基于DSP和CPLD的轻型直流输电动态模拟换流控制系统的研究与设计

摘要

传统的高压直流输电普遍采用晶闸管和移相换流技术，晶闸管是只具有控制接通、无自关断能力的半控型器件，在换相过程中，需要外部电网提供换相电压，由于存在延迟角a和熄弧角γ的存在，因此需要消耗大量的无功功率，这需要大量的无功补偿装置和滤波设备，当受端电网比较弱时，容易发生换相失败，此外还存在换流电压谐波含量高、功率指标低、不能向无源网络(如孤立负荷)输送电能等缺点。 轻型直流输电（VSC-HVDC）作为高压直流输电的发展和创新，采用了自换相电压源换流器。克服了传统直流输电的一些缺点。 本文主要从以下几个方面进行了研究： （1）在分析稳态状况下VSC与所联交流网络之间功率变换关系的基础上，建立了适用于VSC-HVDC联结两个交流有源网络的稳态数学模型，该模型确定了VSC-HVDC中有功、无功、直流电压、直流电流等被控量与VSC的控制量之间的约束关系。根据它们之间的约束关系，制定了满足不同功能要求的控制策略，依据这些控制策略设计了具体的VSC-HVDC控制系统。对于SPWM控制作了深入研究，并且对几种常见的故障进行了分析，并提出了相应的保护策略。 （2）利用DSP作为数据采集器以及算法控制器搭建了主控制电路，选用IGBT搭建换流桥，并用CPLD作为换流桥的驱动与控制系统，与DSP配合进行换流系统的控制。并且设计了各个部分的电路模块。 （3）在给出具体控制系统的基础之上，详细的分析了CPLD部分的功能，包括与DSP的通信，脉冲发生器的设计，故障检测功能等，并用程序实现这些功能。