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。

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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。

微电网模拟系统方案的设计发表时间：2018-05-14T16:41:59.860Z 来源：《电力设备》2017年第34期作者：李华强杨艳慧贾卫萍原瑜点李晓光[导读] 摘要：本设计以STC15F260S2单片机为控制核心，单片机通过自然数查表法产生3路SPWM脉冲信号，采用IR2104驱动逆变电路，用IRF540MOS管组成半桥驱动电路，输出经LC低通滤波器滤波，用LM2596芯片作为辅助电源，调试时采用分模块调试的方法，经过制作与调试，该作品能够在连接负载的情况下输出三路稳定的正弦波，线电压有效值24V，电流2.18A，频率50HZ，电路效率达到92.22%，（中北大学 036000）摘要：本设计以STC15F260S2单片机为控制核心，单片机通过自然数查表法产生3路SPWM脉冲信号，采用IR2104驱动逆变电路，用IRF540MOS管组成半桥驱动电路，输出经LC低通滤波器滤波，用LM2596芯片作为辅助电源，调试时采用分模块调试的方法，经过制作与调试，该作品能够在连接负载的情况下输出三路稳定的正弦波，线电压有效值24V，电流2.18A，频率50HZ，电路效率达到92.22%，谐波畸变率为3.5%。

关键词：三相逆变；半桥驱动；双极性调制；SPWM 0引言微电网是指由分布式电源、储能装置、能量转换装置、相关负荷和监控、保护装置汇集而成的小型发配电系统，是能够实现自我控制、保护和管理的自治系统，既可以与外部电网并网运行，也可以孤立运行。

微电网是大电网的有力补充，也是智能电网领域的重要组成部分，在工商业区域、城市片区及偏远地区有广泛的应用前景。

本设计采用STC15F2K60S2作为主控制器，通过程序控制输出三路SPWM 波，经过IR2104的驱动输入到半桥逆变电路，实现对逆变电路的控制。

1总体系统设计方案本系统主要由学生电源、STC15F2K60S2控制模块、DC-AC逆变模块、辅助电源模块以及负载组成。

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。

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。

（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%。

（3）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 输出功率可按设定在指定范围（比值K 为1:2~2:1）内自动分配，两个逆变器输出线电流折算值的差值绝对值不大于0.1A。

（4）其他。

三、说明（1）本题涉及的微电网系统未考虑并网功能，负荷为电阻性负载，微电网中风力发电、太阳能发电、储能等由直流电源等效。

（2）题目中提及的电流、电压值均为三相线电流、线电压有效值。

（3）制作时须考虑测试方便，合理设置测试点，测试过程中不需重新接线。

（4）为方便测试，可使用功率分析仪等测试逆变器的效率、THD 等。

（5）进行基本要求测试时，微电网模拟系统仅由直流电源 1 供电；进行发挥部分测试时，微电网模拟系统仅由直流电源 1 和直流电源 2 供电。

（6）本题定义：（1）负载调整率，其中U o1为I o=0A 时的输出端线电压，U o2 为I o=2A 时的输出端线电压；（2）负载调整率，其中U o1为I o=1A 时的输出端线电压，U o2为I o =3A 时的输出端线电压；（3）逆变器 1 的效率ƞ 为逆变器 1 输出功率除以直流电源 1 的输出功率。

2017年全国职业院校技能大赛光伏电子工程的设计与实施赛项评分标准一、工程规划与工程部署1、微电网系统图模块评分标准微电网系统图模块评分标准（模块总分6分）2、PLC与继电器接线图模块评分标准与继电器接线图模块评分标准（模块总分9分）PLC3、工程部署与安装模块评分标准工程部署与安装模块评分标准（模块总分15分）二、系统开发与系统调试1、系统开发与系统调试模块评分标准系统开发与系统调试模块评分标准（模块总分41分）2、电路板装配模块评分标准电路板装配模块评分标准（模块总分4分）说明：凡是用选手自行装配的电路板实现电路功能和调试的，在完成逐日系统功能测试后，需要将自行转配的电路板拆卸下来，并放在赛位指定位置。

凡用原厂电路板实现功能和调试的，需要将选手自行装配的电路板放在赛位指定位置。

所有赛位完成功能测试后，统一收取电路板进行装配评判。

三、区域能源分析与排布区域能源分析与排布模块评分标准（模块总分20分）指标说明：1.太阳能倾角偏差：设计的光伏阵列倾斜角与最优倾斜角差2.太阳能电站选址：正确电站选址数量与该类型电站总数的比值3.太阳能电站偏差：电站选址气象资源与最优气象资源比值4.太阳能电站容量偏差：选手设计的电站容量与系统参数计算容量比值5.风能电站选址：正确电站选址数量与该类型电站总数的比值6.风能电站偏差：电站选址气象资源与最优气象资源比值7.风能电站容量偏差：选手设计的电站容量与系统参数计算容量比值8.生物质选址：正确电站选址数量与该类型电站总数的比值9.生物质偏差：选手设计的生物质电站数量与系统给定参数下计算的电站数量差（误差在1格以内）10.地热选址：正确电站选址数量与该类型电站总数的比值11.地热利用率：地热电站为制冷、制热能耗提供能源与制冷、制热能总耗提的比值12.供电不足天数：出现供电不足的天数（储能为0的天数）13.弃电天数：出现弃电天数（储能满值天数）14.储能波动：储能波动的比例15.占地格数：选手设计的所有能源占地格数总和四、职业规范与安全生产职业规范与安全生产模块评分标准（模块总分5分）说明：1.在竞赛过程中，因参赛选手个人操作不当导致设备破坏性损坏或造成事故，扣15分，损坏两次及以上者取消竞赛资格。

微电网模拟系统设计报告题目：微电网模拟系统摘要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模块目录1方案论证 (1)1.1主控单元的比较与选择 (1)1.2SPWM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............................................................................ 错误!未定义书签。

3.2.2控制程序 (5)4测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案及测试条件.................................................................... 错误!未定义书签。

图1 系统总体方案(1)其中，三相静止坐标系到两相旋转坐标系的转换矩阵为：在三相对称稳态时，dq坐标系下的d轴分量数值与输出电压幅值相等，而q轴分量为0。

据此，主控制器在dq坐标系下进行电压单环控制实现输出稳压。

2.2.2 基于主从控制的均流策略系统采用主从控制策略实现两逆变器并联均流统控制主逆变器使其工作于稳压模式，控制从逆变器工图2 主控制器控制框图图3 从控制器控制框图4450ELECTRONIC ENGINEERING & PRODUCT WORLD2018.9母线电压至少为38.2 V ，留取一定的裕量，开关管耐压须大于50 V 。

单逆变器运行时，最大输出电流为2 A 。

故开关管选择Fairchild 公司生产的NTD3055，最大漏源电压V DS =60 V ，最大漏极电流I D =9 A ，可满足电压电流应力需求。

3.1.2 滤波器参数设计（1）滤波电感设计。

取电感电流纹波为平均电感电流的0.2，为保证电感电流不断流，由伏秒平衡：12×=×−L S O di L (V V )T (3)式中，V S 是系统稳定时的最大输入电压，其值选择为50 V ，V O 为额定输出线电压24 V ，T 为开关周期，取10 μs 。

代入参数计算，L=650 μH 。

由于系统主电路为三相半桥逆变结构，故每线电压滤波电感为两个半桥桥臂电感感值之和，故实际选择的三个电感感值为350 交流电压测量电路使用AB 、BC 交流相电压压，故需要对互感器输出信号增加直流偏置如图6所示，使用经电阻分压获得的应用手册，互感器原边输入电流需要小于据互感器原边输入电压设计输出电阻R L 交流电流测量电路如图霍尔传感器芯片线电流为2 A ，电流峰值为且抗干扰能力强流偏置为0.5倍VCC 引脚。

由于电压电流存在相位问题需注意电压电流相位关系手册推荐取值）图5 从控制器控制流程图图4 主控制器控制流程图图6 交流电压测量电路图7 交流电流测量电路图8 半桥驱动电路取值过大，虽然提高了抗干扰能力，但引入了额外的相移，且该传感器芯片在实际交流测量时也会存在相移问题，故对相位有一定要求的场合如功率因数测量时，不推荐该方案。

微电网模拟系统摘要：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。

关键词：三相逆变；STC单片机1.逆变器的基本概念与工作原理1.1正弦波逆变器的电路构成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。

1.2逆变器调压方法：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.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。

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。

微电网模拟系统设计发表时间：2020-05-07T07:31:54.362Z 来源：《中国科技人才》2020年第2期作者：赵飞张韬张宏亮李燮阳[导读] 定转子功率因数可调等优异特点。

为了更加适应满足稳定三相对称交流电输出以及交流母线电压总谐波畸变率更小，经综合考虑本设计选取该方案。

重庆工程学院重庆 400056摘要：本文设计的微电网模拟系统是一种以PIC16F1937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两路硬件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。

此外本系统外接按键及液晶屏，按键能设定电源开始与停止，液晶屏能实时显示输入电压及输出电流，输出正弦波的频率，使系统的安全及稳定得到了很大提升。

关键词：SPWM；双极性调制；三相逆变；PIC单片机一、方案设计与论证1.逆变器的设计电压型逆变器。

其中间部分利用大电容进行滤波，导致输入电压阻抗小且电压平直，类似电压源。

其特点是由电压型直流电源供电的逆变电路，具有结构简单、谐波含量少、定转子功率因数可调等优异特点。

为了更加适应满足稳定三相对称交流电输出以及交流母线电压总谐波畸变率更小，经综合考虑本设计选取该方案。

2.逆变器调压设计方案一：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。

方案二：逆变器自身调压。

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以得到脉冲序列，通过改变输出电压脉冲列的脉冲宽度，完成对输出的电压的调节，该方法又被称为脉冲宽带调制（PWM）。

可控整流器调压方式与直流斩波器调压方式能够完成逆变器输出电压的调节，但PWM调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。

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。

第一页是空白页2017年全国大学生电子设计竞赛四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（C题）【本科组】2017年8月12日摘要本系统由数据信息采集、数据信号处理、飞行姿态稳定和航向控制部分组成。

系统选用瑞萨RX23T MCU单片机作为主控芯片，以STM32F103VET6为核心的飞控完成飞机自稳，通过超声波传感器来检测飞行高度，再通过瑞萨芯片分析并向飞控传递信号来保持或改变飞行状态。

利用无线信号发射接收装置来建立小车与飞行器之间的联系，完成配对后会有二极管和扬声器发出配对成功信号，再通过接收方位信号的改变来调整飞行姿态以完成跟随小车的目标。

关键词：瑞萨R5F523T5ADFM单片机STM32F103VET6最小系统板超声波测距PID算法无线收发模块目录1系统方案 01.1 控制系统的选择 01.2 飞行姿态控制的论证与选择 01.3 高度测量模块的论证与选择 01.4 电机及调速方案的论证与选择 01.5 无线信号发射与接收模块的论证与选择 (1)2系统理论分析与计算 (1)2.1控制方案的设计与分析 (1)2.1.1 飞行器起飞及悬停方案设计 (1)2.1.2 飞行姿态控制设计 (1)2.1.3 飞行高度控制 (1)2.1.4 小车与飞行器联动设计 (2)2.2 参数的计算 (2)2.2.1 飞行稳定的PID计算 (2)2.2.2 高度控制的PID计算 (2)2.2.3 声光联动的参数设定 (2)3电路与程序设计 (2)3.1电路的设计 (2)3.1.1系统总体框图设计 (2)3.1.2 控制系统框图 (3)3.1.3 飞控系统框图 (3)3.1.4电源的选用 (4)3.2程序的设计 (4)3.2.1程序功能描述与设计思路 (4)3.2.2程序流程图 (4)4测试方案与测试结果 (5)4.1测试方案 (5)4.2 测试结果及改进 (5)附录1：电路原理图 (6)附录2：源程序 (8)四旋翼自主飞行器探测跟踪系统（C题）【本科组】1系统方案本系统主要由总控制模块、飞行控制模块、超声波测距模块、无线信号发射接收模块、电源模块组成，下面分别论证这几个模块的选择。

微电网模拟系统设计曾贵苓;张玉明;段争光【摘要】本微电网模拟系统由两个三相逆变器组成,能够实现将直流输入电能转变为稳定的三相正弦交流电.系统主要由功率直流电源、单片机IAP15F2K61S2、桥驱动、IRF3205场效应功率管、12864液晶显示器等器件组成.采用SPWM控制技术实现正弦波逆变,电路设计结构牢靠且价格低廉.它在多种环境工作方面表现优良,易于推广.【期刊名称】《芜湖职业技术学院学报》【年(卷),期】2019(021)001【总页数】5页(P32-36)【关键词】微电网;IAP15F2K61S2;SPWM;三相逆变电源【作者】曾贵苓;张玉明;段争光【作者单位】芜湖职业技术学院电气工程学院,安徽芜湖,241006;芜湖职业技术学院电气工程学院,安徽芜湖,241006;芜湖职业技术学院电气工程学院,安徽芜湖,241006【正文语种】中文【中图分类】TM727.4世界各国能源危机已迫在眉睫，新能源的开发与利用成为可持续发展的必由之路。

微电网是一个小型发配电系统，具有成本低污染小等特点。

微电网对于可再生能源的分布式发展具有关键作用，也是传统电网向智能电网过度的有效方式，是大电网的有效补充[1]。

因此我们设计并制作了由两个三相逆变器等组成的微电网模拟系统，整体设计具有结构简单、成本低廉、运行可靠等优点[2]。

本逆变系统主要由直流电源变换电路、MOS管驱动电路、LC滤波电路、IAP15F2K61S2单片机，显示模块等组成，本设计使用IAP15F2K61S2单片机作为控制系统，软件中采用查表法对内部的三路硬件PWM模块进行控制，生成SPWM脉冲信号，三相全桥逆变电路采用双极性调制方案驱动，经LC低通滤波器滤波后输出稳定的正弦波交流电[3]。

显示模块对电流电压检测电路运行状况进行实时显示。

系统总体框图如图1所示：IAP15F2K61S2单片机功耗低，运算速度更快，且片上资源满足设计精度的要求。

其内部自带振荡器，振荡器精度高达0.4%；拥有38个I/O口，且该芯片程序区的EEPROM统一了，可以在Keil里调试程序和改写程序，不用专门下载程序了。