微网逆变器及电能质量治理综合装置逆变部分软件
目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究的意义 1
1.2 微网及其逆变器的发展现状 1
1.3 课题主要研究内容 3
2 微网电能质量控制 3
2.1 谐波的危害与治理 3
2.2 多功能微网逆变器的方案研究 5
3 微网电力系统仿真 12
3.1 MATLAB简介 13
3.2 电路仿真 13
3.3 系统仿真波形分析 17
4 硬件系统设计 22
4.1 信号采集模块 22
4.2 控制系统模块 23
4.3 驱动电路模块 24
5 软件系统设计 26
5.1 CCS简介 26
5.2 软件框架 27
5.3 软件系统调试及实验结果 30
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
附录A：电流检测模块原理图及其实物图 36
附录B：IPM驱动模块原理图及其实物图 40
附录C：各部分功能程序 42
1 绪论
1.1 课题研究的意义
随着世界经济的飞速发展，人们对于能源的需求不断加大。而传统的电力系统，如火力发电、水电以及核电都越来越不能满足当代社会的消耗需求，电力部门也发现了传统大型电厂和供电系统的弊端：灵活性差、成本高等特点，而分布式发电能够有效地解决大型电网的缺点，也让电力系统多元化，缓解了能源的压力。它能够有效的实现有功功率和无功功率就地补偿，灵活性大，并且具有大型电网不具有的调峰、调频功能。对于优化供电系统，改善电网结构有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
着重要的意义。所以以大电网为主，分布式发电为辅的发电模式成为未来电力系统发展和研究的主要方向。
微网[1]是以分布式发电为核心，储能装置、负荷以及相关监控和保护装置为辅的一种有机结合。微电网的典型应用场合包括：以家庭为主的社区供电、孤立岛屿和偏远山区等的供电。但是随着微电网技术的不断发展，微电网系统中存在大量的线性负荷和非线性负荷，非线性负荷包括逆变器、整流器等各类电力电子器件，这些器件都会使电网中存在大量的谐波，如果这些谐波不加以整治，其将导致电网中的电压和电流波形畸变严重，导致电能利用效率低下，影响用户用电质量，严重时还会引发电网瘫痪等问题。所以如何抑制谐波，提高能源利用率得到人们了广泛的关注。
作为微网的重环节逆变器以及微网电能质量的控制决定微网的发展，目前并网逆变器发展比较成熟，但如何在并网逆变器实现并网的前提下，提高能源的利用率，减少电网的谐波成为新的技术热点。本文在传统的并网逆变器在向电网输送有功的基础上加上了谐波抑制功能，即在向电网传送有功功率的同时加入与电网谐波大小相等、方向相反的补偿谐波，实现逆变器的功能拓展，达到逆变和抑制谐波的目的，从而改善电网电能质量[2]。
1.2 微网及其逆变器的发展现状
1.2.1 微网的发展
微网是由电力电子技术、分布式发电、可再生能源和储能技术构成的多重化集合。可以实现多个分布式电源的统一灵活控制，而且可以在不改变大电网参数的前提下实现并网。是一种有效的电能供给方案，得到了人们越来越多的重视。微网在本质上改变了人们对于电力系统的需求方式，在降低电力系统建设成本、提高电力系统灵活性有着巨大的潜力。目前，世界上有许多国家都加入了微网方面的研究，并且获得了不少实验性的成功。
美国早在2003年就提出了微网的概念，并且获得了不少的研究成果。由于近年来，多地高频的受到停电事故的影响，电力行业已逐渐将目光从传统电网转向微网方面的研究，目的是提高电网的可靠性、灵活性。美国通用电气公司(GE)和美国能源部也共同进行了“通用电气全球研究”计划，其目的在于开发一套完整的微网系统，以用来满足格式各样的微网需求。2015年4月，美国特斯拉电动汽车公司更是推出了具有革命意义的家用太阳能电池系统，该套Powerwall系统其储能完全来自于太阳能，以微网闭环控制的机制能够实现普通家庭用电系统与大网供电系统的分离，如果能量过剩还可以将该系统进行当地并网，在用电高峰期随时的将多余电量注入电网，不仅也大量节约了用电成本，而且还有效的缓解了电网的供电压力。
欧洲由于其电网是由国家独立电网互联而成的，地区性事故容易引起国家安全，所以欧洲更加关注电网智能化、多元化和稳定性。所以其微网则是着眼于电能安全和市场需要，其研究工作则是以2005年的 “智能电网”(Smart Power Network)计划为代表。
日本作为一个岛国，自然资源匮乏，传统的电力系统满足不了工业发展的需求，在微网方面的研究比较早。为了适应区域要求，其在电能储备装置和多元化能源途径方面进行了大量的研究工作。以新能源产业技术综合开发机构(NEDO)支持的各式能源区域电网的发展取得了不小的成果，并且在爱知、京都、和八户等地做了大量的论证研究，开发微电源与负荷需求平衡的控制系统。
在微网的研究上，我国也做了大量的工作，政府基于了高度重视。由国家制定的国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)明确要求要发展可再生能源。间歇式电源并网及输送技术的研究已列入863计划，同年以教育部发起的“分布式能源发电系统并网运行技术”的研究得到了华北电力大学、天津大学、上海交通大学、合肥工业大学共同协助。
微网作为一种新型的能源供应方式，得到了长足的发展，并且已成为当代的电力系统中不可缺少的部分。
1.2.1 微网逆变器
微网逆变器是微网与大电网链接的有效方式，是电能传输的重要通道，而逆变器的技术与各类电能的传输质量和效率有着直接的关系，直接影响着微网的发展。
微网逆变器从传统的不控整流到现在的PWM可控整流，其逆变效果得到了有效的提高，对于微网中分布式电源的多样性和多变性，可控逆变能够实现电能的有效转换，提高了微网的灵活性。
目前，微网逆变器发展成熟，例如西门子、ABB、Vacon等电力公司都有自己的成型产品。而如何在分布式电源入网的前提下，应用微网逆变器提高电能的利用率，减少谐波的对电网的影响成为了进一步的挑战。
1.3 课题主要研究内容
微网中向电网实现能量传输的时需要进行整流逆，进行大量的DC-AC或AC-DC-AC整流过程，逆变器工作会产生大量的谐波，并且微网中的非线性负荷和电力电子器件以及开关电源等的大量也会使得电网的谐波问题加剧[3-4]。谐波的不仅会影响电能指标，严重时甚至会造成继电保护装置误动作，使电气设备运行异常，降低电网的稳定性。本文研究对象不仅具备分布式电源功能，向微网供电，也可对微网电能质量进行治理，提高微网供电质量，提高微网运行的安全性、可靠性。
针对微电网中并网逆变器的功能和结构展开，在已有并网逆变器研究的基础上增加谐波抑制、无功补偿以及有功补偿的功能[5]。软件部分的重点是应用仿真软件搭载并网逆变器系统的仿真模型，研究并网逆变器实现谐波抑制的算法仿真。最后在仿真的基础上搭载硬件实验平台,达到软件算法的实现。
2 微网电能质量控制
2.1 谐波的危害与治理
1 绪论 1
1.1 课题研究的意义 1
1.2 微网及其逆变器的发展现状 1
1.3 课题主要研究内容 3
2 微网电能质量控制 3
2.1 谐波的危害与治理 3
2.2 多功能微网逆变器的方案研究 5
3 微网电力系统仿真 12
3.1 MATLAB简介 13
3.2 电路仿真 13
3.3 系统仿真波形分析 17
4 硬件系统设计 22
4.1 信号采集模块 22
4.2 控制系统模块 23
4.3 驱动电路模块 24
5 软件系统设计 26
5.1 CCS简介 26
5.2 软件框架 27
5.3 软件系统调试及实验结果 30
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
附录A：电流检测模块原理图及其实物图 36
附录B：IPM驱动模块原理图及其实物图 40
附录C：各部分功能程序 42
1 绪论
1.1 课题研究的意义
随着世界经济的飞速发展，人们对于能源的需求不断加大。而传统的电力系统，如火力发电、水电以及核电都越来越不能满足当代社会的消耗需求，电力部门也发现了传统大型电厂和供电系统的弊端：灵活性差、成本高等特点，而分布式发电能够有效地解决大型电网的缺点，也让电力系统多元化，缓解了能源的压力。它能够有效的实现有功功率和无功功率就地补偿，灵活性大，并且具有大型电网不具有的调峰、调频功能。对于优化供电系统，改善电网结构有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
着重要的意义。所以以大电网为主，分布式发电为辅的发电模式成为未来电力系统发展和研究的主要方向。
微网[1]是以分布式发电为核心，储能装置、负荷以及相关监控和保护装置为辅的一种有机结合。微电网的典型应用场合包括：以家庭为主的社区供电、孤立岛屿和偏远山区等的供电。但是随着微电网技术的不断发展，微电网系统中存在大量的线性负荷和非线性负荷，非线性负荷包括逆变器、整流器等各类电力电子器件，这些器件都会使电网中存在大量的谐波，如果这些谐波不加以整治，其将导致电网中的电压和电流波形畸变严重，导致电能利用效率低下，影响用户用电质量，严重时还会引发电网瘫痪等问题。所以如何抑制谐波，提高能源利用率得到人们了广泛的关注。
作为微网的重环节逆变器以及微网电能质量的控制决定微网的发展，目前并网逆变器发展比较成熟，但如何在并网逆变器实现并网的前提下，提高能源的利用率，减少电网的谐波成为新的技术热点。本文在传统的并网逆变器在向电网输送有功的基础上加上了谐波抑制功能，即在向电网传送有功功率的同时加入与电网谐波大小相等、方向相反的补偿谐波，实现逆变器的功能拓展，达到逆变和抑制谐波的目的，从而改善电网电能质量[2]。
1.2 微网及其逆变器的发展现状
1.2.1 微网的发展
微网是由电力电子技术、分布式发电、可再生能源和储能技术构成的多重化集合。可以实现多个分布式电源的统一灵活控制，而且可以在不改变大电网参数的前提下实现并网。是一种有效的电能供给方案，得到了人们越来越多的重视。微网在本质上改变了人们对于电力系统的需求方式，在降低电力系统建设成本、提高电力系统灵活性有着巨大的潜力。目前，世界上有许多国家都加入了微网方面的研究，并且获得了不少实验性的成功。
美国早在2003年就提出了微网的概念，并且获得了不少的研究成果。由于近年来，多地高频的受到停电事故的影响，电力行业已逐渐将目光从传统电网转向微网方面的研究，目的是提高电网的可靠性、灵活性。美国通用电气公司(GE)和美国能源部也共同进行了“通用电气全球研究”计划，其目的在于开发一套完整的微网系统，以用来满足格式各样的微网需求。2015年4月，美国特斯拉电动汽车公司更是推出了具有革命意义的家用太阳能电池系统，该套Powerwall系统其储能完全来自于太阳能，以微网闭环控制的机制能够实现普通家庭用电系统与大网供电系统的分离，如果能量过剩还可以将该系统进行当地并网，在用电高峰期随时的将多余电量注入电网，不仅也大量节约了用电成本，而且还有效的缓解了电网的供电压力。
欧洲由于其电网是由国家独立电网互联而成的，地区性事故容易引起国家安全，所以欧洲更加关注电网智能化、多元化和稳定性。所以其微网则是着眼于电能安全和市场需要，其研究工作则是以2005年的 “智能电网”(Smart Power Network)计划为代表。
日本作为一个岛国，自然资源匮乏，传统的电力系统满足不了工业发展的需求，在微网方面的研究比较早。为了适应区域要求，其在电能储备装置和多元化能源途径方面进行了大量的研究工作。以新能源产业技术综合开发机构(NEDO)支持的各式能源区域电网的发展取得了不小的成果，并且在爱知、京都、和八户等地做了大量的论证研究，开发微电源与负荷需求平衡的控制系统。
在微网的研究上，我国也做了大量的工作，政府基于了高度重视。由国家制定的国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020)明确要求要发展可再生能源。间歇式电源并网及输送技术的研究已列入863计划，同年以教育部发起的“分布式能源发电系统并网运行技术”的研究得到了华北电力大学、天津大学、上海交通大学、合肥工业大学共同协助。
微网作为一种新型的能源供应方式，得到了长足的发展，并且已成为当代的电力系统中不可缺少的部分。
1.2.1 微网逆变器
微网逆变器是微网与大电网链接的有效方式，是电能传输的重要通道，而逆变器的技术与各类电能的传输质量和效率有着直接的关系，直接影响着微网的发展。
微网逆变器从传统的不控整流到现在的PWM可控整流，其逆变效果得到了有效的提高，对于微网中分布式电源的多样性和多变性，可控逆变能够实现电能的有效转换，提高了微网的灵活性。
目前，微网逆变器发展成熟，例如西门子、ABB、Vacon等电力公司都有自己的成型产品。而如何在分布式电源入网的前提下，应用微网逆变器提高电能的利用率，减少谐波的对电网的影响成为了进一步的挑战。
1.3 课题主要研究内容
微网中向电网实现能量传输的时需要进行整流逆，进行大量的DC-AC或AC-DC-AC整流过程，逆变器工作会产生大量的谐波，并且微网中的非线性负荷和电力电子器件以及开关电源等的大量也会使得电网的谐波问题加剧[3-4]。谐波的不仅会影响电能指标，严重时甚至会造成继电保护装置误动作，使电气设备运行异常，降低电网的稳定性。本文研究对象不仅具备分布式电源功能，向微网供电，也可对微网电能质量进行治理，提高微网供电质量，提高微网运行的安全性、可靠性。
针对微电网中并网逆变器的功能和结构展开，在已有并网逆变器研究的基础上增加谐波抑制、无功补偿以及有功补偿的功能[5]。软件部分的重点是应用仿真软件搭载并网逆变器系统的仿真模型，研究并网逆变器实现谐波抑制的算法仿真。最后在仿真的基础上搭载硬件实验平台,达到软件算法的实现。
2 微网电能质量控制
2.1 谐波的危害与治理
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