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基于IGCT的新型智能固态断路器仿真与设计

作　者: 张志强
导　师: 吕玉祥
学　校: 太原理工大学
专　业: 物理电子学
关键词: 固态断路器集成门极换向晶闸管柔性交流输电系统 DSP PSIM仿真
分类号: TM561
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 214次
引　用: 2次
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内容摘要

随着现代化工业的深入发展,用户对配电系统的要求不断提高,尤其是一些新型电力敏感负荷对电能暂态质量的可靠性、可控性提出了更高的要求。而现有配电网中大量使用的机械式断路器因受其自身物理结构的制约,其操动机构动作时不仅伴随着噪声和弧光,而且开断时间长,难以满足一些电力用户对电流开断的速动性要求。因此,基于电力电子开关器件的固态断路器(SSB)因其卓越的电流关断性能使其自问世以来便引起广泛的关注。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。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-16
  1.1 固态断路器研究的背景  10-13
    1.1.1 电力电子开关器件的发展  10-12
    1.1.2 柔性交流输电系统的发展  12-13
  1.2 固态断路器研究现状及意义  13-15
    1.2.1 国内外固态断路器技术的发展  13-14
    1.2.2 新型智能固态断路器研究的意义  14-15
  1.3 本文的主要工作  15-16
第二章 IGCT的特性及其仿真建模  16-31
  2.1 IGCT的结构和工作原理  16-17
    2.1.1 IGCT的基本结构  16
    2.1.2 IGCT的开通和关断机理  16-17
  2.2 适用于电路仿真的 IGCT模型选择  17-20
    2.2.1 半导体器件的仿真方法  18-19
    2.2.2 仿真软件的选取  19-20
  2.3 IGCT模型结构与参数  20-25
    2.3.1 开通和关断延时模拟电路  20-21
    2.3.2 开通和关断稳态模拟电路  21-22
    2.3.3 开通暂态模拟电路  22-23
    2.3.4 关断暂态过程模拟  23-24
    2.3.5 模型参数计算结果  24-25
  2.4 IGCT功能模型的测试  25-30
    2.4.1 IGCT测试电路参数设计  26-27
    2.4.2 IGCT功能模型测试结果  27-30
  2.5 小结  30-31
第三章新型固态断路器的设计分析  31-42
  3.1 新型固态断路器的应用分析  31-32
  3.2 新型固态断路器系统总体结构  32-33
  3.3 新型固态断路器开关主体的设计分析  33-38
    3.3.1 电力电子开关器件的选择  33-35
    3.3.2 开关主体拓扑结构设计  35-36
    3.3.3 开关主体的控制策略  36-38
  3.4 新型固态开关主体的仿真与结果分析  38-41
    3.4.1 单相固态断路器的仿真  38-39
    3.4.2 开关主体三相电路仿真  39-41
  3.5 小结  41-42
第四章固态断路器智能控制系统硬件设计  42-52
  4.1 硬件总体设计  42
  4.2 数字信号处理子系统硬件设计  42-48
    4.2.1 模拟信号采集模块  43-45
    4.2.2 过流故障检测模块  45-47
    4.2.3 锁相环模块  47-48
  4.3 人机交互子系统硬件设计  48-51
    4.3.1 控制核心模块  49
    4.3.2 外围模块  49-50
    4.3.3 通信模块  50-51
  4.4 小结  51-52
第五章固态断路器智能控制系统软件设计  52-59
  5.1 系统软件总体设计  52-53
  5.2 人机交互子程序设计  53-54
  5.3 模拟信号采集子程序设计  54-55
  5.4 数字信号处理子系统算法分析  55-57
    5.4.1 有效值算法分析  55-56
    5.4.2 信号零点算法分析  56-57
  5.5 小结  57-59
第六章结论语  59-60
参考文献  60-64
附录1  64-65
附录2  65-66
附录3  66-67
附录4  67-68
致谢  68-69
攻读研究生期间发表过的论文  69

基于IGCT的新型智能固态断路器仿真与设计

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