学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于ETO的固态断路器及控制系统的研究与设计

作　者: 刘晓婧
导　师: 孙莹
学　校: 山东大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 固态断路器发射极关断晶闸管电力电子控制系统
分类号: TM561
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 129次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

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(SSCB)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。由于其开断速度快,一般都在几个微秒的时间范围之内完成开断。具有高速的开关特性和极为方便的控制能力,瞬时、高频、低损耗和高安全性的特性,尤其是应用在电力系统中时,能够保证重要用户供电电源的迅速投切、限制合闸电流等,有效解决冲击性负荷给电力系统带来的冲击,提高了配电网的可靠性和安全性。而且由于不存在开关断口,从根本上消除了由断口电弧带来的一系列问题,无触点,无电弧,只要使用得当其寿命几乎是“无限”的。发射极关断晶闸管(ETO)是美国乔治那技术学院电力电子系统中心2003年研制的,是世界上容量最大的MOS控制型电力电子器件。它可看成是GTO的改良版,由GTO和MOSFET混合而成,因此既秉承了GTO的大功率特性,也改善了其开关能力和控制特性,是满足高性能电能变换技术要求的新型大功率电力电子器件。通过特殊结构实现的单位增益关断技术大大改善了ETO的关断特性,提高了工作频率,增大了安全工作范围,同时使它更易于串并联使用。在不久的将来,ETO有望取代晶闸管和GTO成为大功率电力电子应用领域中的主流器件。利用发射极关断晶闸管(ETO)制作固态断路器,可以解决别的电力电子器件做固态断路器所带来的技术难点,例如,均流、均压、通态损耗,动态过载与换流等。ETO良好的性能特点能够有效的避免或者缓解上述技术难点。基于ETO的固态断路器其工作特性是关断速度快,关断大电流的能力强,通态损耗低,而且结构简单,因此,在电力系统中具有很广阔的应用前景。本论文主要完成了以下几方面的工作：1)在介绍GTO和功率MOSFET开关特性的基础上,分析了ETO的结构和工作原理以及ETO的等效电路模型。得出结论：ETO集合了GTO和功率MOSFET的优点,基于ETO的固态断路器性能一定优于其他的固态断路器。2)本文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,并详细阐述了固态断路器在电能质量控制技术中的应用。3)完成了智能控制系统的硬件和软件设计,分别对硬件关键模块和软件程序进行了论述。

全文目录

目录  4-7
CONTENTS  7-10
摘要  10-12
ABSTRACT  12-14
第一章绪论  14-22
  1.1 固态断路器研究的背景  14-17
    1.1.1 电力电子技术的发展  14-16
    1.1.2 电力电子器件的发展  16-17
  1.2 固态断路器研究现状及意义  17-21
    1.2.1 国内外固态断路器技术的发展  18-20
    1.2.2 从FACTS技术看固态断路器的发展  20-21
    1.2.3 新型智能固态断路器研究的意义  21
  1.3 本文的主要工作  21-22
第二章电力电子器件  22-41
  2.1 可关断晶闸管  22-26
    2.1.1 可关断晶闸管的结构  22-23
    2.1.2 可关断晶闸管的工作原理  23-24
    2.1.3 可关断晶闸管的特性  24-26
    2.1.4 可关断晶闸管的主要参数  26
  2.2 功率场效应晶体管  26-33
    2.2.1 功率场效应晶体管的结构  26-27
    2.2.2 功率场效应晶体管的工作原理  27-28
    2.2.3 功率场效应晶体管的特性  28-32
    2.2.4 功率场效应晶体管的主要参数  32-33
  2.3 发射极关断晶闸管(ETO)  33-40
    2.3.1 ETO的基本结构与工作原理  33-35
    2.3.2 ETO的主要工作特性  35-36
    2.3.3 ETO的串并联运行  36-37
    2.3.4 ETO的等效电路模型  37-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章基于ETO的固态断路器研究与设计  41-51
  3.1 固态断路器的分类  41-42
    3.1.1 电子断路器  41-42
    3.1.2 混合型断路器  42
  3.2 基于ETO的固态断路器模型  42-45
    3.2.1 固态断路器的工作原理  42-43
    3.2.2 基于ETO的固态断路器模型  43-45
  3.3 基于ETO的固态断路器的应用分析  45-46
  3.4 基于ETO的固态断路器的系统总体结构  46-48
  3.5 基于ETO的固态断路器开关主体的设计分析  48-50
    3.5.1 电力电子开关器件的选择  48-49
    3.5.2 开关主体的控制策略  49-50
  3.6 本章小结  50-51
第四章固态断路器智能控制系统设计  51-63
  4.1 硬件设计  51-55
    4.1.1 硬件总体设计  51
    4.1.2 中央处理模块(CPU)  51-52
    4.1.3 A\D转换模块  52-53
    4.1.4 通讯模块  53-55
    4.1.5 人机交互模块  55
  4.2 软件设计  55-62
    4.2.1 数据采集子程序设计  55-56
    4.2.2 数据处理子程序设计  56-57
    4.2.3 数据处理子程序算法分析  57-60
    4.2.4 逻辑判断子程序设计  60-61
    4.2.5 人机交互子系统设计  61
    4.2.6 通讯子系统软件设计  61-62
  4.3 本章小节  62-63
第五章结论与展望  63-65
  5.1 结论  63-64
  5.2 展望  64-65
附录  65-69
参考文献  69-72
致谢  72-73
攻读学位期间发表(录用)的论文目录  73-74
学位论文评阅及答辩情况表  74

基于ETO的固态断路器及控制系统的研究与设计

内容摘要

全文目录

相似论文