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,
- 2020-11-02下载
- 积分：1
一天入门STM32
一天入门STM32 pdfC秉火《零死角玩转STM32》一F1系列时钟源To T钟电路FR和RAMROM定时/计数5系统总线又CPU并行Io口串行Io口中断系统P0p1P2 P3 TXD RXD I。I:图151系统结构框图我们说的51一般是指51系列的单片机,型号有很多,常见的有STC89C51、AT89S51,其中国内用的最多的是STC89C51/2,下面我们就以STC89C51来讲解,并以51简称。内核51由一个IP核和片上外设组成,IP核就是上图中的CPU,片上外设就是上图中的:时钟电路、SFR和RAM、ROM、定时/计数器、并行IO口、串行IO口、中断系统。IP核跟外设之间由系统总线连接,且是8bit的,速度有限51内核是上个世纪70年代 intel公司设计的,速度只有12M,外设是IC丿商(STC)在内核的基础上添加的,不同的IC厂商会在内核上添加不同的外设,从而设计出各具特色的单片机。这里 intel属于PP核厂商,STC属于IC厂商。我们后面要讲的STM32世样,ARM属于P核厂商,ARM给ST授权,ST公司在 Cortex-M3内核的基础上设计出STM32单片机。外设我们在学习51的时候,关于内核部分接触的比较少,使用的最多的是片上外设,我们在编程的时候操作的也就是这些外设。第3页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列编程的时候操作的寄存器位于SFR和RAM这个部分,其中SFR(特殊功能寄存器)占有128字节(实际上只用了26个字节,只有26个寄存器,其他都属于保留区),RAM占有128字节,我们在程序中定义的变量就是放在RAM中。其中SFR和RAM在地址上是重合的,都是在80-FF这个地址区间,但在物理区间上是分开的,所以51的RAM是有256个字节编写好的程序是烧写到ROM区。剩下的外设都是我们非常熟悉的IO口,串∏、定时器、中断这几个外设STM32系统结构STM32系统结构框图接PashDCodeCortexM3SystemSFAMDMATDMAFSMCSDIO通道1套通道2AHB系线线桥接2桥接1APB 1APB2复位和时钟通道7控制DC2PIOD PWR SP1129DMA请求ADCsGFIOE BKPUSART1 GPioF bxCAN WDGSPlGPOG USETIM1RICExTIt2C2TIM2DMA212C1TIEUARTS TIM5GPc日UART& TIM4AHTa通道1USaRT TIM2通通通5AA请求图2STM32系统结构框图内核在系统结构上,STM32和51都属于单片机,都是由内核和片上外设组成。只是STM32使用的 Cortex-M3内核比51复杂得多,优秀得多,支持的外设也比51多得多,同时总线宽度也上升到32bit,无论速度、功耗、外设都强与51。第4页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列从结构框图上看,对比5内核只有一种总线,取指和取数共用。 Cortex-M3内部有若干个总线接∏,以使CM3能同时取址和访内(访问内存),它们是:指令存储区总线(两条)、系统总线、私有外设总线。有两条代码存储区总线负责对代码存储区(即 FLASH外设)的访问,分别是 I-Code总线和 D-Code总线。I-Code用于取指, D-Code用于查表等操作,它们按最佳执行速度进行优化。系统总线( System)用J访问内存和外设,覆盖的区域包括SRAM,片上外设,片外RAM,片夕扩展设备,以及系统级存储区的部分空间。私有外设总线负责一部分私有外设的访问,主要就是访问调试组件。它们也在系统级存储区。还有一个MDA总线,从字面上看,DMA是 data memory access的意思,是一种连接内核和外设的桥梁,它可以访问外设、内存,传输不受CPU的控制,并且是双向通信。简而言之,这个家伙就是一个速度很快的且不受老大控制的数据般运工,这个在51里面是没有的外设从结构框图上看,STM32比51的外设多得多,51有的串口、定时器、O口等外设STM32都有。STM32还多了很多特色外设:如FSMC、SDIO、SPI、2C等,这些外设按照速度的不同,分别挂载到AHB、APB2、APB1这三条总线上。小结从内核和外设这两大方面米比较,SIM32之于51就是一个升级版的单片机。它适应市场,引流淛流,在中低端的微控制器中流光溢彩。12学习方法的区别学习51用寄存器,学习STM32用库。以前我们在学习51的时候,用的是寄存器编程的方法,想要实现什么效果,直接往寄存器里面赋值,优点是直观,简单粗暴,知道自己具体干了啥,心里踏实直接操作寄存器之所以在51上可行,究其原因,我想有两点:1、51主频不高,资源有限,必须注重程序执行的效率,只能直接操作寄存器。关键的地方还得用汇编,不适合用同件库。第5页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列要知道当初我们学习51单片机的时候用的还是汇编,连现在的C编程都不是,就更别说什么斥函数编程2、51功能简单,寄存器不多。以国内普及最广的STC89C52为例,寄存器仝部加起来不到30个。按照功能区分来记的话,可以把每个寄存器背的滚瓜烂熟,并且寄存器每一位的功能都可以记得住,在编程的时候做到了然于胸。现在从51过度到STM32的学习,很多人还是喜欢沿用51的学习方法。接受不了库,在学习库的时候陷入迷糊之中,来回几个月下来,都不知道到底有没学会STM32,因为在这一路的学习中都是在调用库函数,压根就没有操作过寄存器,心里面很不踏实。其实大家在调用库函数的时候心中难道就没有疑问,库的底层是怎么实现的?难道就没有勇气对庥的底层探究竟。可最后当我们丌始跟踪斥函数底层的时候,看到·堆的宏定义、结构体、指针、各种的文件包含,而且注释全部都是荚文的,是不是乂心生忌惮。鉴于此,我想用两个原因来总结下很多初学者畏惧库不愿意用库的原因。1、C语言知识点的欠缺库在实现寄存器映像时使用的宏定义,强制类型转换,在定义寄存器时使用的结构体,在外设初始化函数时使用的指针,在组织头文件时使用的条件编译等C语言知识,在大学课程中很少涉及,大多数老师也基本是不讲。在一些简单的51单片机编程中又很少会用到这些知识。学单片机,做嵌入式开发其实80%的工作都跟C语言编程相关,剩下的20%的匚作就是阅读各种数据手册,熟悉各和硬件外设。所以掌握这些基本的C语言知识,是嵌入式学习中一道迈不过去的坎,STM32的库则给」我们一次提升C的机会凡是可以从书本中找到的,相信我们基本都可以学会,很多初学者并不是不够聪明或者勤奋,只是缺少方向性的指导罢了。对于这欠缺的知识点我们稍微花点时间就可以掌握,剩下的就是不断地实践词试。这里我为大家推荐·本C语言的书籍《C和指针》。2、程序架构设计思想的欠缺这个比较难搞,很多C语言学习得挺好好的人,也比较难掌握。还好我们遇到了SIM32的库,这给了我们一个学习和提升C语言绝佳的机会。库的整个架构是如何搭建起来的,代码上是如何如何一步一步写出来的:从寄存器映像开始,到寄存器的封装,然后到函数的编写,到每个外设函数对应的驱动文件,这里面涉及到了大量的条件编译,文件包含的思想,对应刚写过几行51单片机的初学者来说简直就是噩梦。但是,如果你把这系列的关系弄明自了,那么对库的整个架构也了解的差不多了,以后你就不用嚷嚷着说要操作奇存器了。如果你一开始不喜欢用库,对库开发很忌惮,那么请自问:是不是我的C语学得不够好。库是一种全新的学习方法,是一种河流,我更把它看做是与C语言的又一次历练和提升。是否用库,只差你一个闪亮的回眸第6页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列1.3用寄存器点亮LED为了顺利过渡到库开发,在STM32编程的开始,我们对照51点亮一个LED的方法,给大家演示一下STM32如何用操作寄存器的方法点亮一个IFD,然后再慢慢讲解到底什么是库,让大家知道库跟寄存器的关系1.3.1用51点亮一个LED在用STM32点亮一个LED之前,我们先来复习下用5如何点亮一个LED。硬件上我们假设51单片札的P0口的第0位接了一个LED,负逻辑亮。如果我们要点亮这个LED,代码上我们会这么写1P0=0XFF;//总线操作点亮FD这时侯我们就把LED点亮了,如果要关掉LED,则是:1P0=0xFF;//总线操作关闭二ED这里面我们用的是总线操作的方法,即是对P0口的8个1O同时操作,但起作用的只是P0^0除了这种总线操作的方法,我们还学习过位操作,利用51编译器的关键字sbit,我们可以定义个位变量1sbit工E0^0那么LED=0;就点亮了LED,LED=1;就关闭了LED。为了让程序看起来见名知义,我们定义两个宏:1 #define on 02 define OfF 1点亮和关闭LED的代码就变成了:1 LED//位操作点亮IED2 LED= OFF//位操作关闭LD稍微整理下代码,整体的效果就是:1//假设51单片机的P0~0口接TFD,负逻辑点亮3 #define ON 04 definc Ofe 16 sbit lEd poo8 void main(void)第7页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列9{10PO OXFE;/总线操作点亮0=0XE彐//总线操作关闭LED13工ED=ON;//位操作点亮LED14LED=OF彐;/位操作关闭LED15」上血总线和位操作的的方法,学过51的朋友是非常熟悉的,也很容易理解。那么我们再说一下大家容易忽略的几个知识点。什么是寄存器在点亮LED的时候,我们都是用操作寄存器的方法来实现的,那大家是否想过,这个寄存器到底是什么?为什么我们可以直接操作P0口?解答上面的问题之前,我们先简单介绍下51单片机的主要组成部分,这对我们学习其他单片机也有好处。我们以国内的STC89C51为例,该单片机主要由51内核、外设IP、和总线这三人部分组成。内核是由 Intel公司生产的,外设P就是STC公司在内核的基础上添加的诸如定时器、串口、IO凵等这些东西,总线就是用米连接內核和外设的接凵单元。 Intel在这里属于IP核设计公司,STC属」I设计公司。世界上能设计IP核的公司屈指可数。我们非常熟悉的ARM公司就属于IP核设计公司,ARM给其他公司授权,其他IC公司就在ARM内核上设计出各具特色的MCU,我们后面要学习的STM32就是属于一中基于ARM内核的MCU。寄存器则是内置于各个IP外设中,是一种用于配置外设功能的存储器,就是一种内存,并且有想对应的地址。学过C语言我们就知道,要操作这些内存就可以使用C语言中的指针,通过寻址的方式来操作这些具有特殊功能的内存一寄存器。比如P0口对应的地址是0X80,那么我们要修改0X80这个地址对应的内存的内容的话,按照常理可以这样操作1*(+0X80)=0XEE;点亮LED可当我们编译的吋候,编译器会报错,在51里面只能通过SFR和SBIT这两个关键字来实现寄存器映像,不能直接操作寄存器对应的地址,这是51相较于STM32不同的地万51单片机的这些寄存器位于地址80H~HFH中,对应着128个地址,但不是每个地址都是有效的,51系列的单片机有21个,52系列的则有26个,其他的都是保留区第8页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列表2AT89c52SFR映象及复位状态OFBDEFHDFOHo00000DFTHOE8H0D000000DETH00000003DOTHOC8H0000000)XXXXXXODDCFHx00000037HEDAFH0粪0H11111111DATHSCON98H00000002SBUF9FHP1111111197HTCON88H0000000)TMODTLOTL100000000000000000000000000000000000BFHSPDPHPCON80H1DPLco111OXXX0000图351寄存器映射2.寄存器映射实际上我们在编程的吋侯并不是通过指针来操作奇存器的,而是直接给PO、Pl这些端口寄存器赋值。那么这些外设资源是如何与地址建立一一对应的关系(寄存器映射定义),这得益与51特有的两个关键字:SFR和sbit,其但单片机没有,只能用其他的方式来实现寄存器映射。这两个关健字帮我们实现了所有寄存器的定义,所以我们才可以像操作普通变量一个米操作寄存器。其实我们一开始提到的点亮LED的代码,全貌应该是这样的:1 sfr pocx80;//寄存器定义2P0=0ⅩFE;/总线操作点亮LED为了方便起见,我们可以扣奇存器映射全部写好封装在个头文件里面,不用每用个寄存器就定义一次。其实这方面的工作不用我们做,我们在编程的时候都会在开始的地方添加一个头文件1 include 第9页共53页C秉火《零死角玩转STM32》一F1系列这个头文件已经实现了全部寄存器的定义,该文件是kei自带,在安装目录:KeiC5IINC可以找到。这个文件实现了字节寄存器和位寄存器的定义2 REG514 Header file for generic 80C51 and 80C31 microcontroller5 Copyright (c)-988-2002 Keil ELektronik GIbH and Kei- Software, Inc6 All rights reserved.9 +ifdef REG5- H10#define RFG5. H1112/* BYTF, Reci ster *13sfr0=x80;1456PEE2×90sfrCaO;13BO17 sfr PSWRDO18 sfr AccCeO:901strBsExFO;12222x8-;3 sIr PCoN24 sr icon Cx8825 sfr TMOD Cx89:sfr TloxiA2222367890sfr TCx8Bfr TCx8Cifr Ti18D831 sfr t2×B832 sfr sLHHEPCB9833 sfr sbuf993436/* BIT Register37/+PSW*/38 sbit CYOxD39 sbit ACOxD640 sbit Fo41 sbit rs0xD4;43 sbit ov44 sbit P=0×D0;4546/*TCON*/47 sbit TF0x8F;48 sbit TR0x8E;49 sbit TFo0x8D:50 sbit mro0x8C51 sbit IE-= 0x8B;53 sbit Ieo0x894 shit tto08856/+IE57 sbit eA0×AF58 sbit fs0×AC59 sbit er0×AB;60 sbit EX0×AA61 sbit ero0x90×A8第10页共53页
- 2020-12-08下载
- 积分：1
