交直流混合微网节点控制器的设计

发布时间：2017-09-12 03:21

  本文关键词：交直流混合微网节点控制器的设计

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【摘要】：目前,分布式发电技术已经逐渐成熟,其应用范围也在不断扩大,从配电网的安全稳定和功率平衡、供电的可靠性和电能质量等方面考虑,配电网目前还不能满足分布式电源大规模接入的要求。微网技术的发展有效解决了形式多样、数量巨大的分布式电源大量并网的诸多难题。交直流混合微网综合了直流微网和交流微网的优点,提高了微网对分布式电源、储能装置和负荷的的适应性,减少了能量变换环节和装置。通过对交直流混合微网内部的有效管理,可大大提高分布式电源接入电网的数量,并保证配电网的安全稳定运行。针对交直流混合微网的控制和能量管理需求,本文给出了一种可实现交直流混合微网内部及多个交直流混合微网之间的能量控制的能量管理系统架构,该能量管理系统主要包括：上级能量管理单元和微网级能量管理单元。交直流混合微网可看作是配电网中的一种特殊节点,本文重点进行了“交直流混合微网节点控制器”即微网级的能量管理单元的研究与设计。本文采用了嵌入式技术,设计了交直流混合微网节点控制的硬件和软件。其中,节点控制器的硬件主要由核心控制单元、外设接口、电源模块以及基础电路模块构成,其中核心控制单元是由ARM、DSP和CPLD共同构成的多核数据处理系统,外设接口提供了多路且支持多种通信方式和协议的通信接口、多路模拟量输入和输出转换接口以及多路数字量输入和输出接口。该控制器硬件接口丰富、数据运算速度快,抗干扰性能好。设计了基于Linux操作系统下的节点控制器的软件,包括：各通信接口的通信协议、模拟量和数字量的输入输出控制、数据采集以及系统整体控制等。节点控制器的软件运行在Linux操作系统平台上,可同步管理和执行多个任务,数据处理能力强,实时性能好。此外,还搭建了一个含储能装置和光伏发电的交直流混合微网实验平台,设计了上级能量管理系统,建立了节点控制器综合测试系统。通过相关实验测试了节点控制器的各项性能,实验结果表明：该节点控制器运行稳定、数据采集速度快、数据传输稳定、计算结果精确、能量管理策略执行准确,验证了本设计的正确性和可行性。
【关键词】：交直流混合徽网 能量管理 节点控制器 嵌入式系统 Linux
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM727
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-12
• 1 引言12-22
• 1.1 研究内容的背景及意义12-13
• 1.2 相关研究现状13-19
• 1.2.1 交直流混合微网的网络拓扑13-15
• 1.2.2 交直流混合微网的运行方式15-16
• 1.2.3 微网的能量管理策略16-17
• 1.2.4 微网的能量管理系统及装置17-19
• 1.3 交直流混合微网节点控制器19-20
• 1.4 本文主要研究内容20-22
• 2 微网节点控制器系统架构设计22-30
• 2.1 微网节点的功能22-23
• 2.2 节点控制器的系统架构23-25
• 2.3 节点控制器的工作原理25-27
• 2.4 能量管理功能及实现方式27-28
• 2.5 节点控制器的硬件需求28-29
• 2.6 小结29-30
• 3 微网节点控制器硬件设计30-46
• 3.1 硬件系统整体结构及主控制器设计30-34
• 3.1.1 系统整体结构30-32
• 3.1.2 主控制器性能32-33
• 3.1.3 ARM、DSP、CPLD相互数据交换方式33-34
• 3.2 通信接口设计34-37
• 3.2.1 总线通信接口设计34-35
• 3.2.2 以太网通信接口设计35-36
• 3.2.3 串行通信接口设计36-37
• 3.3 模拟量、数字量输入输出接口设计37-41
• 3.3.1 AD/DA接口设计37-39
• 3.3.2 DI/DO接口设计39-41
• 3.4 基础模块设计41-45
• 3.4.1 外部存储模块设计41-42
• 3.4.2 电源模块设计42-43
• 3.4.3 复位模块设计43-44
• 3.4.4 时钟模块设计44-45
• 3.4.5 调试模块设计45
• 3.5 小结45-46
• 4 微网节点控制器软件设计46-76
• 4.1 节点控制器软件总体任务46-50
• 4.1.1 软件任务分配46-47
• 4.1.2 软件的整体结构47-49
• 4.1.3 软件的工作原理49-50
• 4.2 节点控制器的LINUX操作系统移植50-54
• 4.2.1 嵌入式LINUX操作系统50-52
• 4.2.2 LINux自举程序U-BOOT配置52
• 4.2.3 LINux内核文件制作52-53
• 4.2.4 LINUX文件系统制作53-54
• 4.3 节点控制器通信协议54-59
• 4.3.1 ARM与DSP的通信54-56
• 4.3.2 DSP与CPLD的通信56-57
• 4.3.3 RS485总线通信57-58
• 4.3.4 以太网通信58-59
• 4.4 系统子进程的程序设计59-70
• 4.4.1 基于LINUX操作系统的驱动及应用程序工作原理59-61
• 4.4.2 RS485总线驱动及应用程序设计61-62
• 4.4.3 以太网通信驱动及应用程序设计62-65
• 4.4.4 本地数据监测终端通信驱动及应用程序设计65-66
• 4.4.5 ARM与DSP通信驱动及应用程序设计66-68
• 4.4.6 DSP28335程序设计68-69
• 4.4.7 CPLD-XC95288XL程序设计69-70
• 4.5 系统主进程的程序设计70-75
• 4.5.1 LINUX进程间通信70-71
• 4.5.2 本地能量管理策略71-73
• 4.5.3 系统主进程73-74
• 4.5.4 其他能量管理策略与系统软件的接口74-75
• 4.6 小结75-76
• 5 微网节点控制器的实验测试76-96
• 5.1 交直流混合微网实验平台76-80
• 5.1.1 实验平台中各模块性能76-77
• 5.1.2 实验平台测量与控制系统结构77-78
• 5.1.3 交直流混合微网实验平台实物78-80
• 5.2 上级EMS系统80-83
• 5.2.1 上级EMS系统功能80-81
• 5.2.2 上级EMS系统软件设计81-82
• 5.2.3 上级EMS系统软件界面82-83
• 5.3 节点控制器83
• 5.4 实验及其结果分析83-95
• 5.4.1 节点控制器启动运行实验84-86
• 5.4.2 交直流混合微网实验平台运行数据采集实验86-91
• 5.4.3 本地数据监测实验91-92
• 5.4.4 上级EMS数据监测与指令发送实验92-93
• 5.4.5 储能平抑光伏输出功率波动93-95
• 5.4.6 实验结果综合分析95
• 5.5 小结95-96
• 6 结论与展望96-98
• 6.1 结论96
• 6.2 展望96-98
• 参考文献98-102
• 附录A102-104
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果104-108
• 学位论文数据集108

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本文编号：834777