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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mqtt物联网数据传输协议
引用github的资源https://mcxiaoke.gitbooks.io/mqtt-cn/Introduction3.2 CONNACK一确认连接请求o3.3 PUBLISH-发布消息o34 PUBACK一发布确认o35 PUBREC-发布收到(QoS2,第一步)°36 PUBREL-发布释放(QoS2,第二步)°3.7P∪ BCOME一发布完成(QoS2,第三步)o3.8 SUBSCR|BE-订阅主题o39S∪BACK-订闶确认o3.10 UNSUBSCR|BE-取消订阅3.11 UNSUBACK-取消订阔确认3.12P| NGREG一心跳请求3.13 PINGRESE一心跳响应o3.14D| SCONNECT一断开连接第四章一操作行为第五章一安全第六章一使用 Websocket第七章一一致性目标附录B-强制性规范声明旧版文档已过期,建议使用 GifTbook版本最新版本:V1.0.12015.10.22文档连接中文版HTMLMQTT3.1.1中文版中文版PDFMQTT3.1.1中文版英文版HTMLMQTT Version 3.1.1英文版PDFMQTT∨ ersion3.1.1许可协议署名-非商业性位用-相同方式共享4.0国际联系方式IntroductionBloghttp://blog.mcxiaoke.comGithub:https://github.com/mcxiaoke.Email:github@mcxiaoke.com开源项目·Rx文档中文翻译:htts:/! github. com/mcxiaoke/ RXDOCS·MQTT协议中文版:htps:/ github. com/ mcxiaoke/mgttAwesome-kotlin:httpsgithub.com/mcxiaokelawesome-kotlin.Kotlin-koi:https:/github.com/mcxiaoke/kotlin-koiNeXt公共组件库:htps!/github.com/xiaoke/Android-Next· PackerNg极速打包:htts;/ github. com/mcxiaoke/ packer- ng-pluginGradle渠道打包https://github.com/mcxiaoke/gradle-packer-plugin·VentuS实现xBus:htps;/github.com/miaoke/BuS磨菇饭App:htps:! github. com/mcxiaoke/minicat·饭否客户端:https:/github.com/mcxiaoke/anfouapp-opensourceVolleyt:https://github.com/mcxiaoke/android-volley第一章-MQTT介绍第一章概逃 Introduction1.1MQTT协议的组织结构 Organization of MQTT本规范分为七个章节:第一章一介绍第二章一MQTT控制报文格式第三章一MQTT控制报文·第四章一操作行为第五章一安全第六章一使用 Websocket第七章一一致性日标附录B一强制性规范声明12术语 Terminology本规范中用到的夭键字必须MUST,不能 MUST NOT,要求 REQUIRED,将会 SHALL,不会 SHALL NOT,应该 SHOULD,不应该 SHOULD NOT,推荐 RECOMMENDED,可以MAY,可选 OPTIONAL都是按照 TE RFC2119[RFC2119]中的描迹解释。网络连接 Network ConnectionMQTT使用的底层传输协议基础设施。客户端使用它连接服务端。它提供有序的丶可靠的丶双向字节流传输。例子见42节应用消息App| ication Message MQT协议通过网络传输应用数据。应用消息通过MQT传输时’它们有关联的服务质量(QoS)和主题( Topic)客户粥C|ient使用MQπT的程序或设备。客户端总是通过网络连接到服务端。它可以发布应用消息给其它相关的客户端。●订阅以请求接受相关的应用消息。·取消订阅以移除接受应用消息的请求从服务端断开连接第一章-MQTT介绍服务端 Server个程序或设备,作为发送消息的客户端和请求订阅的客户端之间的中介σ服务端接受来自客户端的网络连接。接受客户端发布的应用消息。·处理客户端的订阅和取消订阅请求。转发应用消息给符合条件的已订阅客户端订 Subscription订阔包含一个主题过滤器( Topic Filter)和一个最大的服务质量(QoS)等级。订阅与单个会话( Session)关联。会话可以包含多于一个的订阅。会话的每个订阅都有一个不同的主题过主题名 Topic Name附加在应用消息上的一个标签’服务端巳知且与订阔匹配。服务端发送应用消息的一个副本给每一个匹配的容户端订阅。主题过滤器 Topic Filter订阅中包含的一个表达式,用于表示相关的一个或多个主题。主题过滤器可以使用通配符。会话 Session客户端和服务端之间的状态交互。一些会话持续时长与网络连接一样·另一些可以在客户端和服务端的多个连续网络连接间扩展。控制报文 MQTT Contro| Packet通过网络连接发送的信息数据包。MQTT规范定义了十四种不同类型的控制报文,其中一个( PUBLISH报文)用于传输应用消息。1.5数据表示 Data representations1.51二进制位Bits字节中的位从0到7。第7位是最高有效位’第0位是最低有效位。1.52整数数值 Integer data values整数数值是16位’使用大湍序( big-endian,高位字节在低位字节前面)。这意味着一个16位的字在网络上表示为最高有效字节(MSB),后面跟着最低有效字节(LSB)1.53UTF8编码字符串UTF8 encoded strings后面会描逑的控制报文中的文本字段编码为UTF8格式的字符串。UTF8[RFC3629]是一个高效的υ ncode字符编码格式’为了攴持基于文本的通信’它对ASC∏字符的编码做了优化第一章-MQTT介绍每一个字符串都有一个两字节的长度字段作为前缀,它给出这个字符串UTF8编码的字节数,它门在图例1.1UTF8编码字符串的结构中描述。因此可以传送的UTF-8编码的字符串大小有个限制,不能超过65535字节除非另有说明’所有的UTF-8编码字符串的长度都必须在0到65535字节这个范围内。图例1.1UTF8编码字符串的结构 Structure of ute8 encoded strings进制位7-0yte字符串长度的最高有效字节(MsB)byte 2字符串长度的最低有效字节(LSB)byte 3如果长度大于0,这里是UTF-8编码的字符数据。UTF-8编码字符串中的字符数据必须是按照 Unicode规范[ Unicode]定义的和在RFC3629[RFC3629]中重申的有效的UTF8格式。特別需要指出的是,这些数据不能包含字符码在U+D800和U+DFFF之间的数据。如果服务端或客户端收到了一个包含无效UTF-8字符的控制报文”它必须关闭网络连接[MQTT1.53-]。UTF-8编码的字符串不能包含空字符U+0000如果客户端或服务端收到了一个包含U+0000的控制报文’它必须关闭网络连接MQTT-1.53-2]数据中不应该包含下面这些 Unicode代码点的编码。如果一个接收者(服务端或客户端)收到了包含下列任意字符的控制报文,它可以关闭网络连接U+0001和U+00F之间的控制字符∪+007F和∪+009F之问的控制字符Unicode规范定义的非宇符代码点(例如U+ OFFFF)Unicode规范定义的保留字符(例如U+ OFFFF)UTF-8编码序列0XEF0xBB0XBF总是被解释为U+FEFF(零宽度非换行空白字符)’无论它出现在字符串的什么位置’报文接收者都不能跳过或者剥离它[MQTT-153-3]。非规范示例 Non normative example例如,字符串A是一个拉丁字母A后面跟着一个代码点U+2A6D4(它表示一个中日韩统表意文字扩展B中的字符)这个字符串编码如下图例12UTF8编码字符串非规范示例UTF-8 encoded string non normative example第一章-MQTT介绍Bit54byte 1字符串长度MSB(0x0O)00byte 2字符串长度LSB(0×05)byte 3A(0×41)00000bye4(0×F0)000byte 5(OXAA)00byte 6(0×9B)0byte 7(0×94)0001.6编辑约定 Editing conventions本规范用黃色高亮的文本标识一致性声明·毎个一致性声明都分配了一个这种袼式的引用:[MQTT××x-y]项目主页MQTT协议中文版第二章一MQTT控制报文格式第二章MQTT控制报文格式 MQTT ControPacket format目录第一章-个绍第二章一MQTT控制报文格式第三章一MQTT控制报文·第四章一操作行为第五章一安全第六章一使用 Websocket第七章一一致性目标附录B-强制性规范声明2.1MQTT控制报文的结构 Structure of an MQTTControl packetMQπT协议通过交換预定义的MQTT控制报文来通信。这一节描逃这些报文的格式。MQTT控制报文由三部分组成’按照图例2.1-MQ∏控制报文的结构描逃的顺序图例21-MQTT控制报文的结构Fixed header固定报头’所有控制报文都包含Variable header可变报头·部分控制报文包含Payload有效载荷·部分控制报文包含22固定报头 Fixed header每个MQTT控制报文都包含一个固定报头。图例2.2-因定报头的格式描逑了因定报头的格式图例22-固定报头的格式第二章一MQTT控制报文格式Bit65432byte 1MQTT控制报文的类型用于指定控制报文类型的标志位byte 2剩余长度221MQTT控制报文的类型 MQTT Control Packet type位置:第1个字节,二进制位7-4表示为4位无符号值,这些值的定义见表格2.1-控制报文的类型表格2.1-控制报文的类型名字值报文流动方向描述Reserved禁止保留CONNECT客户端到服务端客户端请求连接服务端CONNACK2服务端到客户端连接报文确认PUBLISH两个方向都允许发布消息PUBACK丙个方向都允许QoS1消息发布收到确认PUBREC5两个方向都允许发布收到(保证交付第一步)PUBREL两个方向都允许发布释放(保证交付第二步PUBCOMP7两个方向都允许QoS2消息发布完成(保证交互第三步)SUBSCRIBE8客户端到服务端客户端订阅请求SUBACK9服务端到户风请求摄文确认UNSUBSCRIBE10客户端到服务端客户端取消订阋请求UNSUBACK服务端到客戶端取消订阔报文确认PINGREQ12客户端到服务端跳请求PINGRESP13服务端到客户端心跳响应DISCON№ECT14客户端到服务端客户端断开连接Reserved15禁止保留222标志Fags固定报头第1个字节的剩余的4位[30]包含每个MQTT控制报文类型特定的标志,见表格22-标志位。表格2.2中任何标记为“保留”的标志位·都是保留给以后使用的·必须设置为表柊中出的值[MQT「-22.2-1。如果收到非法的标志’接收者必须关闭网络连接。有美错误处理的详细信息见4.8节MQTT2222]
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