由于相控开合动作的实现很大程度上依赖于分合闸时电压、电流相位角的精确获得，这对于测量、计算的精度要求十分高，实现不简单[15~18]。
短路故障相控开断技术的核心问题便是故障电流特征参数的估计和电流零点的预测。对于相控开断技术分合闸的点，理论上应选择零点作为开断点，但实际中，许多情况下很难在极短的时间内获得零点。这是由于非周期分量的存在，或是谐波等其他因素的干扰。这些因素为电流零点的预测增加了许多难度。2003年，Poltl和Frohlich提出了一种新的安全点算法，该算法克服了要求有足够高精度的近似以及频率不超过1/2周期的问题，为实现故障电流相控技术提供了依据[19]，但是，对于系统做保守估计，导致测量误差较大。Thomas等人提出了一种自适应算法利用统计学参数F0判断故障起始时刻，加快了数据的处理速度，但是该算法对谐波异常敏感，实用性不强[20]。西华大学的方春恩等人采用加权最小均方算法WLMS对故障电流参数进行估计，能够在半个周波左右的时间实现对故障电流特征参数的估计[21]。2011年，段雄英等人针对安全点算法和自适应算法两种算法做了比较，两种算法目前都只适用于单箱故障系统中，实验结果表明安全点算法简单可靠，自适应算法精度高误差小，但只适用于无谐波的模型[22]。东南大学的褚佳云证实，相比于全波傅氏算法，在快速保护中半波傅氏算法更加实用，但当含有衰减直流时，半波傅氏算法处理效果差[23~24]。针对这一缺陷，华中科技大学的罗楚军等人采用改进的半波傅氏算法，利用半个周波加上2个采样点的数据，通过2次数据处理窗口的移动实现故障电流的零点预测，误差在1ms以内[25~26]。2012年，方春恩等人针对高压断路器相控开断短路电流，设计了基于可编程逻辑器件FPGA和数字信号处理器DSP的断路器智能控制装置，应用自适应数据窗LMS算法实现短路电流特征参数快速提取，采用二分法搜索有效零点获取最佳开断区间，准确地预测短路电流最佳开断点，为相控开断短路电流提供保障[27]。2013年Parikh and Bhavesh提出了一种基于SVR的电流零点估计技术。该技术能够控制断路器的燃弧时间，并在一个400伏的串联补偿的输电线路中得到证实[28]。2015年，李红蕾等人在方春恩的研究基础上，将三种零点预测法做了比较，结果表明自适应算法不适合信号含有谐波的情况，当采样信号中不含谐波分量时，改进半波傅氏算法及自适应算法的还原波形良好，零点误差小。改进半波傅氏算法不适合含偶次谐波的场合，直流分量衰减较慢时，安全点算法的相位计算误差较小[29]。
综上所述，相控开关技术在不同领域内获得了广泛的应用，其潜在价值与发展前景是毋庸置疑的。在我国相控断路器仍有巨大的发展空间与潜力，发展相控断路器对于推动高压乃至特高压开关的智能化有良好的促进意义。
参考文献：
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