平台智能化技术实现交流接触器电寿命预测精确度90%以上，延长电寿命0.8倍
电寿命预测技术现状
低压电器中的交流接触器有着接通与断开（分合）操作频繁的特点，被广泛、大量地运用于电气控制系统中。开关电器寿命预测的传统方法普遍采用接通-断开操作次数计数的方法，为保证安全，最大操作次数被保守地设置在一个较小的区域。但是由于制造与使用过程中不可避免的误差因素导致估计值具有较大的局限性，交流接触器的平均操作次数被大幅削减了。这种传统方法简单易行，但存在着可靠性不高与资源利用率低的问题，无法满足不断进步的现代工业社会对工业产品高精度、高环保的要求。
另外，现有新型预测方法的研究尚处于理论实验阶段，且各自具有单一性与局限性，实现应用尚有一定距离。这部分距离突显了开关电器电寿命预测技术应用还有较大的进步空间，加上国内低压电器制造面临来自国际高端市场的竞争压力与资源短缺对产业发展的制约，也表明了交流接触器剩余电寿命的研究是智能制造业发展必须前进的一步。
立项研究
为解决这一行业共性问题，浙江省温州低压电器技术创新服务平台的吴自然博士及其团队获得国家自然科学基金委员会资助支持，立项青年科学基金项目“交流接触器剩余电寿命的条件密度预测建模研究”（项目批准号：51507113），深入研究交流接触器电寿命课题。
项目提出以模式识别为基本框架，提取触头电流电压波形特性、分断电弧特性为信号特征进行经验模型建立，使用新型寿命标定方法标定每次操作的电寿命，并采用新颖的机器学习算法——条件密度估计（CDE）进行模型预测。其预测精确达90%以上,可确保任何交流接触器在达到使用寿命时发出警报，实现系统安全运行。该项目的研究成果论文“A Novel Residual Electrical Endurance Prediction Method for Low-voltage Electromagnetic Alternating Current Contactors”已发表在期刊《IEEE Transactions on Components, Packaging and Man》，详细说明了该项成果可有效提高交流接触器剩余电寿命预测的准确性和鲁棒性，显著增加有效操作次数，同时可实现算法在产品上的实际应用。
模式识别：经验判断
延长电寿命
在项目中期，吴自然博士及其团队将研究拓展到了对延长交流接触器电寿命策略的研究。团队通过一系列实验，证实了交流接触器触头起弧相位角APA显著影响交流接触器的触头寿命，并研究交流接触器触头起弧相位角APA与电弧能量、触头质量损失的关系，得出交流接触器单相最佳分断角度，针对三相质量损失的平衡问题，提出了一种延长交流接触器电寿命的控制策略，并设计了精确选相分断控制器。团队的这一进行优化分断控制策略可以有效减少触头的质量损失，延长交流接触器的电寿命近0.8倍，该研究成果论文“A Novel Breaking Strategy for Electrical Endurance Extension of Electromagnetic Alternating Current Contactors”已发表于期刊《IEEE Transactions on Components, Packaging and Man》。
吴自然博士团队取得阶段性成果之后，在接下来的研究中，团队将进一步细化完善建模、实现相关特性的精准控制，并在原有条件密度估计算法的研究基础上，加入深度学习建模的研究，建立深度神经网络的剩余电寿命预测模型。同时团队将逐步推进算法在产品上的实际应用，为研究成果的产业化应用铺开道路。
结语
智能电网建设的全面铺开必将引领低压电器产业的蓬勃发展，也将加速低压电器产品的升级换代。低压电器产业面临着产业升级、转变经济发展方式的挑战，同时面临着发展受资源短缺制约的局面。强本而节用，吴自然博士团队的研究成果从提高能源资源利用率的角度出发，基于大数据分析等技术解读开关电器行为特征，结合机器学习、模式识别等先进智能化技术，架起了低压电器产品通往人工智能的又一道桥梁。
成果论文：
[1] WU Z, WU G, CHEN C, et al. A Novel Breaking Strategy for Electrical Endurance Extension of Electromagnetic Alternating Current Contactors[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging and Man, 6(5): 749-756.
[2] WU Z, WU G, M. Dapino, et al. Model for Variable-Length Electrical Arc Plasmas Under AC Conditions[J]. IEEE Transactions on Plasma Science, 2015, 43(8): 2730-2737.
[3] WU Z, WU G, HUANG H, et al. A Novel Residual Electrical Endurance Prediction Method for Low-voltage Electromagnetic Alternating Current Contactors[J]. IEEE Transactions on Components, Packaging and Man, 2015, 5(4): 465-473.
[4] 吴自然，舒亮，许成文，等．一种新型永磁交流接触器及其控制电路[J]．中国电机工程学报，2016（13）： 3667- 3673．
