大容量電力電子分布式控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著電力電子器件技術(shù)、信息和控制技術(shù)的日益進(jìn)步，智能化、模塊化、中高壓、大容量、高功率密度、高可維護(hù)性和高可靠性是現(xiàn)代電力電子變流技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。對(duì)于我國(guó)未來的航母與大型艦船來說，電力推進(jìn)系統(tǒng)、大容量區(qū)域配電系統(tǒng)、高能武器系統(tǒng)等分系統(tǒng)中大都包含有大容量或超大容量（MW級(jí)到數(shù)百 MW級(jí)）的電力電子變流裝置，然而在這些變流裝置中，由于功率開關(guān)器件、控制變量以及反饋?zhàn)兞康鹊臄?shù)目都非常多，若采用傳統(tǒng)的集中式控制架構(gòu)和控制方式，會(huì)使得系統(tǒng)

2、不具備模塊化功能，電磁自兼容性較差，通用性差，難以對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行重新配置，且大量的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊和內(nèi)部的連接線，直接導(dǎo)致了系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性差，控制系統(tǒng)和通信結(jié)構(gòu)會(huì)變得更加復(fù)雜，不利于電力電子變流器系統(tǒng)的模塊化、分布式、可靠性、可維護(hù)性和智能化程度的改善，因此在該方面存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題迫切需要解決。本文以24MVA級(jí)十五相推進(jìn)變頻器為主要研究對(duì)象，分析和研究一種高速光纖環(huán)網(wǎng)通信的變流器分布式控制系統(tǒng)，主要對(duì)這種基于高速光纖環(huán)網(wǎng)通信的十

3、五相推進(jìn)變頻器分布式控制系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行研究。
　　根據(jù)十五相推進(jìn)變頻器的空間分布特性，對(duì)變頻器的功率級(jí)和控制級(jí)進(jìn)行了模塊劃分，并建立了一種基于傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網(wǎng)通信的十五相推進(jìn)變頻器分布式控制系統(tǒng)。對(duì)這種環(huán)網(wǎng)通信用硬件控制器的功能進(jìn)行了詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì)，并根據(jù)十五相推進(jìn)變頻器的工作特點(diǎn)，制定了一種適用于這種高速光纖環(huán)網(wǎng)通信的通信協(xié)議。
　　針對(duì)傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網(wǎng)存在著固有的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)問題，詳細(xì)分析了環(huán)網(wǎng)通信拓?fù)渲袉螛虮?/p>

4、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和串行橋臂網(wǎng)絡(luò)延時(shí)對(duì)輸出電壓諧波的影響，仿真結(jié)果驗(yàn)證了理論推導(dǎo)的正確性，為解決環(huán)網(wǎng)通信分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的同步問題提供了理論依據(jù)。根據(jù)傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網(wǎng)通信的特點(diǎn)，提出了一種系統(tǒng)同步延時(shí)自動(dòng)測(cè)量和補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ梢愿鶕?jù)各節(jié)點(diǎn)之間光纖線長(zhǎng)度的不同，自動(dòng)計(jì)算出系統(tǒng)數(shù)據(jù)和命令信息通過每個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理延時(shí)，通用性高，且通信協(xié)議和軟件編程簡(jiǎn)單，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的正確性和可行性。
　　針對(duì)傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網(wǎng)通信中網(wǎng)絡(luò)延時(shí)較大，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)需要

5、經(jīng)過每一從節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)，且其已有的同步方法存在著同步延時(shí)和誤差積累的問題，本文提出了一種新穎的可切換式高速光纖環(huán)網(wǎng)通信拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分析了這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作模式和同步延時(shí)模型，并提出了一種適用于該種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母咝阅芡椒椒?，其同步精度可達(dá)到8ns，且不存在有同步誤差積累的問題。
　　針對(duì)已有SPWM（正弦脈沖寬度調(diào)制）逆變器中的窄脈沖補(bǔ)償技術(shù)會(huì)影響電機(jī)起動(dòng)和低速性能，增加電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，本文提出了一種SPWM調(diào)制方式下的適用于分布式控制

6、系統(tǒng)的基于零序偏置量注入的三電平窄脈沖補(bǔ)償方法，可以有效的提高電機(jī)的低速性能和減小電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。此外，經(jīng)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在變流器的某種工況下，死區(qū)時(shí)間的引入造成了IGBT的開通和關(guān)斷時(shí)間拉長(zhǎng)的現(xiàn)象。本文對(duì)這種現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)的理論分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，可為電力電子工程研究人員對(duì)電力電子變流器系統(tǒng)死區(qū)補(bǔ)償?shù)难芯刻峁﹨⒖迹瑫r(shí)也為日益發(fā)展的有源門極驅(qū)動(dòng)技術(shù)提供了理論依據(jù)。
　　最后，將本文研究的相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到十五相推進(jìn)變頻器分布式控