基于MMC拓扑的HVDC系统物理控制器设计

发布时间：2017-10-12 19:53

  本文关键词：基于MMC拓扑的HVDC系统物理控制器设计

  更多相关文章： 柔性直流输电 换流器控制器 换流阀控制器 控制器硬件平台 SRIO协议 电磁兼容设计

【摘要】：随着我国直流工程的大量建设,基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMC-HVDC)因输出波形质量高、响应速度快等优势,近年来应用逐渐增多。作为柔性直流输电工程核心的换流器,从低压小容量发展到目前的±350kV高压、1000MW容量,还有向更高母线电压更大容量发展的需求,这就对换流器控制设备提出了更高要求。本课题正是顺应这样的发展趋势,在分析被控对象特性的基础上,结合工程需求,对MMC拓扑的HVDC系统物理控制器展开研发设计工作,开发出工程用换流器及换流阀控制器硬件平台。本文首先概述了由半桥结构子模块组成的换流器的拓扑结构,然后对基于全控开关器件换流器的换流工作原理、电磁暂态数学模型进行分析,总结出适用于MMC控制器硬件平台的功能需要和性能指标要求。根据指标和实际工程需要,结合控制系统分层设计思想,构建了MMC-HVDC系统物理控制器的多级冗余架构,重点设计完成了换流器控制器和换流器阀级控制器的硬件架构,并给出背板加插卡式子板的控制器具体实现形式。在分析工程对主控设备运算控制、设备连接、数据通讯等指标要求的基础上,结合控制器硬件架构,设计完成了8种功能板卡,实现了控制器硬件平台的搭建。本文从电路结构、元件选型方面入手,介.绍了板卡的电路设计。通过对控制器底层通讯特点的分析,采用实时性高的SRIO作为点对点通讯协议,并在主控板IC间通讯上进行了应用验证。本文最后从环境条件、机械强度、电磁兼容三个方面对控制器可靠性要求进行分解研究,开展了控制器硬件可靠性的设计改进工作,并使控制器达到了相应的指标。设计完成的控制器硬件平台在取得型式试验报告后,已经应用在相关工程中,得到了充分的实践检验。
【关键词】：柔性直流输电 换流器控制器 换流阀控制器 控制器硬件平台 SRIO协议 电磁兼容设计
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP273
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 课题背景介绍12-14
• 1.2 课题的研究意义14-15
• 1.3 MMC-HVDC国内外研究及应用现状15-18
• 1.3.1 国内外研究现状15-16
• 1.3.2 国内外工程应用现状16-18
• 1.4 论文主要工作及结构安排18-20
• 第二章 MMC-HVDC系统的控制需求20-38
• 2.1 引言20
• 2.2 MMC拓扑结构的控制需求20-22
• 2.3 MMC工作原理及模型22-27
• 2.3.1 MMC子模块工作原理及控制方式22-23
• 2.3.2 三相MMC运行原理及控制需求23-25
• 2.3.3 MMC数学模型25-27
• 2.4 MMC-HVDC控制系统分层27-33
• 2.4.1 换流器级控制层及其控制功能27-31
• 2.4.2 换流器阀级控制层及其控制功能31-33
• 2.4.3 换流器子模块级控制及其控制功能33
• 2.5 MMC-HVDC系统的调制方式33-36
• 2.5.1 载波移相脉宽调制及其硬件平台需求34-35
• 2.5.2 最近电平逼近调制及其硬件平台需求35-36
• 2.6 本章小结36-38
• 第三章 MMC-HVDC系统控制器硬件平台架构及实现38-70
• 3.1 引言38
• 3.2 系统控制器硬件平台架构38-42
• 3.2.1 系统控制器硬件平台38-40
• 3.2.2 换流器控制器硬件架构40-41
• 3.2.3 换流阀控制器硬件架构41-42
• 3.3 系统物理控制器功能板卡介绍42-61
• 3.3.1 背板42-45
• 3.3.2 主控板45-48
• 3.3.3 通讯板48-51
• 3.3.4 高速运算板51-53
• 3.3.5 数字量输入输出板53-55
• 3.3.6 模拟量采集板55-57
• 3.3.7 录波板57-59
• 3.3.8 脉冲板59-61
• 3.4 控制器部分电路设计说明61-69
• 3.4.1 背板同步时钟源61-62
• 3.4.2 主控板DSP电路62-66
• 3.4.3 主控板FPGA与DSP连接电路66-67
• 3.4.4 低速光纤接口电路67-69
• 3.5 本章小结69-70
• 第四章 控制器底层通讯70-82
• 4.1 引言70
• 4.2 通讯协议选择及简介70-71
• 4.3 SRIO协议的消息传递实现71-74
• 4.4 控制器板卡SRIO通讯实现74-79
• 4.5 本章小结79-82
• 第五章 控制器硬件平台可靠性及EMC设计82-94
• 5.1 引言82
• 5.2 控制器硬件平台可靠性要求及实现82-85
• 5.2.1 环境条件82
• 5.2.2 机械强度82-83
• 5.2.3 磁兼容83-85
• 5.3 控制器板级电磁兼容设计85-88
• 5.3.1 板卡EMS设计优化85-86
• 5.3.2 板卡EMI设计优化86-88
• 5.4 控制器机箱电磁屏蔽设计88-91
• 5.5 本章小结91-94
• 第六章 结论与展望94-96
• 6.1 结论94
• 6.2 展望94-96
• 参考文献96-100
• 致谢100-102
• 研究成果及发表的学术论文102-104
• 专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书104-105

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