2017电赛微电网模拟系统方案
微电网分布式发电模拟系统的设计
微电网分布式发电模拟系统的设计周礼来;熊洁;李稳国;李加升【摘要】针对新能源发电电压波动大等问题,提出了一种稳定、高效的分布式发电模拟系统.该系统由四开关Buck-Boost直流转换器与全桥逆变电路级联构成,采用正弦脉宽调制技术(SPWM)实现频率步进可调、稳定无失真的交流输出,并通过对Buck-Boost转换器控制策略的优化,达到高效升降压的目的.测试结果表明,此系统具有输入电压范围宽、带负载能力强以及DC-AC转化效率高等特点,为微电网分布式发电系统的设计提供了新的思路.【期刊名称】《湖南城市学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2019(028)004【总页数】5页(P52-56)【关键词】Buck-Boost;逆变器;分布式发电;SPWM【作者】周礼来;熊洁;李稳国;李加升【作者单位】湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000;湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000;湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000;湖南城市学院信息与电子工程学院,湖南益阳 413000【正文语种】中文【中图分类】TM910.2由于传统的煤炭发电污染大，损耗严重且不可再生，随着国内外学者对能源问题的深入研究，人们逐渐将目光转向了光伏、风能和水力等清洁能源﹒对于现行的新能源发电而言，稳定性较差、难以连续工作及环境因素影响大等缺点仍在一定程度上制约其发展[1-3]，因此寻找一种可靠、高效的能源转换方式势在必行﹒目前，微电网分布式发电系统分为单级式与两级式结构，两级式系统常采用Boost 升压电路与全桥逆变电路级联而成﹒当系统处于输入电压不稳定等一些极端特殊环境时，为确保全桥逆变的正常工作，直流母线电压需大于逆变输出电压峰值，这就要求前级电路应同时具备升压及降压功能，而这一点却是Boost电路无法做到的[4-5]﹒为了解决上述问题，提高能源供应的可靠性，本文对微电网分布式发电进行模拟，提出了一种高效两级式Buck-Boost逆变系统﹒系统采用双环反馈控制方式，通过采集四开关管输入电压和输出电压判别系统运行模式，保证直流侧输出电压稳定在15 V；通过互感采样将交流输出电压及频率反馈给单片机进行PID调节；通过优化控制策略以减少电压输出波动，扩大额定输入电压范围；同时，还可通过按键键入交流输出频率，实现频率步进可调功能﹒系统结构如图1所示﹒传统Buck-Boost转换器[6]易于控制、结构简单，但其输出电压反相的特性提高了电路的复杂程度及电磁干扰(EMI)，同时也将对转换效率造成影响﹒为了避免上述问题，故采用由Buck、Boost基本拓扑演变而来的四开关Buck-Boost电路[7-8]，其拓扑结构如图2所示﹒四开关Buck-Boost拓扑由同步Buck、Boost电路级联构成﹒其中，Buck工作模式由大功率晶体管Q1、Q3控制，Boost工作模式由大功率晶体管Q2、Q4控制﹒通过四开关Buck-Boost电路与全桥逆变电路的级联，最终得到了两级式Buck- Boost逆变电路，其结构如图3所示﹒实际应用中，大功率晶体管驱动电路一般采用自举的方式实现，其典型电路结构如图4所示﹒在图4结构中，Q2、Q5为电源电路功率晶体管，端口PWMH、PWML输入的一对互补且带死区的脉宽调制(PWM)信号驱动Q1、Q3、Q4和Q6开关，D1和C1构成的自举电路为上半桥功率管提供充足的开启电压﹒两级式系统电压调节常采用以下2种控制方案：通过检测比较最终输出对第二级对象进行调整；通过检测比较一级输出与二级输出，同时对两级对象进行调整﹒由于全桥逆变直流母线的电压输入必须高于输出电压峰值，当输入电压在较大范围内变化时，通过恒定直流母线电压，实现后级稳定输出，从而能有效降低系统整体复杂度，使Buck-Boost工作模式切换更加平滑，系统调控更加精确，因此采用第2种方案作为系统总的控制策略﹒四开关Buck-Boost工作模式共可分为3个阶段：即Buck模式、Boost模式以及Buck-Boost模式﹒为了让系统正常工作于各模式下，输入电压及直流母线电压需同时进行采样比较，这样才能确定Buck-Boost工作模式及各开关管PWM信号的占空比﹒当Uin小于Uout+ 0.5 V时，系统进入Buck模式，此时Q2导通，Q4截止，Q1、Q3处于开关状态，其分别等效于Buck拓扑中的开关元件及整流二极管；当Uin大于Uout+ 0.5 V时，系统进入Boost模式，此时Q1导通，Q3截止，Q2、Q4处于开关状态，通过控制PWM占空比即可实现电压调节﹒当输入电压与额定输出电压相近时，单一的Buck模式和Boost模式将导致切换时瞬间电压波动大，进而引发模式的频繁切换等问题，而采用Buck-Boost模式可以很好的弥补切换空缺，避免造成系统损坏﹒在Uin大于Uout− 0.5 V且小于Uout+ 0.5 V时，系统进入Buck-Boost模式，4个开关管会共同工作，Q1、Q2、Q3和Q4控制信号波形如图5所示﹒图5中，开关管控制信号周期由2个部分组成﹒在T1阶段中，Q2导通，Q4截止，Q1与Q3受一对互补且占空比恒定的PWM信号控制；在T2阶段，Q1导通，Q3截止，此时控制Q2与Q4的PWM信号占空比受输出电压影响﹒因此，通过调整T2阶段的PWM信号占空比，即可在Buck-Boost模式下获得稳定直流母线电压输出﹒与此同时，鉴于高占空比PWM信号下Buck电路效率最高，T1阶段中通常采用占空比为95%的PWM信号作为开关管驱动信号﹒在模式切换时，若不对PWM控制信号进行处理，输出电压必将发生一次大跳变，这将使系统正常运行受到影响﹒所以，在系统模式由Buck-Boost切换至Buck或Boost模式时，要求按式(1)~式(2)分别计算各模式下PWM信号占空比﹒其中，Ui、Uo分别为Buck-Boost输入电压和输出电压；D为PWM信号占空比﹒对于从Buck模式或Boost模式切换至Buck-Boost模式，在T1阶段采用高占空比PWM信号，此阶段输出电压压降小，可忽略；但在T2阶段，同样用式(2)来计算PWM信号占空比﹒假定电路工作在稳定状态，PWMH和PWML分别接低电平与高电平，Q2、Q3导通，Q1、Q4截止，则受控功率管Q6导通，Q5截止，电流由VCC经D1、C1、Q6至地线，为自举电容C1充电，工作模态如图6(a)所示﹒随后PWML接低电平，Q3截止，Q4导通，Q6栅、源2极所带电荷量减小并迅速截止，该区间即为PWM信号死区区间，工作模态如图6(b)所示﹒PWMH接高电平后，因此前自举电容C1已完成充电，Q1导通，Q2截止，使得电容的正、负端接入Q5栅、源极放电，Q5导通，工作模态如图6(c)所示﹒最终PWMH接低电平，电路再次进入死区区间﹒系统的一次完整驱动控制由以上几个步骤组成，需要指出的是，四开关Buck-Boost虽然同样包含基本的Buck和Boost控制方式，但在Buck模式中，持续对PWMH输入高电平控制信号将使自举电容无法正常充电，逐步造成Q2栅、源2极电压减小、内阻增大，当2极电压降至开启电压以下时，功率管关断，系统运行中止，Boost模式同样情形﹒故对驱动电路上半桥而言，当其长时间处于高电平输入状态时，一定时间内要求向PWMH输入单周期高占空比控制信号，同样要注意到在一定范围内功率晶体管内阻随栅、源2极电压降低而增大，当超出此范围时，其2极电压对内阻影响迅速减弱，应令自举电容充电间隔时间段尽量短，同时避免频繁开关功率管所引起的不必要开关损耗﹒通常在驱动电路电源电压为12 V，自举电容为0.1 uF时，每隔800 ns对PWMH输入1个占空比为99%的控制信号﹒全桥逆变采用SPWM方式控制功率管输出正弦波，SPWM的实现方法有等面积法、硬件调制法、软件生成法和谐波消去法等[9-11]﹒本文采用软件法生成SPWM信号，通过单片机在等时间间隔内，利用正弦函数表达式周期性计算控制信号占空比并执行占空比的更改，此法易于实现，同时节约了电路空间及成本﹒模拟微电网分布式发电，设计了1个(10~32) V输入和15 V/3 A输出的电源系统，其测试结果依次如下﹒输入电压在(10~32) V范围内调整，直流母线电流为2 A时，分别用数字万用表测量DC-DC输入电压、直流母线电压以及交流侧输出电压的变化，数据记录如表1所示﹒通过测量得出，系统输入电压在(10~32) V范围调整时，直流母线最大输出电压为22.04 V，最小输出电压为22.01 V，直流母线上电压的波动范围为0.03 V；交流侧最大输出电压为15.05 V，最小输出电压为15.01 V，交流侧输出电压的波动范围为0.04 V﹒交流输出电流为3 A时，输入电压在(10~32) V范围内调整，使用示波器测得交流侧输出波形如图7所示﹒由图7可知，交流侧的输出电压无明显失真﹒在交流输出电压有效值为15 V，输出电流为2 A的条件下，输入电压在(10~32)V范围内调整，用数字万用表监测输入电压、电流及交流侧输出电压、电流，数据记录如表2所示﹒通过测量和计算可以得出，系统的最低效率达到90.5%﹒在交流输出电流为3 A时，用示波器测量输出频率，将设定频率与测量频率对比，具体数据记录如表3所示﹒经测量和计算可知，系统频率调整的最大偏差为0.17 Hz﹒在交流输出端接入一个滑线变阻器，调整滑线变阻器，使输出电流有效值在0~3A内变化，使用万用表记录交流侧的输出电压和电流，数据如表4所示﹒经过测试和计算，负载调整率为0.3%﹒针对新能源发电电压波动大以及发电方式可选择的问题，提出了由四开关Buck-Boost电路及全桥逆变组合而成的两级式Buck-Boost逆变器电路拓扑，详细论述了系统的工作原理，并对四开关Buck-Boost控制策略进行优化设计，最后基于此方案设计了一个(10~32) V输入、15 V/3 A输出的模拟微电网发电系统，并进行了实验测试﹒结果表明，所提出的两级式Buck-Boost逆变器具有高效、稳定的特点，有效扩大了输入电压变化范围，提高了系统抵抗外界干扰的能力，为微电网分布式发电系统设计提供了新的思路﹒【相关文献】[1] 李婷, 陈英慧, 商淼. 微电网关键技术及其相关问题的研究[J]. 电子世界, 2018(7): 198, 200.[2] 张育源. 两级式逆变器控制技术研究[D]. 南昌: 华东交通大学, 2016.[3] 燕飞宇. 我国新能源发电存在问题及对策建议[J]. 智能城市, 2016, 2(5): 181.[4] 任小永, 阮新波. 适用于高压输入低压输出的两级式变换器[J]. 中国电机工程学报, 2005,25(23): 153-157.[5] 程军照, 吴夕科, 李澍森, 等. 采用Boost的两级式光伏发电并网逆变系统[J]. 高电压技术, 2009, 35(8): 2048-2052.[6] 沈宏, 赵可斌. 具有良好动态响应特性的Boost变流器控制[J]. 上海交通大学学报, 1994(3): 72-79.[7] 王学梅, 易根云, 丘东元, 等. 基于伏秒平衡原理的Buck- Boost变换器分析[J]. 电气电子教学学报, 2012, 34(2): 61-64.[8] 商燕, 王翔, 敖志勇. 组合式Buck-Boost逆变器的一种新颖控制方法[J]. 电源世界, 2014(1): 25-27.[9] 郁恒恒. 并网型单相光伏逆变器控制系统的研究[D]. 淮南: 安徽理工大学, 2018.[10] 周鹏飞. 基于DSP的数字逆变电源研究[D]. 芜湖: 安徽工程大学, 2015.[11] 柳凌, 钱祥忠. 基于Matlab的三相桥式SPWM逆变器建模与仿真[J]. 电子设计工程, 2014, 22(14): 139-141, 145.。
2017年全国大学生电子设计竞赛试题 设计报告
2017年全国大学生电子设计竞赛试题设计报告四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（C题）【本科组】廖聪，吴雨航，张锦华摘要：根据四旋翼飞行器飞行原理，首先根据设计方案采购了飞行器机体模型，选择合适的直流无刷电机作为系统动力装置，选取了功能强大且容易开发的微处理器、传感器和相关电子元器件，并做了大量的系统软硬件调试工作，最终完成了整体设计。
根据系统动力学模型设计控制算法，设计控制系统控制规律，主要包括两个控制回路姿态控制回路、位置控制回路。
在仿真软件平台上，进行控制算法验证及实验研究，优化飞行控制算法参数。
最后，设计实时性高的控制系统软件程序，进行相关实验调试工作，最终设计出能够实现一键飞行探测跟踪的四旋翼自主飞行器。
关键词：ATMEGA2560 瑞萨R5F523T5ADFM MPU6000陀螺仪超声传感器一、系统方案根据设计任务的要求，本系统包括飞行控制模块、驱动模块、飞行导航模块、测距模块等。
1、飞行控制模块的选择飞行控制模块是四旋翼自主飞行器的核心。
按照题目要求，飞行控制模块由ATMEGA2560处理器的开发板专门实现飞行控制算法。
为了实现自主飞行探测跟踪，必须要形成控制的闭环回路，必须要有检测和反馈系统状态的传感器，包括四旋翼的姿态、经纬度、航向、高度、空速、角速率等信号。
目前看来，国内外普遍应用MEMS器件来获取姿态、高度、空速、经纬度等信息。
此外这中间还需要有A/D采样电路、信号调理电路对采集的电信号进行必要的转换和简单的滤波。
针对四旋翼飞行器，控制方法有PID控制、反步法、滑模控制等飞行控制算法，我们采用经典的PID控制算法。
2、驱动模块的选择方案一：采用普通直流电机。
普通直流电机有价格低廉、使用简单等优点，但其扭矩较小，可控性差，此系统要求控制精度高、速度快、且质量要小，所以直流电机一般不能满足要求。
方案二：采用无刷直流电机，其具有响应速度快、较大的启动转矩，从零转速至额定转速具备可提供定转矩的性能。
电网项目仿真设备技术方案(纯方案,7页)
投标产品技术方案吾说投标百度“吾说投标”，可找到更多投标技术方案。
1.1输电线路带电作业教学考核一体仿真培训平台1.1.1 平台功能（1）仿真操作功能：基于标准化作业方法，模拟典型作业项目中的真实环境、操作流程、作业方法。
可对输电线路带电作业项目进行仿真操作，对作业工况进行三维展示，并对重点操作环节进行细致演示，仿真效果真实直观。
针对不同的培训对象，搭建不同的虚拟的三维作业场景，学员通过各种虚拟外设与虚拟环境发生交互，操作虚拟电工完成整个作业的各个环节，并可利用虚拟环境提供的视觉、听觉和触觉反馈，获得到几近真实的虚拟培训感受，从而达到真实培训效果。
（2）资料查询功能：作为一个在线帮助系统，它涵盖了输电线路带电作业基本原理、标准、技术规程、工器具资料、作业指导书、项目资料等各项系统、权威、形象的研究成果资料，并以文字、图像、语音、视频、动画等多种形式对项目及工器具资料进行展示，方便受训学员实时查询、学习。
（3）在线考试功能：提供理论和仿真操作两种考核方式，可从理论和现场实践双重角度去考察员工的学习情况和作业水平。
其中，理论考试依据需依据南网相关安全生产法规、标准化作业指导书等规程导则，建立带电作业题库，根据不同考核需求动态配置考题，供在线考试使用，可提供试卷自动生成、自动判分、考试结果分析等功能；仿真操作考核以专用仿真硬件系统为媒介，对典型项目进行实际操作的考核，考核的内容包括：作业项目的流程、作业前的工器具检查、作业过程中的工器具使用选择等，实现对各级管理人员和生产技术人员知识技能水平的考核评价。
1.1.2 培训项目（1）培训管理：可以通过设置在仿真操作过程中的考点或者专用题库对学员进行学习效果考核，建立受训学员电子档案，可对培训人员信息、受训状态、成绩进行新增、修改、删除等操作，可对错误列表、配置信息等进行管理和维护，并对培训情况进行全程跟踪，确保培训效果；（2）操作考核，以配套硬件系统为媒介，对典型项目进行实际操作的考核，考核的内容包括：作业项目的流程、作业前的工器具检查、作业过程中的工器具使用选择、重要的作业细节等；（3）培训项目本输电线路带电作业教学考核一体培训平台可开展的教学仿真项目包括但不限于以下46个作业项目：输电线路带电作业项目列表1.1.3 配套硬件设备输电线路带电作业教学考核一体机需采用一体化设计，符合人机工程学，具体配置如下：（1）3D显示器：支持分辨率1920*1080，通过NVIDIA 3D Vision认证；（2）触摸屏：支持分辨率1920*1080，17寸电容触摸屏；（3）主机一（3D）：酷睿Core i7 7700K中央处理器；8GB内存，1TB机械硬盘，NVIDIA GTX 960显卡，电源为650W。
2017电工杯A题 微电网日前优化调度
第十届“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛赛题
39
142.1
40
142.1
41
125.3
42
118.9
43
116.9
44
115.9
ห้องสมุดไป่ตู้
45
115.4
46
115
47
124.1
48
127.1
49
130.2
50
131.6
51
140.7
52
141.8
53
143.9
54
145.5
55
145.5
56
145.6
0 0 0 0
-6-
第十届“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛赛题
81
198
58.69
0
82
197.9
93.67
0
83
198.5
93.49
0
84
198.6
99.55
0
85
180.8
56.82
0
86
177.2
26.01
0
87
177.8
16.74
0
88
177.9
6.97
0
89
161.5
18.98
最优调度方案，包括各时段负荷的供电构成（kW）、全天总供电费用(元)和平均
-3-
第十届“中国电机工程学会杯”全国大学生电工数学建模竞赛赛题
购电单价（元/kWh），分析蓄电池参与调节后产生的影响。 4) 最优日前调度方案三： 若考虑蓄电池作用，且微网与电网允许交换功率不超过 150kW，以负荷供
2017年全国大学生电子设计竞赛 微电网模拟系统(A题)
float Ud,regesister;
ERR[0] = referenceInput-measuredOutput ;
Ui[0]=Ui[1]+ERR[0]*pidCoefficients[1];
Ud=(ERR[0]-ERR[1])*pidCoefficients[2];
regesister= ERR[0]*pidCoefficients[0]
滤波电感采用4股0.5mm的铜线绕制，降低电流密度以减小铜损耗。工作磁通设置到较低的值，减小磁芯的涡流和磁滞损耗。
2
当两台逆变器同时运行时，要求逆变器1和逆变器2能共同向负载输出功率，使负载线电流有效值 达到3A，频率 为50Hz±0.2Hz。即要求通向负载输出恒流，可以不考虑逆变器输出电压。则只需检测电流，通过具体的单片机的控制使输出达到设计要求。
float Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
{
float temp_val=0;
u8 t;
for(t=0;t<times;t++)
{
temp_val+=Get_Adc(ch);
}
temp_val=(temp_val/times)*(3.3/4096);
return temp_val;
方案一：晶体管三相桥式逆变器
逆变器采用120°导通型的工作方式对换流的安全有利，但晶体管的利用率较低，用于控制120°导通型逆变器的导通角控制电路可采用硬件方式自动产生控制信号；也可采用微处理器的并行接口通过软件方式产生控制信号。
方案二：晶闸管构成的三相桥式逆变器
180°导通型逆变器正常工作的必要条件是可靠的换流，由于逆变器的输入是直流电源，一般晶闸管不能通过控制门极电压将它关断换流，因此必须采用强迫换流的方法。
2017全国大学生电子设计竞赛设计报告
2017年全国大学生电子设计竞赛简易水情检测系统（P题）2017年8月12日摘要本设计的是简易水情检测系统以STC89C52芯片为核心，辅以相关的外围电路，设计了以单片机为核心的水情检测系统。
系统主要由5V电源供电。
在硬件电路上在，用总线连接PH值传感器和水位传感器，通过传感器收集到的水情数据发送到单片机，单片机存储实时数据，并显示在12864LCD液晶屏上。
在软件方面，采用C语言编程。
通过对单片机程序设计实现对水情检测系统的水情数据的采集、显示和检测。
关键词：单片机最小系统；PH值传感器；水位传感器；AD模块AbstractThe design is a simple water regime detection system to STC89C52 chip as the core, supplemented by the relevant external circuit, designed to single-chip as the core of the water regime detection system. The system is powered by 5V power supply. In the hardware circuit, with the bus connection PH sensor and water level sensor, through the sensor to collect the water data sent to the microcontroller, single-chip storage of real-time data, and displayed on the 12864LCD LCD screen. In software, the use of C language programming. Through the single-chip program design to achieve the water regime detection system of water data collection, display and detection.Key words:single chip minimum system; PH value sensor; water level sensor; capacitance简易水情检测系统（P题）【专科组】一、系统方案本系统主要由单片机STC89C52模块、LCD显示模块、PCF8591电压转换模块、电源模块、水位检测模块、PH值检测模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。
2017 年全国大学生电子设计竞赛试题-微电网模拟系统(A题)
2017年全国大学生电子设计竞赛试题参赛注意事项（1）8月9日8:00竞赛正式开始。
本科组参赛队只能在【本科组】题目中任选一题；高职高专组参赛队在【高职高专组】题目中任选一题，也可以选择【本科组】题目。
（2）参赛队认真填写《登记表》内容，填写好的《登记表》交赛场巡视员暂时保存。
（3）参赛者必须是有正式学籍的全日制在校本、专科学生，应出示能够证明参赛者学生身份的有效证件（如学生证）随时备查。
（4）每队严格限制3人，开赛后不得中途更换队员。
（5）竞赛期间，可使用各种图书资料和网络资源，但不得在学校指定竞赛场地外进行设计制作，不得以任何方式与他人交流，包括教师在内的非参赛队员必须迴避，对违纪参赛队取消评审资格。
（6）8月12日20:00竞赛结束，上交设计报告、制作实物及《登记表》，由专人封存。
微电网模拟系统（A题）【本科组】一、任务设计并制作由两个三相逆变器等组成的微电网模拟系统，其系统框图如图1所示，负载为三相对称Y连接电阻负载。
交流母线图1 微电网模拟系统结构示意图二、要求1. 基本要求（1）闭合S，仅用逆变器1向负载提供三相对称交流电。
负载线电流有效值I o为2A时，线电压有效值U o为24V±0.2V，频率f o为50Hz±0.2Hz。
A - 1 / 3（2）在基本要求（1）的工作条件下，交流母线电压总谐波畸变率（THD）不大于3%。
（3）在基本要求（1）的工作条件下，逆变器1的效率ƞ不低于87%。
（4）逆变器1给负载供电，负载线电流有效值I o在0~2A间变化时，负载调整率S I1≤0.3%。
2. 发挥部分（1）逆变器1和逆变器2能共同向负载输出功率，使负载线电流有效值I o 达到3A，频率f o为50Hz±0.2Hz。
（2）负载线电流有效值I o在1~3A间变化时，逆变器1和逆变器2输出功率保持为1:1分配，两个逆变器输出线电流的差值绝对值不大于0.1A。
负载调整率S I2≤0.3%。
微电网模拟系统
微电网模拟系统本系统分为两个三相逆变系统，逆变器 1 采用软件生成三相spwm 波，通过IR2110 驱动MOS 管，最后通过LC 滤波产生三相正弦波，通过电压传感器反馈输出交流的有效值给单片机，软件通过采样得到的有效值进行PID 控制算法，来控制SPWM 波，达到稳压的目的。
逆变器 2 电路主拓扑与逆变器一样，控制方法采用了硬件三相滞环比较型电流跟踪法。
可以输出恒定的交流电流，通过采集逆变器1 的电流波形，送入逆变器 2 控制系统的调制波输入，逆变器2 输出电流就会跟踪调制波的波形，达到同频同相的目的，通过控制调制波的的放大系数，可以改变两个逆变器的电流比，让两个逆变的电流比值恒定。
标签：三相逆变器;交流并联供电;SPWM 控制;滞环跟踪控制1 系统方案对竞赛题目进行分析，由于题目要求逆变器输出线电压的负载调整率低于0.3%，可见逆变器并联供电的时候必须保证输出线电压恒定。
另一方面，题目要求两个逆变器在输出时能够做到功率分配的控制，也就说明逆变器必须也能够有效地控制各自的输出电流。
需要同时实现并联系统三相输出的恒压和各逆变器的恒流控制，是本次竞赛题目的难点所在。
下面则针对于本题的要求，对控制方法的方案设计进行讨论。
控制方法的论证与选择为了解决题目要求的对输出线电压的恒压控制，并做到对各个逆变器的恒流控制，可以考虑对两个逆变器采用不同的控制策略。
对逆变器 1 做恒定线电压的闭环控制，在负载不变的情况下，并联系统输出的总电流是恒定的。
在此基础上，对逆变器2 做恒流并网控制，将逆变器 1 的输出视为主电网，控制逆变器2 的输出并网电流恒定。
那么只要使得逆变器2 的给定电流与总电流之间保持一定的比例关系，就可以保证逆变器 1 和逆变器 2 的输出电流能够按照设定的比例分配。
但是对于两个逆变器的控制方案，也有多种选择，下面分开进行讨论：方案一：采用单片机控制两个逆变器，在输出进行反馈两路电压电流信号进入单片机，采用PID 算法控制定时器输出占空比，从而控制输出电流和电压，方法简单，容易实现。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微电网模拟系统-参考论文--by电子狂牛中文简要本文论述是一种采用STC15F2K60S2单片机为核心的SPWM逆变电源，单片机通过自然数查表法控制内部的3路硬件PWM模块生成SPWM脉冲信号，采用双极性调制方案驱动三相全桥逆变电路，输出经LC低通滤波器滤波，最后在负载上得到稳定的正弦波交流电。
其正弦波输出频率由单片机内部程序控制调节。
另外本系统外接按键，按键能设定开始与停止。
关键词：SPWM，双极性调制，三相逆变，STC单片机Design of a Single-phase Inverter Power SupplyAbstractThis article discusses a use PIC16F1937 microcontroller core of SPWM inverter, two internal microcontroller hardware PWM module generates SPWM pulse signal modulation scheme bipolar drive three-phase full-bridge inverter circuit controlled by a natural number look-up table, Output by the LC low-pass filter, and finally get a stable sine wave AC to the load. Its sine wave output frequency is adjusted by program control MCU. In addition the system external buttons and LCD screen, power button can be set to start and stop, the LCD screen can display real-time input voltage and output current, output sine wave frequency, so that the security and stability of the system has been greatly improved.Key words: SPWM, bipolar modulation, phase inverter, PIC microcontroller目录前言 (5)1.1 研究目的及要求 (5)1.2 相关研究现状及前景 (5)1.3内容章节概述 (6)系统分析 (7)2.1 逆变器的基本概念与工作原理 (7)2.1.1正弦波逆变器的电路构成 (7)2.1.2常用的逆变器调压方法： (7)2．2逆变器的基本类型 (7)2．3 PWM控制技术 (8)3．1总体原理图 (11)3．2电路原理图 (12)3．2．1单片机的选择 (12)3．2．2 滤波电路 (12)3 ．2．5 场效应管的选择 (13)3．3小结 (14)4 程序设计 (15)4．1 程序选择说明 (15)4．2 SPWM查表 (15)5.1 系统仿真 (18)5.2实物照片 (19)5．2单片机输出波形测试 (19)5．2．1测试仪器 (19)5.1 示波器 (20)5．2．2测试方法 (20)5．2．3测试结果 (20)5．4测试结论 (21)6总结 (22)6.1 结论总结 (22)附录： (23)程序代码 (23)前言1.1 研究目的及要求掌握正弦波逆变器的电路的组成，重点明白其中中各元器件的原理及用处，对正弦波逆变电路在电阻负载、电阻电感负载是的工作情况及其波形作全面分析，并研究工作频率对电路工作波形的影响。
采用SPWM控制方式对逆变桥进行调制，最后经电容、电感过滤实现正弦波逆变的目的。
1.2 相关研究现状及前景逆变电源的发展与和电力电子器件的发展息息相关，可以说电力电子器件器件的发展引导着逆变电源的发展。
上世纪60年代正是电力电子技术飞速发展的时期，逆变电源就是在这个时期产生的，直到现在，逆变电源已经经过了三代的发展。
最初的逆变电源用的是晶闸管作为逆它的开关器件，称为可控硅逆变电源，但是因为早期晶闸管没有自关断的能力，即使增加了换流电路使其拥有了这种能力，但换流电路的复杂结构和极低的效率等原因却使逆变电源下一步的发展进退维谷。
从上世纪70年代末开始，许多自关断器件相继被发明出来，例如可关断晶闸管、电力晶体管等，这也促进了逆变电源的发展，于是使用自关断器件作为开关器件的逆变器产生了，这就是第二代逆变电源，使用了自关断器件的逆变器它逆变电源的性能获得了极大的提升，使用了自关断器件的逆变器与初代逆变器相比有了许多优点，首先因为有了自关断功能，所以不再需要换流电路，这样使主电路得到简化以至于降低了成本；其次由于逆变器使用了自关断器件，以至于其性能相比初代得到了极大的提升。
这一代的逆变电源通常采用带输出电压有效值反馈的SPWM控制技术来控制。
这一代的逆变器拥有简单的结构和容易实现的优点，但也并不意味这他没有缺点，由于它没有考虑信号传输过程中开关点的变化及负载的影响，所以还是有不少的缺点的，首先它如果负载是非线性的就没有良好的适应能力，非线性的负载会使输出电压的波形发生畸变；其次因为没有瞬时值的反馈所以它的动态特性也不好；最后因为有控制不到的时间域，同样会使输出的电压波形发生畸变。
这些缺点使得第二代逆变电源依然不够完善。
随着近十年来新型电源控制技术的蓬勃发展，针对第二点逆变电源的缺点发明了实时反馈控制技术这也使得第三代逆变电源应运而生，三代逆变电源使用了这种技术又一次使逆变电源的性能提高了，同时还弥补了第二代的缺点，这种技术到目前为止还在不断地被完善，实时反馈控制技术拥有许多种，基于对动态性能和适应性等方面的考虑目前被广泛采用的技术是带电流内环的电压瞬时值反馈控制。
1.3内容章节概述本文主要从系统分析、硬件设计、程序设计和实验测试四个方面阐述“三相SPWM逆变电路的设计”。
开始概述逆变器基本概念原理和SPWM控制技术，硬件设计介绍本次设计系的统结构框图，简要说明了单片机的选型、半桥驱动电路等，软件设计主要说明本设计的程序流程图；实验部分通过对设计电路的测试，说明试验结果。
系统分析2.1 逆变器的基本概念与工作原理2.1.1正弦波逆变器的电路构成如图所示，本电路由两部分组成,将交流转化为直流的这个部分属于整流,整流器的作用是把交流电转化为直流电，这个过程可以是不可控的，也可以是可控的，这部分采用不可控的二极管将交流变成直流。
整流之后采用用电容进行滤波,滤波器的作用是将波动的直流量过滤成平展稳定的直流量,整个过程无论是从结构上还是性能上都能满足实验要要。
最后直流变交流的部分为逆变部分,逆变器的作用是将直流电转化为交流电经过电感滤波后然后供给负载,这里的LC滤波是为了滤除高次谐波，得到到正弦波，而逆变器因为它输出的电压和频率与输入的交流电源无关所以为称为无源逆变器，它是正弦波逆变电路的核心，这里采用采用三相桥式逆变电路,用PWM控制调节输出电压及频率的大小。
2.1.2常用的逆变器调压方法：可控整流器调压：通过负载对电压的要求，使用可控的整流器来完成对逆变器输出电压的调节。
直流斩波器调压：在确定逆变器的电源侧有较高功率的情况下，通过不可控整流器可以在直流环节中通过设置改变直流斩波器来进行对电压的调节。
逆变器自身调压：在采用不可控整流器的前提下逆变器能用自身的电子开关进行斩波控制，这样就可以得到脉冲列，通过改变输出电压脉冲列的脉冲宽度，就可达对输出的电压进行调节，这种方法被称为脉宽调制（PWM）。
2．2逆变器的基本类型如果是直流输入端滤波器，那么它可以分为两种，分别是电流型和电压型，其中电流型逆变器它的中间部分采用的是大电感进行滤波，这样的输入电流的特点是具有阻抗大电流平，就仿佛似电流源，而电压型逆变器的中间部分则采用大电容进行滤波，这样的逆变器的输入电压的特点是阻抗小且电压平直，就仿佛电压源。
而如果按电子开关的频率进行区别则同样可分为两种分别是120°的导电型逆变器和180°的导电型逆变器。
2．3 PWM控制技术PWM控制技术翻译过来就是脉宽调制技术，它是原理是假如有一系列的脉冲想要变成需要的波形，那么就可以通过等效法对脉冲的宽度进行改变来等效着获得需要的波形，波形包含形状和幅值，这种控制的想法来源于于通信技术。
随着全控型器件的飞速发展可以十分轻松的把PWM控制技术实现，而且这种PWM控制技术在电力电子类方面的用处非常大且极其普遍，各种电力电子装置通过使用它而在性能方面得到了极大的改变，所以它在电力电子技术的整个历史拥有着举足轻重的地位，而PWM控制技术能在电力电子技术中拥有这种举足轻重的地位主要还是因为它在逆变电路中被完美的应用了，直到目前为止PWM控制技术被普遍采用与各式各样的逆变电路。
2.3.1 PWM控制技术的面积等效方法PWM控制技术的理论基础就是面积等效法，而面积等效法的核心思想就是假如把一系列具有相同冲量但是形状不一的窄脉冲施加在一个具有惯性的环节上，那么它们的效果就基本上是一样的，在这里相同的冲量其实就是相同的面积如图2.3.1。
2.3.1正弦波正半周的等效PWM波图在正弦波的负半周上使用等面积法依旧可得到PWM波形，所以在一个完的整周期内正弦波的等效PWM波如图2.3.2所示。
2.3.2单极性调制等效正弦波的SPWM 波图目前还有一种被采用更多的等效方式，用的也是等面积发如图2.3.3所示。
2.3.3双极性调制等效正弦波的SPWM 波图2.3.2 基于PWM 控制技术的逆变电路至今为止PWM 控制技术已被运用到了大多数的逆变电路之中，这种逆变电路既有电流型又电压型而后者被用到的更多。
有两种方法法可以获得PWM 波形，它们分别是通过计算获得和通过调制获得，其中前者是根据正弦波的一系列数据进行精确计算得出每个脉冲的宽度和他们之间的间隔，以此来操控开关器件的通断来得到PWM 波形；而后者是把调制信号的比作想要输出的波形，通过对信号进行调制来得到想要的PWM 波形。
2.3.3 双极性PWM 调制技术按一定方法对电压的输出脉冲列里面的各脉冲宽度进行改变从而使得使电压的输出脉冲列在周期内的时间相对于均值按正弦的规律变化，这就是SPWM ，这种技术把等腰三角波电压当做载波信号，而调制信号则用正弦波电压，最后把这两种信号进行比对，以此来确定每个分段的矩形脉冲的宽度。
因为三角波和正弦波的区别主要源于它们的极性是不一样的，所以可以把SPWM 分为单极性和双极性的，在这次设计中采用的三相桥式逆变电路，这种逆变电路两种调试方式都可以使用，在这里采用了双极性PWM 调制技术的方法，它的原理如图2.3.4所示。