MMC-VSC-HVDC系统环形网络控制技术的研究

摘要

随着新能源的开发与应用，柔性直流输电系统得到迅速的发展，这种具有很多优势的输电方式，解决了以往的输电中存在的诸多问题，因此它将对新能源分布式发电系统带来巨大的影响，同时也为智能电网的发展奠定良好的基础。MMC-VSC-HVDC系统的控制是柔性直流输电的关键问题之一，研究先进的控制策略和高速控制器迫在眉睫。因为MMC变换器和控制器之间由于存在数量众多并行光纤控制线路、加上目前MMC没有统一的标准、控制线路过于复杂和造价过高，所以开展了基于PEBB新型MMC变换器的控制技术研究，同时，研发出了符合PEBB技术标准的MMC模块，称之为MPB模块。对于MPB模块的设计，从理论研究、仿真和设计都提出了非常严谨的理论思路和设计方案，取得的研究成果主要由以下几个方面:
　　首先，提出了基于PEBB的MMC变换器控制系统构架，简称MMC-PEBB框架。PEBB是基于高速光纤为载体，以MMC中每个SM作为节点，构成环形网络的一种串行控制技术。这种控制技术在满足控制速度和同步的要求下，能够使控制结构简化、节省大量昂贵的高速光纤，大大降低VSC-HVDC系统的成本。在此框架基础上，又进行了双环型网络的拓扑结构研究，来提高系统控制的可靠性;同时给出了基于PEBB的环形网络的通信协议(MMC_PEBBNet)，完善了整个MMC_PEBB控制系统构架。
　　其次，提出了新型的MMC控制算法，即滞回窗口DPWM技术。采用滞回窗口技术使得PWM的占空比为50％，达到了最优控制，增大了IGBT的导通时间，减小了IGBT的开关损耗。同时将滞回窗口技术应用到排序均压的控制算法中，减小了IGBT的开关次数，即降低了IGBT的动作频率，也再次降低了IGBT的损耗，这个新的控制算法在仿真和FPGA的运行中获得了成功。
　　最后，研制出了满足PEBB网络的FPGA控制器。为了达到控制的实时性，必须设计出高速的光网络，采用SFP的光模块通信成为必然，利用光模块的小功率、热插拔功能、抗干扰能力强和速度快等优点，研制出以FPGA为核心的具有4路光网络的控制器。

目录

摘要

1 绪论

1．1 VSC-HVDC的发展

1．2 MMC的发展

1．3 PEBB的发展

1．3．1 PEBB的基本结构

1．3．2 PEBB通讯接口的划分

1．3．3 PEBB通讯接口的实现

1．4 课题选题意义和MPB提出

1．5 本章小结

2 MPB阀级控制算法的研究

2．1 各种阀体调制及其均压算法

2．1．1 DPWM调制和均压算法

2．1．2 最近电平逼近调制和均压算法

2．1．3 三角载波移相PWM调制和均压算法

2．2 滞回窗口DPWM均压算法

2．3 本章小结

3 MPB网络设计

3．1 网络设计

3．1．1 网络拓扑结构

3．1．2 MPB网络拓扑结构

3．2 网络同步设计

3．2．1 同步的定义

3．2．2 MPB的网络同步设计

3．3 MPB光网络SFP设计

3．4 本章小结

4 MPB阀级控制的设计

4．1 MPB的正弦波设计

4．1．1 正弦波信号的产生

4．1．2 正弦波信号的预处理

4．2 MPB的调制设计

4．2．1 三角载波产生

4．2．2 滞回窗口DPWM

4．3 MPB的排序均压设计

4．3．1 常用的排序均压控制算法

4．3．2 滞回窗口排序均压控制算法

4．4 MPB的仿真

4．5 本章小结

5 MPB控制器的设计

5．1 控制器设计

5．2 光以太网设计

5．3 FPGA加载方式

5．4 控制器电源设计

5．5 控制器时钟设计

5．6 复位和显示电路设计

5．7 EEPROM设计

5．8 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

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