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微电网模拟系统
系统的实现原理:
首先,微电网模拟系统的基础是分布式能源和储能系统的集成。这些分布式能源
可能包括太阳能光伏电池、风能发电设备等,它们为微电网提供主要的电力来源。
同时,储能系统(如电池组)的引入使得微电网能在电力需求高峰或能源供应不
稳定时,提供必要的电力支持,确保电力系统的稳定运行。
其次,负荷管理是微电网模拟系统的另一个重要环节。它涉及对整个电力系统的
负荷进行合理布置和规划,以控制和管理电力的分配和传输。当负荷过多时,微
电网能够自动将多余的电力传输到电网上,满足更大范围的电力需求。
再者,智能能量管理系统在微电网模拟系统中发挥着核心作用。该系统通过运用
智能控制技术,对发电、输电和配电等环节进行监测和控制,实现电力系统的高
效、可控、可靠运行。具体而言,智能能量管理系统可以预测能量需求,控制能
源和储能设备的运行,实现微电网的自动调节和优化能量利用。同时,在故障和
异常情况下,该系统能够迅速切换并保持正常供电。
在硬件构成方面,微电网模拟系统主要包括逆变主电路系统和 FPGA 控制电路系
统。逆变主电路系统负责电能的转换和传输,而 FPGA 控制电路系统则负责生成
控制信号,调节逆变器的运行。两者共同协作,实现电能的稳定供应和优化管理。
最后,微电网模拟系统的优势在于其低碳环保的特性。由于主要采用的是可再生
能源,相较于传统的化石燃料发电,微电网系统的碳排放量较低,有助于推动可
持续能源的发展。
本文针对微电网模拟系统研究背景,设计了可编程逻辑器件 FPGA 为控制核
心的两个三相逆变器系统。本系统的硬件主要由逆变主电路系统和 FPGA 控制电
路系统构成,包括 FPGA 控制电路、CC2640 的 AD 采样电路、三相逆变驱动电路、
互感器电路、辅助电源电路、调压整流电路、滤波及缓冲电路等。由 FPGA 控制
电路输出六路 PWM 信号(PWM1-PWM6)来控制逆变器的 MOS 管通断,通过电流电压
互感器对输出进行反馈,再经 A/D 转换器进行采样,传给 FPGA 控制电路来调节
输出,构成闭环控制系统。本系统软件设计是利用 Verilog HDL 的 FPGA 逻辑门、
IP 核、时钟(DMC)等资源生成 SPWM 模块、并行通信模块结合 TI 的 CC260 的 A/D
采集和显示模块。最后,将软硬件系统联合调试,经验证,软硬件都达到预期目
标,实际效果较好。
关键字:微电网模拟系统;FPGA 可编程逻辑;三相逆变;SPWM 模块
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i
目录
1 方案论证 ..................................................................................................................................1
1.1 主控单元的比较与选择...............................................................................................1
1.2 SPWM 模块的比较与选择...........................................................................................1
1.3 驱动模块的比较与选择...............................................................................................1
1.4 方案描述 ......................................................................................................................2
2 理论分析与计算 ......................................................................................................................2
2.1 逆变器提高效率的方法...............................................................................................2
2.2 运行模式控制策略.......................................................................................................3
3 电路与程序设计 ......................................................................................................................3
3.1 逆变器主电路与器件选择...........................................................................................3
3.1.1 总体系统电路...................................................................................................4
3.1.2 逆变电路...........................................................................................................4
3.1.3 滤波电路...........................................................................................................4
3.2 控制电路与控制程序...................................................................................................5
3.2.1 控制电路...........................................................................................................5
3.2.2 控制程序...........................................................................................................6
4 测试方案与测试结果...............................................................................................................6
4.1 测试方案及测试条件...................................................................................................6
4.2 测试结果 ......................................................................................................................7
4.3 测试结果分析...............................................................................................................7
5 总结 ..........................................................................................................................................7
参考文献 ..........................................................................................................................................8
附件 ..................................................................................................................................................8
附 1:元器件明细表 ...............................................................................................................8
附 2:仪器设备清单 ...............................................................................................................8
附 3:电路图图纸 ...................................................................................................................9
附 4:PCB 图..........................................................................................................................10
附 6:程序清单 .....................................................................................................................11
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1
1 方案论证
1.1 主控单元的比较与选择
方案一:采用数字信号处理器 DSP。传统基于 DSP 的逆变控制的设计虽然在
计算的复杂度和软件的灵活性上有一定优势,但是程序为顺序运行从而导致逆变
器控制算法在计算速度上受到很大的限制。
方案二:采用可编程逻辑器件 FPGA。基于 FPGA 的逆变器的并行特点使其非
常适合产生 SPWM,从而在速度上占很大的优势,适合本题目要求。
综上所述,选择方案二。
1.2 SPWM 模块的比较与选择
方案一:采用比较器对正弦波和三角波进行比较得到 PWM 波,然后送入驱
动电路放大再驱动 MOSFET。但该方案受运放参数影响较大,调试困难。
方案二:运用可编程逻辑器件 FPGA 产生 PWM 通过正弦值查表法来产生
SPWM。该方案实现简单,有较强的抗干扰能力。
综上所述,选择方案二。
1.3 驱动模块的比较与选择
方案一:采用专用驱动芯片 IRS2186 搭建驱动电路。驱动芯片配合外围电路
完成,该方法优点是系统的集成度高,有良好的过载和短路保护功能。。
方案二:采用分立元器件搭建驱动电路。电路中选用高速开关管 8050和 8550,
其反应速度可以达到微秒级,可以避免信号在传输过程中的累加延迟,有利于减
少输出波形的失真度。但电路较复杂化,需要额外搭建保护电路。
综上所述,选择方案一。
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