微电网三相并网逆变器硬件研究与设计
对于并网逆变器的设计，关于DSP的控制算法，还有对硬件电路的设计，摘要摘要微电网系统的电能通常是由多种分布式发电装置或储能装置经过电力变换组网形成,其供电单元具有分散性,间断性的特点。不论是何种分布式发电装置或者储能装置,最终都要并入可供用户直接使用的交流电网,因此必须经过一系列电能变换,才能保证安全、高效的将电能馈送至电网。微电网三相并网逆变器就是其并网的关键器件之一,其在微电网运行管理系统的统一调度控制下运行。论文首先介绍了微电网以及各类分布式电能的概念及特点,之后系统的介绍了三相并网逆变器的功能,结构,并按照三部分进行介绍:主功率电路部分,基于的控制电路部分以及三相全桥逆变器控制策略。主功率电路部分按照能量变换过程,将系统分为两级:前级变换部分和后级的二相逆变部分。并根据设计功率详细介绍主开关器件的选型,驱动电路以及保护电路的确定和该部分其他电路器件参数的选择依据基于控制电路主要分为了两部分来具体介绍:通用的最小工作系统和用于该三相全桥逆变器控制芯片的接口电路。最小工作系统包括系统电源,晶振,串口等;接口电路包括控制信号放大电路,以及电能质量采样电路。以交流电能的采样部分为主,介绍了采用六通道同步采样芯片的信号调理电路的设计。文章还对常用的逆变器控制方案进行比较,给出本系统使用控制策略。并结合系统采用的心片的结构特点介绍了软件设计思路最后,文章还进行该论文相关的仿真和测试实验。通过仿真和实验结果验证了设计的正确性关键词:分布式电源、微电网、并网逆变器目录目录第一章绪论1.1课题背景与意义1.2微电网系统综述1.2.1微电网的概念及优点1.2.2微电网电源22232.3微电网中微电源的供电模式1.2.4分布式并网系统的并网标准1.2.5微电网逆变器的特点3本文主要研究内容第二章并网逆变器的拓扑结构及工作原理2.1并网逆变器的分类及设计原则2.2并网逆变器主电路结构的设计.6788992.2.1输入方式与控制方式的确定2.2.2能量转换结构的确定..102.3直流变换电路的设计2.3.1 Boost斩波升压电路图及基本原理2.3.2电感电流连续的条件.......122.4三相逆变电路的设计2.4.1组合式三相逆变器132.1.2半桥式三相逆变器2.1.3全桥式三相逆变器2.4.4三相逆变器的工作原理2.5谐波扣制电路的设计182.5.1谐波的定义,,,,,,,,,,,,,,192.5.2滤波器的选择2.6本章小结.....19目录第三章并网逆变器功率电路的设计.3.1设计技术指标看1垂春203.2电力电子器件的选型●·垂垂203.2. L IGBT的结构和工作原理垂·春看垂垂213.2.2IGBT的特性·垂非,,,,,223.2.3IGBT驱动电路的设计3.2.4IGBT过流保护电路243.2.5工作波形253.3整体设计3.4前级DC-DCB00s电路273.1.1组成及参数设计,,,,,,,,273.4.2主要参数设计273.4.3 MATLAB仿真.●·春293.5后级DC-AC三相仝桥逆变电路.5.1主要参数设计·◆·D313.5.2滤波电感D垂鲁323.6控制检测系统总体设计343.6.1直流电能传感器的选择和使用343.6.2交流电能传感器的选择和使用.353.7本章小结.第四章基于TMS32OF2812的控制电路设计..374.1TMS320LF2812简介374.2系统工作过程及功能设计.1.3TMS320LF2812通用部分电路的设计13.1电源电路4.3.2晶振电路,.4.3.3外部存储器的扩展414.3.4串凵电路的设计4.4TMS320LF2812接口电路的设计424.4.1交流信号的同步采集..434.4.2直流信号的采集....51目录4.4.3SPWM驱动信号输出电路,D·垂4.4.4eCAN总线驱动器的选择鲁D垂垂4.5木章小结.第五章三相并网逆变器的控制策略及软件设计..545.lPWM理论简介.545.2常见控制方式.垂···看垂·垂5.2.1滞环瞬时比较方式555.2.2 SVPWM控制方式565.2.3SPWM控制方式....565.3SPWM波的产生575.4基于TMS320LF2812控制芯片的软件设计595.4.1程序总体设计595.4.2SPWM控制波中断程序605.4.3其他中断子程序,615.5本章小结垂·垂·垂61第六章结论与展望..626.1设计制作实物6.2系统逆变输出646.3展望.6致谢67参考文献攻硕期间取得的研究成果第一章绪论第一章绪论木章介绍了微电网系统的概念以及发展情况,闸明了论文选题的背景和意义,明确了木文研究目标。1.1课题背景与意义能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础,伴随着现代社会的发展,人类对于能源的需求愈来愈多,但是传统的化石能源如煤炭、石油与天然气等,在转化为其他各种形式的能量时,会不同程度的产生废气、废物等,严重污染了自然环境,对人类的健康和地球的生态平衡等都造成了不可忽视的影响;更严峻的是化石能源不可再生,终会有消耗殆尽的时候。因此为了保护人类的生态环境,避免能源危机,人类必须减少化石能源的份额,增加新型能源和可再生能源的比重,向建立可持续发展的能源体系过渡。我国又是世界上最大的煤炭生产国和消费国,以及世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一,能源短缺以及对环境造成的污染更是不容我们迟疑,新型能源以及可再生能源的开发与应川势在必行。可再生能源中的太阳能,风能等新型能源都是当前的研究热点。此类能源具有资源卡富,洁浄环保,分布分散,位置灵活的特点,极好的适应了资源分布和分散电力的需求,因此多作为分布式电源用于局部或偏远地区的发电,有效减少了配电网的巨额投资和长距离传输中所产生的电能浪费;此外,分布式电源还可与大电网互为各用,提高供电可靠性等。虽然分布式电源有着自身的优点,但是也存在诸多问题:分布式电源单机接入成本高,控制困难;为了减小分布式电源对大电网的冲击,大系统通常对其采取限制、隔离的方式来处理;当大电网系统发生故障时,分布式能源必须退出运行等,这些都大大限制了分布式电源充分发挥其自身的优势。为了充分发挥分布式电源的优势,降低其对公共电网的不利影响,于是提出了把分布式电源、储能设备以及负荷一起作为配电子系统一一微电网(微电网及用户对所使川电能的电压值、功率、功率因数和谐波畸变因数等都有严格的要求,如何使各分布式电能单元与微电网实现安全、高效的并网是其应用的重要环节。本文就是研究微电网中,各分布式发电系统与电网之闫的电力电电子科技大学硕上学位论文子学界面一一三相并网逆变器,并基于的设计,实现一种在微电网运行管理系统下根据指令协调运行,安全可靠,相位可调的三相并网逆变器1.2微电网系统综述1.2.1微电网的概念及优点国际上对微型电网的定义各不相同,美国、欧盟、日本等都各有特点年,美国电力可靠性技术解决方案协公()首次对微电网展开」研究。年,从系统结构、控制方法、经济效益等方面系统全面地介绍了微电网的概念。微电网是一种由微型电源、负载、监控保护装置共同组成的为一定区域供电的小型发配电系统。它通过一个公共连接点(,)与大电网连接,即可以独立运行确保区域内部供需平衡,也可以与大电网并联运行,形成一个大型电网与分布式电源微电网联合运行的系统。微电网相对于外部大电网表现为单一的受控单元,并可同时满足用户对电能质量和供电安全的要求,与传统的大电网相比较,具有下列显著优点。()投资小、见效快。发展微电网可以减少延缓对大型常规发电厂与输配电系统的投资,降低投资风险。()满足特殊场合的川电需求。如是大电网不易达到的偏远地区的供电,避免输电网长距离送电的电能传输损耗;以及临时大型活动的供电系统等()提高供电可靠性。采用分布式电源的微电网可以弥补大电网安全稳定性上的不足,在大电网停电时维护全部或部分重要拥护的供电,避免大面积停电造成的严重后果)釆用分布式电源组网,启停方便,调峰性能好,冇利于平衡负荷)将太阳能、风能等可再生能源组网使用,可就地补偿可再生能源发电装置功率输出的问歇性问题()储能系统组网后,可在负荷低估从电网获取宦于电能,而在负荷高峰时向电网送电,提高电网运行效率1.2.2微电网电源电源是微网中重要的组成部分,相对于传统电力系统的电源都是同步发电机,
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FreeRTOS中文入门手册
FreeRTOS中文入门手册方便初学者入门学习，讲的很好，很值得学习第一章任务管理Designed For Micr。 contr。11exs;概览附录中提供了使用源代码的实用信息小型多任务嵌入式系统简介不同的多任务系统有不同的侧重点。以工作站和桌面电脑为例:·早期的处理器非常昂贵,所以那时的多仟务用于实现在单处理器上支持多用户。这类系统中的调度算法侧重于让每个用户公平共享处理器时间。随着处理器功能越来越强大,价格却更偏宜,所以每个用户都可以独占一个或多个处理器。这类系统的调度算法则设计为计用户可以同时运行多个应用程序,而计算机也不会显得反应迟钝。例如某个用户可能同时运行了一个字处理程序,一个电子表格,一个邮件客户端和一个浏览器,并且期望每个应用程序任何时候都能对输入有足够快的响应时间。桌面电脑的输入处珒可以归类为软实时。为了保证用户的最佳体验,计算机对每个输入的响应应当限定在一个恰当的时间范围——但是如果响应时间超出了限定范闱,并不会让人觉得这合电脑无法使用。比如说,键盘操作必须在键按下后的某个时间内作出明显的提示。但如果按键提示超出了这个时间,会使得这个系统看起来响应人慢,而不致于说这台电脑不能使用。仅仅从单处理器运行多线程这一点来说,实时嵌入式系统中的多任务与桌面电脑的多任务从概念上来讲是相似的。但实时嵌入式系统的侧重点却不同于桌面电脑特别是当嵌入式系统期望提供硬实时行为的时候。硬实时功能必须在给定的时间限制之内完成——如果无法做到即意味着整个系统的绝对失败。汽车的安全气囊触发机制就是一个硬实吋功能的例子。安全气囊在撞击发生后给定时间限制内必须弹出。如果响应时间超出了这个时间限制,会使得驾驶员受到伤害,而这原本是可以避免的大多数嵌入式系统不仅能满足硬实时要求,也能满足软实时要求。Designed For Micr。 contr。11exs;术语说明在屮,每个执行线程都被称为任务。在嵌入式社区屮,对此并没有个公允的术语,但我更喜欢用任务而不是线程,因为从以前的经验米看,线程具有更多的特定含义本章的目的是让读者充分了解:在应用程序中,如何为各仟务分配处理时间。●在任意给定时刻,如何选择任务投入运行。●任务优先级如何影响系统行为。●任务存在哪些状态。此外,还期望能够让读者解:●如何实现一个任务。●如何创建一个或多个任务的实例●如何使用任务参数。如何改变一个已创建任务的优先级●如何删除任务。●如何实现周期性处理。空闲任务何时运行,可以用来干什么本章所介绍的概念是理解如何使用的基础,也是理解基于的应用程序行为方式的基础——因此,本章也是这本书中最为详尽的一章Designed For Micr。 contr。11exs;任务函数任务是由语言数实现的。唯一特别的只是任务的函数原犁,其必须返回而且带有一个指针参数。其数原型参见程序清单。void ATaskFunction( void *pvParameters )程序清单任务函数原型每个任务都是在自己权限氾围内的一个小程序。其具有程序入口,通常会运行在一个死循环中,也不会退出。一个典型的任务结构如程序清单所示。仟务不允许以任何方式从实现函数中返回一一它们绝不能有条语句,也不能执行到函数末尾。如果一个任务不再需要,可以显式地将其删除。这也在程序清单展现个任务函数可以用来创建若干个任务—创建出的任务均是独立的执行实例,拥有属于自己的栈空间,以及属于自己的自动变量栈变量,即任务函数本身定义的变量v。 d ATaskFunction(v。1d* pArameters)/*可以像普通函数一样定义变量。用这个函数创延的每个任务实例都有一个属于自己的 vAria1b1 eExamp1e变量。但如果 varial1e3 xample被定义为 static,这一点则不成立-这种情况下只存在一个变量,所有的任务实例将会共享这个变量。int ivariableExample =0;/*仨务通常实现在一个死循环中。*/for(ii)/*完成任务功能的代码将放在这里。*//*如果任务的具体实现会跳出上面的死循环,则此任务必须在函数运行完之前朋除。传入NUL参数表示删除的是当前任务*vTaskDelete( NULL程序清单典型的任务函数结构Designed For Micr。 contr。11exs;顶层任务状态应用程序可以包含多个任务。如果运行应用程序的微控制器只有一个核那么在任意给定时间,实际上只会有一个仼务被执行。这就意味着一个任务可以有一个或两个状态,即运行状态和非运行状态。我们先考虑这种最简单的模型——但请牢记这其实是过于简单,我们硝后将会看到非运行状态实际上又可划分为若千个子状态。当某个任务处于运行态时,处理器就正在执行它的代码。当一个任务处于非运行态时,该任务进行休眠,它的所有状态都被妥善保存,以便在下一次调试器决定让它进入运行态时可以恢复执行。当任务恢复执行时,其将精确地从离开运行态时正准备执行的那一条指令开始执行。A tasks that areOnly one tasknot currentcan be in theRunning are in theRunning state atNot Running Stateany one timeNot RunningRunning图顶层任务状态及状态转移任务从非运行态转移到运行态被称为切换入或切入或交换入相反,任务从运行态转移到非运行态被称为切换出或切出或交换出的调度器是能让任务切入切出的唯一实体。Designed For Micr。 contr。11exs;创建任务函数创建仟务使用的函数这可能是所有数中最复杂的函数,但不幸的是这也是我们第一个遇到的函数。但我们必须首先掌控任务因为它们是多任务系统中最基本的组件。本书中的所有示例程序都会用到,所以会有人量的例子可以参考。附录:描述川到的数据类型和命名约定。portBASE TYPE xTaskCreate( paTASK CODE pvTaskCodeconst signed port CHAR conist pcNameunsigned portSHORT usstackDepthunsigned portEASE TYPE uxPriorityxTaskHandle *pxCreatedTask程序清单函数原型表参数与返回值参数名描述任务只是永不退出的函数,实现常通常是个死循环。参数只一个指向任务的实现函数的指针效果上仅仅是函数名具有描述性的任务名。这个参数不会被使用。其只是单纯地用于辅助调试。识别一个具有可读性的名字总是比通过句柄来识别容易得多。应用程序可以通讨定义常量来定义任务名的最大长度—一包括结朿符。如果传入的字符串长度超过了这个最大值,字符串将会自动被截断。Designed For Micr。 contr。11exs;当任务创建时,内核会分为每个任务分配属于任务自己的唯一状态。值用于告诉内核为它分配多人的栈空间。这个值指定的是栈空间可以保存多少个字,而不是多少个字节比如说,如果是位宽的栈空间,传入的值为则将会分配字节的栈空间。栈深度乘以栈宽度的绩果万不能超过~个类型变量所能表达的最人值。应川程序通过定义常量来决定空闲任条任用的栈空间大小。在为微控制器架构提供的应用程序中,赋予此常量的值是对所有任务的最小建议值如果你的任务会使用大量栈空间,那么你应当赋予一个更大的值。没有任何简单的方法可以决定一个任务到底需要多大的栈空间。计算出来虽然是可能的,但人多数用户会先简单地赋予一个自认为合理的值,然后利用提供的特性来确证分配的空间既不欠缺也不浪费。第六章包括了一些信息,可以知道如何去查询任务使用了多少栈空问。仟务函数接受一个指向的指钅的值即是传递到任务中的值。这篇文档中的一些范例程序将会示范这个参数可以如何使用指定任务执行的优先级。优先级的取值范围可以从最低优先级到最高优先级是一个由用户定义的常量。优生级号并没有上限除了受限于采用的数据类型和系统的有效内存空间,但最妊使用实际需要的最小数值以避免内在浪费。如果的值超过了,将会导致实际赋给任务的优先级被自动封顶到最大合法值。Designed For Micr。 contr。11exs;用于传出任务的句柄。这个句枢将在调川中对该创建出来的任务进行引用,比如改变任务优先级,或者删除仟务。如果应用程序中不会用到这个任务的包柄,则川以被设为返回值有两个可能的返回值:表明任务创建成功。由于内存堆空间不足,无法分配足够的空间来保存任务结构数据和任务栈,因此无法创建任务。第五章将提供更多有关内存管理方面的信息。例创建任务附录:包含一些关于示例程序生成工具的信息。本例演示了创建并启动两个任务的必要步骤。这两个任务只是周期性地打印输出守符串,采用原始的空循环方式来产生周期延迟。两者在创建时指定了相同的优先级,并且在实现上除输出的字符串外完全一样—程序清单4和程序清单5是这两个仟务对应的实现代码。Designed For Micr。 contr。11ers;
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