轻型直流输电中基于FPGA的多电平换流器控制系统研究

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1、湖南大学硕士学位论文轻型直流输电中基于FPGA的多电平换流器控制系统研究姓名：王伟申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：张志文20100414轻型直流输电中基于FPGA的多电平换流器控制系统研究摘要轻型直流输电(HVDCLi曲t)是解决新能源并网、局域网内部互联、改善电网质量的一种新型输电方式。随着电力电子技术的不断发展，IGBT、IGCT、GTO等大功率器件的电压等级和容量不断提高，使得利用自关断器件构成的电压源型换流器(VoltageSourcedConverters，VSC)在轻型直流输电中得到日益广泛的应用。传统的轻型高压直流输电系统

2、采用两电平换流器，存在交流侧谐波较大、器件需要串联、幽／衍电应力大等问题。多电平换流器是解决这些问题的有效方法，是今后高压大功率系统中换流器选择的主要方案。因此研究HVDCLi曲t中多电平换流器结构及其控制器具有非常重要的意义。本文主要内容如下：首先介绍了HVDCLight的国内外研究现状和发展趋势，阐述了多电平换流器的主要结构和应用领域，介绍了电力电子控制技术的现状和发展方向。分析了HVDCLi曲t的原理和控制策略以及正弦脉宽调制(SPWM)的原理及其实现方法。其次重点研究了基于多电平换流器的轻型直流输电系统的原理和控制策略。对二极管箝位式三电

3、平VSC换流器结构及原理进行了详细的分析。建立了基于三电平VSC换流器的轻型直流输电系统MATLAB仿真模型，采用整流侧定直流电压、逆变侧定交流电压的控制策略，对系统进行了仿真研究，结果证明了控制策略的有效性和三电平VSC结构的优越性。接着研究了数字化SPWM实现原理，对比分析了自然采样法与规则采样法数字化实现的优缺点，分析了数字化SPWM控制器在多电平结构中的实现方案。最后提出了基于现场可编程门阵列(FieldProgramttmbleGateArray，FPGA)的多电平VSC控制器总体方案，设计并实现了了基于FPGA的数据采集单元、全数字锁

4、相环模块、多路数字化sPwM模块，以及各种逻辑控制电路。重点研究了基于FPGA的全数字锁相环频率跟踪技术和数字化SPwM实现技术。仿真和实验结果验证了系统设计的正确性和可行性，所设计的全数字锁相环具有锁频精度高、跟随速度快等特点。关键词：轻型直流输电；’电压源型换流器；多电平换流器；SPwMIlAbstractHVDCLightisanewtypeofpowertransmission，whichcancommendablvsolVetheproblemssuchashowtomergethenewenergyintogrid，tointerco

5、nnectthe10calgridandtoimproVethepowerqua“ty．、聃ththedevelopmentofpowerelectronictechnology，theVoltagegradeandcapacityofthehigh．powerdevice1mproVecontlnuously，suchasIGBT，GTOandIGCT．Thus，VbltageSourceConVerters(VSC)whichmakesuseoftheself．turn—offcomponentsiswidelyusedinHVDCLight

6、．naditionalHVDCLightsystemsadoptedtwo．1evelvoltagesourceconverters．IthasmanydisadVantages．Forinstance，thereare1argerharmonicsinthesideofAC．thedeViceneedstobeinseriesandthec玩／班istoobig．MultilevelconverterisanettectlVewaytosolVetheseproblemsaboVe．Anditwillbethemainprogramintheh

7、lgh。Voltageandhigh。powersystem．Therefore，studyingthestructureandcontrollerofthemultiIeVelconVerterinHVDCLightisofgreatimportance．Thispaperincludsthef．0110wingaspects：Firstly，thispaperintroducestheresearchstatusathomeandabroadandthedeVelopmenttrendofHVDCLight．Besides，itinterpr

8、etsthemainstructureandapplicationfieldofmultileVelconverter．Inadditi