大容量电力电子分布式控制系统关键技术研究

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1、分类号学号D200977258学校代码10487密级博士学位论文大容量电力电子分布式控制系统关键技术研究学位申请人：张成学科专业：电力电子与电力传动指导教师：马伟明教授答辩日期：2014年5月26日万方数据万方数据ADissertationSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophyinEngineeringKeyTechnologiesResearchinLargeCapacityPowerEle

2、ctronicsDistributedControlSystemCandidate:ZhangChengSpeciality:PowerElectronicsandElectricDriveSupervisor:Prof.MaWeimingHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2014万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明

3、引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

4、保密□，在年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据本文研究课题受到：国家自然科学基金面上项目：考虑分布式控制功能集成的大功率IGBT数字有源门极驱动相关技术研究（项目编号为：51177170）的资助。谨致谢意！万方数据万方数据华中科技大学博士学位论文摘要随着电力电子器件技术、信息和控制技术的日益进步，智能化、模块化、中高压、大容量、高功率密度、高可维护性和高可靠性是现代电力电子变流技术的一个重要发展方向。

5、对于我国未来的航母与大型舰船来说，电力推进系统、大容量区域配电系统、高能武器系统等分系统中大都包含有大容量或超大容量（MW级到数百MW级）的电力电子变流装置，然而在这些变流装置中，由于功率开关器件、控制变量以及反馈变量等的数目都非常多，若采用传统的集中式控制架构和控制方式，会使得系统不具备模块化功能，电磁自兼容性较差，通用性差，难以对控制系统进行重新配置，且大量的点对点通讯和内部的连接线，直接导致了系统的可靠性和可维护性差，控制系统和通信结构会变得更加复杂，不利于电力电子变流器系统的模块化、分布

6、式、可靠性、可维护性和智能化程度的改善，因此在该方面存在一些关键技术问题迫切需要解决。本文以24MVA级十五相推进变频器为主要研究对象，分析和研究一种高速光纤环网通信的变流器分布式控制系统，主要对这种基于高速光纤环网通信的十五相推进变频器分布式控制系统的相关关键技术问题进行研究。根据十五相推进变频器的空间分布特性，对变频器的功率级和控制级进行了模块划分，并建立了一种基于传统高速光纤环网通信的十五相推进变频器分布式控制系统。对这种环网通信用硬件控制器的功能进行了详细的分析与设计，并根据十五相推进变

7、频器的工作特点，制定了一种适用于这种高速光纤环网通信的通信协议。针对传统高速光纤环网存在着固有的网络延时问题，详细分析了环网通信拓扑中单桥臂网络延时和串行桥臂网络延时对输出电压谐波的影响，仿真结果验证了理论推导的正确性，为解决环网通信分布式拓扑结构中的同步问题提供了理论依据。根据传统高速光纤环网通信的特点，提出了一种系统同步延时自动测量和补偿的方法，可以根据各节点之间光纤线长度的不同，自动计算出系统数据和命令信息通过每个节点的处理延时，通用性高，且通信协议和软件编程简单，并通过实验验证了该方法的

8、正确性和可行性。I万方数据华中科技大学博士学位论文针对传统高速光纤环网通信中网络延时较大，网络数据需要经过每一从节点的转发，且其已有的同步方法存在着同步延时和误差积累的问题，本文提出了一种新颖的可切换式高速光纤环网通信拓扑结构，分析了这种拓扑结构的工作模式和同步延时模型，并提出了一种适用于该种网络拓扑的高性能同步方法，其同步精度可达到8ns，且不存在有同步误差积累的问题。针对已有SPWM（正弦脉冲宽度调制）逆变器中的窄脉冲补偿技术会影响电机起动和低速性能，增加电机的转矩脉动，本文提出了一种SPW