微电网模拟系统设计与实现：PID控制与功率分配

"微电网模拟系统是2017年全国大学生电子设计竞赛A题，主要采用了MSP430F6638微控制器和FPGA作为控制核心，构建了一个包含三相逆变模块、电压电流采样模块、主控模块和辅助电源模块的完整系统。该系统能够将直流电转换为稳定的三相交流电，并通过闭环PID反馈控制保持输出电压稳定，同时实现两路输出功率的自动分配。此外，用户可以通过便携终端或矩阵键盘设定功率分配，系统会在LCD上实时显示工作状态，具有良好的人机交互体验。测试结果显示，系统性能优异，满足所有设计要求。" 微电网模拟系统的组成部分及其功能： 1. 三相逆变模块：这个模块是系统的核心部分，它使用直流电作为输入，通过逆变技术将其转换为三相交流电。逆变过程采用了先进的空间矢量脉宽调制（SVPWM）技术，以提高效率和输出质量。 2. 电压电流采样模块：该模块负责实时监测三相电的电压和电流，为控制策略提供精确的反馈信息。采用适当的采样方案，如AD采样计算，可以确保测量数据的实时性和准确性。 3. 主控模块：基于MSP430F6638微控制器，主控模块负责处理来自采样模块的数据，执行PID控制算法，调整逆变器的工作状态，以维持输出电压稳定并实现动态功率分配。 4. 辅助电源模块：这个模块为整个系统提供所需的电源，确保各个部分正常运行。 系统性能测试结果： - 当仅逆变器1工作时，输出线电压有效值稳定在24.0006V，频率为50.00Hz，母线电压总谐波失真（THD）仅为2.23%，效率达到90.26%。负载调整率I1为0.0304%，表明系统对负载变化的响应良好。 - 在逆变器1和2并联工作的情况下，当负载线电流在1~3A变化时，负载调整率I2小于0.2%，证明了系统的功率分配能力。同时，两逆变器输出线电流的折算值之差不超过0.1A，确保了电流的均衡分配。 人机交互设计： - 系统支持通过便携终端和矩阵键盘进行参数设置，允许用户灵活调整功率分配策略。 - 实时LCD显示功能使用户能直观了解系统的当前工作状态，增强了操作的透明度。 方案选择分析： - 在三相逆变主拓扑的选择上，系统采用了半桥结构的方案，因为这种方案虽然需要耐高压的开关器件，但相比全桥结构，其硬件更简洁，系统设计更易于实现。 - 在交流电压电流有效值测量方面，系统选择了通过AD采样计算有效值的方案，虽然这需要更多的软件算法，但它能提供更高的实时性和硬件简化。 总结来说，微电网模拟系统展示了高效、稳定和灵活的电力转换与管理能力，适用于教育、研究以及实际微电网应用中。通过精心设计的控制策略和合理的硬件选择，该系统成功地实现了预期的设计目标。