论文部分内容阅读
柔性直流输电技术是解决远距离输电或高压输电技术的重要手段,模块化多电平换流器(MMC)是柔性直流输电技术应用最广、效率最高、输出电能质量最好的变换器拓扑。随着碳化硅材料制作工艺的越发成熟,碳化硅功率器件为电力系统在大幅度降低开关损耗等技术方面的改进提供了实验基础。基于SiC的MMC变换器的研究与应用,是将SiC功率器件与基于MMC的柔性直流输电技术相结合,作为提高柔性直流输电系统的效率与寿命的重要技术手段。本文以SiC功率器件的精确建模与仿真为基础,将基于以太网的硬件协同仿真技术用于大型电力系统仿真,将利用共享内存实现仿真系统资源配置优化作为技术创新,设计基于SiC的MMC变换器仿真系统及其硬件电路,并依此设计基于AURORA的SiC-MMC变换器实时通讯系统及控制平台。主要研究内容如下:1.研究了Simscape模块库及其基本建模方法,提出了一种借助查表法实现数据拟合的参数化建模方法,实现碳化硅功率器件的精确建模与仿真。通过深入研究碳化硅功率器件的工作原理及导通特性,介绍了非线性可变电阻及非线性可变电容元件的具体建模方式,通过对比分析验证所建模型可用性与精确性。2.针对大型电力电子系统或复杂模型仿真时间过长的技术难题,利用自主设计的SiC功率器件仿真模型搭建SiC-MMC仿真系统。利用基于以太网及System Generator组件的FPGA硬件协同仿真技术实现基于SiC的MMC变换器系统的实时仿真,并基于共享内存实现仿真系统资源配置优化。3.围绕碳化硅功率开关器件和子模块控制器的选择问题以及针对系统主电路、功率器件驱动电路、AD采集电路、供电电路以及外围接口电路等主要硬件电路,并对比分析设计SiC-MMC的优势所在。将基于SiC的MMC变换器系统由仿真技术层面提高到实物层面,为后续的研究与应用提供实验平台。4.基于XILINX公司FPGA的GTP高速串行收发器、AXI4数据流协议与AURORA通讯协议设计SiC-MMC实时通讯系统,实现了模块控制器之间的1.25G光纤通讯系统。并以基于AURORA的SiC-MMC实时通讯系统设计实现基于AURORA的SiC-MMC控制平台及其控制策略。