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柔性直流输电网中高精度光纤光栅温度传感技术研究

柔性直流输电网中高精度光纤光栅温度传感技术研究

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作者：尤贺北京邮电大学

学位级别：硕士

近年,随着我国电力行业和通信系统成熟稳定的长足发展,柔性直流输电技术(VSC—HVDC)已经逐渐成为电力工程应用中的先进技术。但换流阀中IGBT组件温度过高,导致模块失效的现象屡见不鲜,因此,如何实时监测IGBT组件温度,并对其运行状态做... 详细信息

近年,随着我国电力行业和通信系统成熟稳定的长足发展,柔性直流输电技术(VSC—HVDC)已经逐渐成为电力工程应用中的先进技术。但换流阀中IGBT组件温度过高,导致模块失效的现象屡见不鲜,因此,如何实时监测IGBT组件温度,并对其运行状态做出相应调整是智能电网领域亟待解决的重要问题和研究热点。国内现有的换流阀监测手段较为匮乏,仅限于设备发生故障后的判断,无法实现过程数据的监测、分析,限制了运行设备或关键零部件故障机理的分析。所以,监测柔性直流输电换流阀的核心元件温度状态并及时调整其功耗,对维持系统良好的工作状态和安全可靠运行至关重要。本论文研究了柔性直流输电系统中换流阀温度在线监测的关键技术,依据FBG温度传感原理,研究适用于换流阀温度测量的传感器设计方案,提升测量准确性和时效性。研究MZI型光学梳状滤波器和波分复用解调方案,提出一种衡量滤波器质量的双差值数学模型指标和均匀设计算法。研究结果表明,本项目增强了柔性直流换流阀的可靠性,能够保证电能质量和系统安全性能。论文的主要工作内容和创新点如下:(1)提出一种用于衡量MZI型光学梳状滤波器优劣的度量指标,适用于不同的滤波器结构,该“双差值函数模型”由光学梳状滤波输出曲线与目标方波之间的曲线长差值和光学梳状滤波输出曲线积分与目标方波积分之间的面积差值构成,能够体现输出函数和对应方波函数的相异性,论文中说明了“双差值准则”构建过程,其优于其他度量指标之处,能够提升梳状滤波器的选参效率。(2)提出均匀设计算法求解梳状滤波器参数方案,当进行参数选择时,该方法能够快速、准确解出耦合系数与有效偶和长度乘积、干涉臂长差等参数与最优值。针对复杂、高维的滤波器参数计算问题,基于递归调用思想,进行均匀设计的嵌套,获取更加精准的参数。对光学梳状滤波器进行三种MZI结构的算例分析与波形仿真,并与遗传算法和粒子群算法进行性能对比,研究结果表明均匀设计算法求解参数,得到的梳状波形质量更好,计算效率更高。优化光学梳状滤波器的结构参数,能够有效提高串扰特性、增强信道隔离度和通带平顶度等性能。(3)提出了适用于柔直换流阀温度测量的传感器设计方案,该方案将FBG引入IGBT模块内部后再封装,能够实现集成化直接测量,获取准确的温度实时监测值,具有模块化、小型化、微功耗等优势,解决了电网工程项目中的痛点。研究温度解调原理,搭建光梳滤波器波分复用解调方案,基于C++语言和Qt 5开发平台编写在线测温解调软件,研制工程样机,通过灵敏度,稳定性,抗扰度测试,在对托平台和高温条件下验证了系统的可行性,为柔直系统换流阀的在线监测提供了一种新方法。

关键词：双差值函数光纤梳状滤波器均匀设计柔性直流输电 FBG温度传感

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