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轻型直流输电阀控系统研究及样机设计

作　者: 何虎
导　师: 李富生
学　校: 河南工业大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 电压源换流器 轻型直流输电阀控系统 脉宽调制技术
分类号: TM721.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电力电子技术的发展，现代电力系统网络的不断扩大，常规直流输电方式已经不能满足这种需求。随着新能源技术的发展，发电输配电领域的拓宽，不同电网间的电力市场，给直流输电带来了新的发展。柔性直流输电技术作为新一代的直流输电技术，极大程度扩展了直流输电的应用范围。这种新型直流输电技术在大电网、复杂系统的时代更加具有优势。与常规直流输电相比，它在控制灵活性、环境保护、换流站简化、绿色能源并网和提高电能质量等方面具有优良特性。因此，它成为目前高压直流输电领域的研究热点之一，尤其是这种新型直流输电技术，在我国的应用基本属于空白的情况下，许多应用性质的基础问题仍需进一步研究。这种新型直流输电技术的主要特点就是：采用基于全控型的电力电子元器件的电压源换流器（Voltage-Sourced Converter，VSC），替代常规直流输电中的采用半控型晶闸管元器件的电流源换流器，突出了全控型电力电子器件、电压源换流器和脉冲调制（Pulse Width Modulation，PWM）三大技术特点。它主要应用绝缘栅双极晶体管IGBT的电压源换流器，能够快速关断电流；它采用脉宽调制技术，可以更有效地进行无源逆变。正是由于电压源换流器的功能强大、体积较小，才能够简化换流站的滤波装置，优化换流站的结构，因此称之为柔性直流输电，或者轻型直流输电。轻型直流输电除了具有常规直流输电的优点外，在电网背靠背、大容量电源接入、孤岛供电和构建多端网络等方面也具有优势。采用电压源换流器的新型直流输电技术，作为常规直流输电技术的发展和创新，在研究轻型直流输电阀控系统方面具有重要的理论意义和使用价值。本文主要介绍了轻型直流输电技术的基本结构、工作原理、技术特点，而阀控系统作为整个直流输电网络的核心部分，对其进行了重点研究。我们设计了一个容量较小的轻型直流输电阀控系统试验样机，对阀控系统的设计、组成机构、功能原理进行了详细地理论分析和仿真实验，最后制定出阀控系统的策略算法。结果验证了该样机系统，具备优越的抗干扰性能、良好的稳定性和可靠性，能够自动调节，有很强的适应性，这些符合实际工程的基本要求，也为将来的工程化奠定了良好的基础。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 前言  9-15
  1.1 课题研究背景及意义  9-10
  1.2 高压直流输电技术的发展及国内外现状  10-13
    1.2.1 高压直流输电技术的发展  10-11
    1.2.2 国内外研究现状  11-13
  1.3 本课题研究的主要内容  13-14
  1.4 论文各章节的安排  14-15
第二章 轻型直流输电技术的基本原理  15-24
  2.1 轻型直流输电与常规直流输电  15-16
  2.2 技术特点和应用领域  16-18
    2.2.1 技术特点  16-17
    2.2.2 应用领域  17-18
  2.3 轻型直流输电的基本原理  18-23
    2.3.1 轻型直流输电的基本原理  18-21
    2.3.2 脉宽调制（PWM）技术  21-23
  2.4 本章小结  23-24
第三章 轻型直流输电阀控系统的设计  24-39
  3.1 阀控系统的总体结构  24-27
    3.1.1 阀控设备在控制系统中的作用  24-25
    3.1.2 阀控系统的结构  25-27
  3.2 硬件设计  27-32
    3.2.1 基于 FPGA 的极控结构设计  28-30
    3.2.2 阀控控制技术设计  30-31
    3.2.3 基于 IGBT 的功率模块设计  31-32
  3.3 软件设计  32-38
    3.3.1 极控单元软件设计  33-36
    3.3.2 阀控单元软件设计  36-37
    3.3.3 功率模块单元软件设计  37-38
  3.4 本章小结  38-39
第四章 关键技术  39-60
  4.1 阀控系统控制流程  39-43
    4.1.1 阀控系统控制流程  39
    4.1.2 功能设计及测试  39-43
  4.2 子模块电容电压的分析  43-54
    4.2.1 子模块电容均压  43-50
    4.2.2 系统冗余控制  50-51
    4.2.3 子模块电容电压排序  51-54
  4.3 高速通信编码  54-59
    4.3.1 阀控 A 与阀控 B 之间的通信  55-58
    4.3.2 阀控 B 与子模块之间的通信  58-59
  4.4 本章小结  59-60
第五章 总结与展望  60-62
  5.1 总结  60-61
  5.2 展望  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
个人简历  66

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 输配电工程、电力网及电力系统 > 输配电技术 > 输电制度 > 直流制输电
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