FBG传感器在柔性直流输电系统中的应用研究

发布时间：2020-03-27 00:34

【摘要】：光纤光栅作为典型的光无源器件,由于其具备体积小、重量轻、抗电磁干扰等优势。目前,在航空航天、土木建筑、电力系统、医学等领域得到广泛应用,越来越受到人们的关注。本文详细介绍了光纤光栅的发展历程、传感原理、复用技术以及国内外常用的解调技术,重点分析了基于扫描半导体激光器解调技术和体光栅解调技术。近年来柔性直流输电作为新一代输电技术,在新能源并网和直流输电网中的应用越来越广泛。换流阀是柔性直流输电系统的核心设备,引起换流阀故障因素有很多,其中最重要的是换流阀工作温度过高,导致柔性直流输电系统的停运,甚至引发重大安全事故。因此,换流阀温度的实时监测显得非常重要,由于该模块处于强电磁场环境,这对传感器以及系统提出了更高的要求。传统的电磁传感器已经不能满足其需求,因此本文提出一种基于光纤光栅温度传感器在线监测换流阀模块的新思路。本文设计了基于FBGA解调模块的解调系统,该系统包括波长解调硬件模块和上位机软件模块。其中,硬件设备包括核心模块FBGA解调仪以及其外围器件宽带光源、环形器、耦合器等器件,并搭建解调系统验证设备的工作性能。设计了基于LabVIEW的上位机软件,针对客户需求实现了数据获取、数据处理、数据存储以及用户界面设计等功能的分析与设计。本文通过监测散热器温度最大值点以及出水口水温,以此获知换流阀模块工作状态。首先通过工程实验,验证散热器温度分布,找出温度最大值点,为传感器的埋设位置奠定基础。其次,设计了散热器表面以及出水管螺母处埋设光纤光栅传感器的具体方案。利用参数法,通过获取电气参数反演温度值,推算出芯片温度最高达102℃,为后续光纤光栅实时温度监测提供参考依据。最后,根据工程要求,对芯片施加不同的功率,分析散热器壳温与出水口温度变化规律,可知两者温度差值在0.6~1.2℃之间。由于散热器壳温与出水口水温,温度相差较小在可接受范围,对比两种方案的实施难度,螺母处刻槽更能保护换流阀模块的完整性,减少对其工作性能的影响。因此监测出水口水温的方案更具有推广价值。本文依托厦门鹭岛±320KV柔性直流输电站示范工程,设计了一套基于光纤光栅传感器的温度在线监测系统,用于实时监测换流阀模块的温度状态。目前,该系统已上工程使用,长期运行测量精度可达±1℃。该系统将为工程应用提供最直接的监控措施,很大程度上提高换流阀的可靠性,使我国在监测柔性直流输电系统工程的安全运行方面取得了很大的进步。
【图文】：

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新的解决方案，是构建智能电网的重要技术手段[心设备。换流阀设备一旦出现故障，不仅会导致事故，例如：加载功率过高，造成 IGBT 结温急电系统瘫痪[26]。因此，开展柔性直流输电换流阀性，降低事故发生率，已成为一个重要课题。的测量方式有很多种，其中参数法是比较传统的实用性、可靠性、安全性等各个方面表现出更大换流阀的应用可行性进行简单讨论。如图1-1所示一个由MOSFET驱动的BJT管。因此，，在结构与MP+衬底，而MOSFET是N+衬底。

示意图,拟合,示意图,结温

121 0011500( ( ))( )cece ce e ceIGBT TceT cV K I KT KK I += (1-Tce1K 、ce0K 、ce1K 、Tce0K 均为拟合系数，ceV 可以由监测板测量得到，cI 等价于导通时的桥臂电流I 。利用 Matlab 仿真工具将所测实际 IGBT 数据进行拟合，得到了一个多项式，其中结温最高次为 1 次，电流最高次为 2 次，可以达到 95%的信赖系数，如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM721.1

【参考文献】