基于IGCT的新型智能固态断路器仿真与设计

摘要

本文结合山西省电力公司相关项目的研究，提出一种10kV电压等级基于IGCT的新型智能固态断路器的实现方案。该系统开关主体部分由IGCT开关模块、门极驱动模块、保护模块及强力风冷装置等组成，智能控制系统部分由数据处理子系统和人机交互子系统组成，论文主要完成了以下几方面的工作: (1)在分析IGCT开关特性的基础上，利用电力电子仿真软件PSIM建立IGCT功能仿真模型结构，详细讨论了模型中关键参数的计算，并对其有效性进行了验证。 (2)根据固态断路器的应用分析，提出了新型固态断路器的整体设计方案，详细分析了主体开关的拓扑结构及其控制策略，并对设计方案进行了仿真研究和验证，结果表明其开断参数达到了设计要求，可为配电网络的正常运行提供可靠保障。 (3)完成了辅助控制系统的硬件和软件设计。分别对数据处理子系统与人机交互子系统中硬件关键模块和软件程序的设计进行了论述，并对其中的重要算法进行了理论分析。

目录

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声明

第一章　绪论

1.1固态断路器研究的背景

1.1.1电力电子开关器件的发展

1.1.2柔性交流输电系统的发展

1.2固态断路器研究现状及意义

1.2.1国内外固态断路器技术的发展

1.2.2新型智能固态断路器研究的意义

1.3本文的主要工作

第二章　IGCT的特性及其仿真建模

2.1 IGCT的结构和工作原理

2.1.1 IGCT的基本结构

2.1.2 IGCT的开通和关断机理

2.2适用于电路仿真的IGCT模型选择

2.2.1半导体器件的仿真方法

2.2.2仿真软件的选取

2.3 IGCT模型结构与参数

2.3.1开通和关断延时模拟电路

2.3.2开通和关断稳态模拟电路

2.3.3开通暂态模拟电路

2.3.4关断暂态过程模拟

2.3.5模型参数计算结果

2.4 IGCT功能模型的测试

2.4.1 IGCT测试电路参数设计

2.4.2 IGCT功能模型测试结果

2.5小结

第三章新型固态断路器的设计分析

3.1新型固态断路器的应用分析

3.2新型固态断路器系统总体结构

3.3新型固态断路器开关主体的设计分析

3.3.1电力电子开关器件的选择

3.3.2开关主体拓扑结构设计

3.3.3开关主体的控制策略

3.4新型固态开关主体的仿真与结果分析

3.4.1单相固态断路器的仿真

3.4.2开关主体三相电路仿真

3.5小结

第四章固态断路器智能控制系统硬件设计

4.1硬件总体设计

4.2数字信号处理子系统硬件设计

4.2.1模拟信号采集模块

4.2.2过流故障检测模块

4.2.3锁相环模块

4.3人机交互子系统硬件设计

4.3.1控制核心模块

4.3.2外围模块

4.3.3通信模块

4.4小结

第五章固态断路器智能控制系统软件设计

5.1系统软件总体设计

5.2人机交互子程序设计

5.3模拟信号采集子程序设计

5.4数字信号处理子系统算法分析

5.4.1有效值算法分析

5.4.2信号零点算法分析

5.5小结

第六章 结论语

参考文献

附录

致谢

攻读研究生期间发表过的论文