大容量電力電子分布式控制系統(tǒng)關鍵技術研究.pdf

1、隨著電力電子器件技術、信息和控制技術的日益進步，智能化、模塊化、中高壓、大容量、高功率密度、高可維護性和高可靠性是現(xiàn)代電力電子變流技術的一個重要發(fā)展方向。對于我國未來的航母與大型艦船來說，電力推進系統(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級到數(shù)百 MW級）的電力電子變流裝置，然而在這些變流裝置中，由于功率開關器件、控制變量以及反饋變量等的數(shù)目都非常多，若采用傳統(tǒng)的集中式控制架構和控制方式，會使得系統(tǒng)

2、不具備模塊化功能，電磁自兼容性較差，通用性差，難以對控制系統(tǒng)進行重新配置，且大量的點對點通訊和內部的連接線，直接導致了系統(tǒng)的可靠性和可維護性差，控制系統(tǒng)和通信結構會變得更加復雜，不利于電力電子變流器系統(tǒng)的模塊化、分布式、可靠性、可維護性和智能化程度的改善，因此在該方面存在一些關鍵技術問題迫切需要解決。本文以24MVA級十五相推進變頻器為主要研究對象，分析和研究一種高速光纖環(huán)網通信的變流器分布式控制系統(tǒng)，主要對這種基于高速光纖環(huán)網通信的十

3、五相推進變頻器分布式控制系統(tǒng)的相關關鍵技術問題進行研究。
　　根據十五相推進變頻器的空間分布特性，對變頻器的功率級和控制級進行了模塊劃分，并建立了一種基于傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網通信的十五相推進變頻器分布式控制系統(tǒng)。對這種環(huán)網通信用硬件控制器的功能進行了詳細的分析與設計，并根據十五相推進變頻器的工作特點，制定了一種適用于這種高速光纖環(huán)網通信的通信協(xié)議。
　　針對傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網存在著固有的網絡延時問題，詳細分析了環(huán)網通信拓撲中單橋臂

4、網絡延時和串行橋臂網絡延時對輸出電壓諧波的影響，仿真結果驗證了理論推導的正確性，為解決環(huán)網通信分布式拓撲結構中的同步問題提供了理論依據。根據傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網通信的特點，提出了一種系統(tǒng)同步延時自動測量和補償?shù)姆椒ǎ梢愿鶕鞴?jié)點之間光纖線長度的不同，自動計算出系統(tǒng)數(shù)據和命令信息通過每個節(jié)點的處理延時，通用性高，且通信協(xié)議和軟件編程簡單，并通過實驗驗證了該方法的正確性和可行性。
　　針對傳統(tǒng)高速光纖環(huán)網通信中網絡延時較大，網絡數(shù)據需要

5、經過每一從節(jié)點的轉發(fā)，且其已有的同步方法存在著同步延時和誤差積累的問題，本文提出了一種新穎的可切換式高速光纖環(huán)網通信拓撲結構，分析了這種拓撲結構的工作模式和同步延時模型，并提出了一種適用于該種網絡拓撲的高性能同步方法，其同步精度可達到8ns，且不存在有同步誤差積累的問題。
　　針對已有SPWM（正弦脈沖寬度調制）逆變器中的窄脈沖補償技術會影響電機起動和低速性能，增加電機的轉矩脈動，本文提出了一種SPWM調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償方法，可以有效的提高電機的低速性能和減小電機的轉矩脈動。此外，經試驗研究發(fā)現(xiàn)，在變流器的某種工況下，死區(qū)時間的引入造成了IGBT的開通和關斷時間拉長的現(xiàn)象。本文對這種現(xiàn)象的產生機理進行了詳細的理論分析與試驗驗證，可為電力電子工程研究人員對電力電子變流器系統(tǒng)死區(qū)補償?shù)难芯刻峁﹨⒖?，同時也為日益發(fā)展的有源門極驅動技術提供了理論依據。
　　最后，將本文研究的相關技術應用到十五相推進變頻器分布式控