本文關(guān)鍵詞：基于MMC拓撲的HVDC系統(tǒng)物理控制器設(shè)計

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【摘要】：隨著我國直流工程的大量建設(shè),基于模塊化多電平換流器的高壓直流輸電(MMC-HVDC)因輸出波形質(zhì)量高、響應(yīng)速度快等優(yōu)勢,近年來應(yīng)用逐漸增多。作為柔性直流輸電工程核心的換流器,從低壓小容量發(fā)展到目前的±350kV高壓、1000MW容量,還有向更高母線電壓更大容量發(fā)展的需求,這就對換流器控制設(shè)備提出了更高要求。本課題正是順應(yīng)這樣的發(fā)展趨勢,在分析被控對象特性的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程需求,對MMC拓撲的HVDC系統(tǒng)物理控制器展開研發(fā)設(shè)計工作,開發(fā)出工程用換流器及換流閥控制器硬件平臺。本文首先概述了由半橋結(jié)構(gòu)子模塊組成的換流器的拓撲結(jié)構(gòu),然后對基于全控開關(guān)器件換流器的換流工作原理、電磁暫態(tài)數(shù)學(xué)模型進行分析,總結(jié)出適用于MMC控制器硬件平臺的功能需要和性能指標要求。根據(jù)指標和實際工程需要,結(jié)合控制系統(tǒng)分層設(shè)計思想,構(gòu)建了MMC-HVDC系統(tǒng)物理控制器的多級冗余架構(gòu),重點設(shè)計完成了換流器控制器和換流器閥級控制器的硬件架構(gòu),并給出背板加插卡式子板的控制器具體實現(xiàn)形式。在分析工程對主控設(shè)備運算控制、設(shè)備連接、數(shù)據(jù)通訊等指標要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合控制器硬件架構(gòu),設(shè)計完成了8種功能板卡,實現(xiàn)了控制器硬件平臺的搭建。本文從電路結(jié)構(gòu)、元件選型方面入手,介.紹了板卡的電路設(shè)計。通過對控制器底層通訊特點的分析,采用實時性高的SRIO作為點對點通訊協(xié)議,并在主控板IC間通訊上進行了應(yīng)用驗證。本文最后從環(huán)境條件、機械強度、電磁兼容三個方面對控制器可靠性要求進行分解研究,開展了控制器硬件可靠性的設(shè)計改進工作,并使控制器達到了相應(yīng)的指標。設(shè)計完成的控制器硬件平臺在取得型式試驗報告后,已經(jīng)應(yīng)用在相關(guān)工程中,得到了充分的實踐檢驗。
【關(guān)鍵詞】：柔性直流輸電 換流器控制器 換流閥控制器 控制器硬件平臺 SRIO協(xié)議 電磁兼容設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP273
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題背景介紹12-14
• 1.2 課題的研究意義14-15
• 1.3 MMC-HVDC國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-16
• 1.3.2 國內(nèi)外工程應(yīng)用現(xiàn)狀16-18
• 1.4 論文主要工作及結(jié)構(gòu)安排18-20
• 第二章 MMC-HVDC系統(tǒng)的控制需求20-38
• 2.1 引言20
• 2.2 MMC拓撲結(jié)構(gòu)的控制需求20-22
• 2.3 MMC工作原理及模型22-27
• 2.3.1 MMC子模塊工作原理及控制方式22-23
• 2.3.2 三相MMC運行原理及控制需求23-25
• 2.3.3 MMC數(shù)學(xué)模型25-27
• 2.4 MMC-HVDC控制系統(tǒng)分層27-33
• 2.4.1 換流器級控制層及其控制功能27-31
• 2.4.2 換流器閥級控制層及其控制功能31-33
• 2.4.3 換流器子模塊級控制及其控制功能33
• 2.5 MMC-HVDC系統(tǒng)的調(diào)制方式33-36
• 2.5.1 載波移相脈寬調(diào)制及其硬件平臺需求34-35
• 2.5.2 最近電平逼近調(diào)制及其硬件平臺需求35-36
• 2.6 本章小結(jié)36-38
• 第三章 MMC-HVDC系統(tǒng)控制器硬件平臺架構(gòu)及實現(xiàn)38-70
• 3.1 引言38
• 3.2 系統(tǒng)控制器硬件平臺架構(gòu)38-42
• 3.2.1 系統(tǒng)控制器硬件平臺38-40
• 3.2.2 換流器控制器硬件架構(gòu)40-41
• 3.2.3 換流閥控制器硬件架構(gòu)41-42
• 3.3 系統(tǒng)物理控制器功能板卡介紹42-61
• 3.3.1 背板42-45
• 3.3.2 主控板45-48
• 3.3.3 通訊板48-51
• 3.3.4 高速運算板51-53
• 3.3.5 數(shù)字量輸入輸出板53-55
• 3.3.6 模擬量采集板55-57
• 3.3.7 錄波板57-59
• 3.3.8 脈沖板59-61
• 3.4 控制器部分電路設(shè)計說明61-69
• 3.4.1 背板同步時鐘源61-62
• 3.4.2 主控板DSP電路62-66
• 3.4.3 主控板FPGA與DSP連接電路66-67
• 3.4.4 低速光纖接口電路67-69
• 3.5 本章小結(jié)69-70
• 第四章 控制器底層通訊70-82
• 4.1 引言70
• 4.2 通訊協(xié)議選擇及簡介70-71
• 4.3 SRIO協(xié)議的消息傳遞實現(xiàn)71-74
• 4.4 控制器板卡SRIO通訊實現(xiàn)74-79
• 4.5 本章小結(jié)79-82
• 第五章 控制器硬件平臺可靠性及EMC設(shè)計82-94
• 5.1 引言82
• 5.2 控制器硬件平臺可靠性要求及實現(xiàn)82-85
• 5.2.1 環(huán)境條件82
• 5.2.2 機械強度82-83
• 5.2.3 磁兼容83-85
• 5.3 控制器板級電磁兼容設(shè)計85-88
• 5.3.1 板卡EMS設(shè)計優(yōu)化85-86
• 5.3.2 板卡EMI設(shè)計優(yōu)化86-88
• 5.4 控制器機箱電磁屏蔽設(shè)計88-91
• 5.5 本章小結(jié)91-94
• 第六章 結(jié)論與展望94-96
• 6.1 結(jié)論94
• 6.2 展望94-96
• 參考文獻96-100
• 致謝100-102
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文102-104
• 專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書104-105

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2 朱丹;王家寧;朱s欐，

本文編號：1020584