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      基于MCU系列的智能电网设计解决方案

      电子设计 ? 2019-03-22 08:05 ? 次阅读

      为了提高能效,电网管理和优质电力输送,工程师们设计了智能电网。增加智能电网的复杂性是微电网相对较新的概念。在连接微电网和公用电网系统时,通过使用实时数据管理来控制电力流以维持供电标准的能力变得比以往任何时候都重要。

      微电网已成为重要的智能电网方法的组成部分。这些小型能源生产商已出现在前瞻性社区,校园,军事设施和其他相关化合物中。微电网可以为公用电网供电或从公用电网获取电力。它还可?#26434;?#20027;电网断开连接并自动运?#23567;?/p>

      由于几乎任何人都可以安装本地化电源系统,因此确保质量标准和正确的电网同步至关重要。实时电源管理和遥测是智能电网的重要组成部分,复杂的算法和快速,可靠的数字资源也是实现所有相关系统平衡和优化所必需的。微电网不断优化,以实时实现最佳的电源效率和电能质量。

      优化电源:智能电网

      结合太阳能光伏的微电网的关键构建模块之一面板是微型逆变器的面板。这种逆变器通常工作在500瓦以下并且与智能电网相连 - 称为“并网” - 并使用微控制器来执行控制的所有方面。 MCU的主要功能之一是充当最大功?#23454;?#36319;踪器(MPPT),处理算法以最大化PV功率输出。它还具有使用锁相环(PLL)进行DC-AC功率反转和与智能电网同步的任务。保持对电网的清洁电流馈送同时还维持PV系统中的最大功率效率可能是一个挑战,并且通过在每个太阳能电池板上包括逆变器来改善PV系统中的功率输出被认为是有益的。以这种方式,实际上可以消除由于阴影引起的功率损耗。快速数字化技术的出现和组件成本的下降使这种架构变得可?#23567;?#24494;控制器供应商,如德州仪器(TI),一直积极为希望开始实施微逆变器设计的工程师提供大量设计支持。例如,TI的C2000 Piccolo微控制器是数字控制微逆变器应用的理想选择。为了帮助设计工程师进行设计原型设计,TI提供了大量的设计资源,作为250瓦并网太阳能微逆变器参考设计的一部分,该设计采用TI C2000 Piccolo隔离控制卡。 controlCARD基于TI C2000 Piccolo F28035 MCU,以方便的100针DIMM格式提供所有GPIO,ADC和功?#23454;?#33410;组件。它适用于原型设计和小批量应用,它在单个电路板上提供所有数字控制元件,只需要添加电源转换组件即可实现完整的端部设计。它还包括用于串行总线和JTAG端口连接的光隔离器,以及噪声滤波器和ADC输入钳位保护。还提供可靠的电压参考源?#26434;階DC一起使用。 TI提供了一整?#23376;隿ontrolCARD相关的设计资源,包括完整的BOM,原理图,测试数据和设计文件,可显着加快逆变器解决方案的开发速?#21462;?/p>

      基于MCU系列的智能电网设计解决方案

      图1?#33322;?#27969;电网的光伏电源。 (图像来源:德州仪器)

      任何数字控制的并网微逆变器设计?#21152;?#20004;个核心构建模块。该逆变器设计的第一个模块(图1)是一个DC-DC反激式转换器,由MPPT软件算法控制。要从PV面板获得最佳功率输出,它必须在其最大功?#23454;?#36816;?#23567;?MPPT软件确定PV面板的输出电流,以实时实现最大功率传输。由于最大功率传输受温度和光强度的影响,因此MPPT要求实时数据有效。该第一级电路还提供高频隔离。

      基于MCU系列的智能电网设计解决方案

      图2:DC-DC转换器控制环路和MPPT。 (?#35745;?#26469;源:德州仪器)

      最后一块是DC-AC单相逆变器。 TI C2000微控制器增强的外设和优化内核使其成为控制应用的理想选择。 MCU的ADC和PWM外设设计用于集成多频控制环路并保证PWM波形的采样。

      逆变器控制软件使用三个反馈信号,交流线电压(VLN),直流母线电压( Vbus)和主电感电流(IL)。这些反馈信号用于优化驱动逆变器输出的四个PWM输出。逆变器将DC总线维持在所需的设定点,以将受控的正?#20063;?#27880;入电网,通过PLL实现电网同步。图3?#24471;?#20102;基于Piccolo MCU的controlCARD如何与转换器,逆变器和主电网连接。

      基于MCU系列的智能电网设计解决方案

      图3:Piccolo controlCARD的功能原理图MCU集成了DC-DC转换器和DC-AC逆变器。 (图像来源:德州仪器)

      可以通过采集这些控制信号来分析统计数据并记录趋势,这些数据可用于开发新的控制算法。数据分析也可用于预测模型,以帮助预测网格行为以减轻问题。标准合规和审计报告对理事机构和利益相关者也很有用。云计算使收集大量遥测数据成为可能,否则需要大量的现场数据存储。

      将这些重要数据从智能电网传输给用户

      放置这些数据掌握在可以使用它的人手中是最终目标,现代移动设备可以提供理想的数据传输和控制平台。移动设备的可用性可以提供开发专有HMI的替代方案,而配置云连接对于几乎任何设计来说都是相对简单的事情。 Wi-Fi和蓝牙可能是实现这一目标的最常用方法,在某些情况下,可能需要考虑使用中间网关。特别是在多个能源组成微电网解决方案的情况下。

      连接到云

      也可以收集微逆变器控制回路中使用的实时数据并转发到基于云的应用程序。这不仅有助于可视化当前的负载和供应参数,随着时间的推移,可以分析存储的数据以建立关于发电能力和消耗特性的趋势。将数据打包成一系列数据包以便向前传输到云应用程序可以在Piccolo MCU中轻松完成。因此,需要通过本地网关或Wi-Fi接入点连接无线连接功能。将无线连接结?#31995;?#35774;计中有两种主要方法。最流行的方法是使用预先?#29616;?#30340;型号认可的无线模块,尽管一些工程师仍然认为离散方法值得付出努力。无线模块的一个示例是TI的SimpleLink CC3200MOD Wi-Fi解决方案。

      基于MCU系列的智能电网设计解决方案

      图4:TI SimpleLink CC3200无线SoC模块的功能块。 (?#35745;?#26469;源:德州仪器)

      这款Wi-Fi模块的核心是CC3200MOD片上系统(SoC)平台,参见图4,其中包含两个独立的ARM®Cortex®-M4 MCU:专用用户应用MCU和专用网络处理器MCU。

      应用处理器是32位ARM®Cortex®-M4 MCU(图5)。 32位核心处理器针对嵌入式和物联网应用进行了优化。增加这种功能丰富的器件是标准外设,包括I 2 S,SD,UART,I 2 C和SPI。还包括多达27个GPIO,一个四通道ACD和一个专用的快速并行相机接口。

      第二个ARM®负责所有无线,互联网层和安全功能。功能包括256位加密引擎,可快速,安全地连接到互联网,以及许多?#26469;?#25913;措施,可确保固件在本地安全。 SimpleLink™系统可实现设计的快速实施,设计支持和可扩展性。具有物理上独立的网络MCU本身就是一种安全功能。

      电源管理子系统包括一个DC-DC转换器,可实现广泛的电源电压。先进的低功耗模式提供低功耗深?#20154;?#30496;(仅消耗135μA,具有256 KB RAM保持),休眠(仅消耗4.5μA)和关闭(仅消耗1μA)模式。

      基于MCU系列的智能电网设计解决方案

      图5:CC3200硬件概述。 (图像来源:德州仪器)

      网络MCU支持电台,接入点和Wi-FiDirect®连接模式。 CC3220x系列SimpleLink™器件还包括嵌入式IPv6,IPv4 TCP/IP和TLS/SSL堆栈,HTTP服务器以?#26696;髦制?#20182;互联网协议。这些设备支持广泛的Wi-Fi配置方法,增加了SimpleLink™系统的多功能性和实用性。

      SimpleLink CC3200 LaunchPad开发板可帮助加速Wi-Fi原型的开发。该板适用于CC3200 Wi-Fi SoC模块,是打破Wi-Fi模块IO并集成到C2000微逆变器MCU的理想环?#22330;?/p>

      基于MCU系列的智能电网设计解决方案

      图6:TI CC3200 LaunchPad开发板。 (?#35745;?#26469;源:德州仪器)

      可在此处?#19994;紺C3200 LaunchPad环境的一整套开发资源,技术文档和应用示例。

      结论

      将C2000 MCU和CC3220x无线SoC MCU系列等强大技术置于设计师手中,使下一代智能电网设计成为?#36136;怠?#36825;些MCU共同提供完整的物联网解决方案,包括软件,工具,用户和编程?#25913;希?#26679;本应用,参考设计和在线支持。

      C2000 MCU是网格优化的理想选择。这些32位高性能处理器完美适用于实时控制应用以及快速,精确的传感和闭环控制。它们还具?#34892;?#22810;安全?#29616;?#21644;安全选项。

      CC3200 SimpleLink™无线通信解决方案在云和传感器网络之间建立了必要的链接,在用户和重要传感器之间提供安全可靠的连接数据。使用这个关键组件,向微电网和智能电网管理链的人工组件提供数据相对简单。

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      华能新能源2019年?#20934;?#22826;阳能发电量较2018年同期增长8.8%

      根据华能新能源发布的2018?#23548;?#25253;告显示,2018实?#36136;?#20837;人民币116.5亿元,同比增长10.4%,....
      发表于 04-13 08:44 ? 271次 阅读
      华能新能源2019年?#20934;?#22826;阳能发电量较2018年同期增长8.8%

      太阳能充电站能否可以解决车辆续航问题

      随着续航里程不?#31995;?#25552;升,车辆保有量不?#31995;?#22686;加,但是充电速度慢,配套设施跟不上车辆发展的速度,在使用电....
      发表于 04-13 08:03 ? 164次 阅读
      太阳能充电站能否可以解决车辆续航问题

      智慧能源企业如何成功站上风口抢占泛在电力物联网建设蓝海

      远东智慧能源股份有限公司(简称“远东智慧能源?#20445;?#26159;电力行业智能制造标杆企业,是智慧能源、智慧城市整体....
      发表于 04-12 16:19 ? 561次 阅读
      智慧能源企业如何成功站上风口抢占泛在电力物联网建设蓝海

      海?#31995;?#32593;将开启2019-2021年建设智能电网示范省的新三年发展阶段

      30年发展,海?#31995;?#30005;网建设水平伴随经济社会发展提升明显,但放眼全国,电网供电可靠性还有很大提升空间,....
      发表于 04-12 16:16 ? 662次 阅读
      海?#31995;?#32593;将开启2019-2021年建设智能电网示范省的新三年发展阶段

      云母基柔性钙钛矿太阳能电池光电转换效率高达18.0%

      近日,《纳米能源》(Nano Energy)在线发表了石家庄铁?#26469;?#23398;、台湾交通大学、和中科院深圳先进....
      的头像 知社学术圈 发表于 04-12 10:48 ? 223次 阅读
      云母基柔性钙钛矿太阳能电池光电转换效率高达18.0%

      改变进口?#35272;擔?#20013;国芯成长?#39134;?#22914;何跨越四重障碍?

      中国芯的市场机会在?#25250;錚?#20013;国芯在哪些细分领域有实力留下来?企业如何在国?#26102;?#20934;中有所作为?在第七届中国....
      的头像 章鹰 发表于 04-12 08:45 ? 1803次 阅读
      改变进口?#35272;擔?#20013;国芯成长?#39134;?#22914;何跨越四重障碍?

      智能电网建设中三个重要概念的理解

      在智能电网建设中,涉及到三个重要概念,即:电网智能化、企业数字化和数字电网平台。对这三个概念的准确理....
      发表于 04-11 16:19 ? 667次 阅读
      智能电网建设中三个重要概念的理解

      哈尔滨泛在电力物联网的模式和思路探索

      “泛在电力物联网关键在‘泛’字,即如何建立以电力数据为主导,充分汇集各行各业数据资源的大数据库,我们....
      发表于 04-11 15:34 ? 633次 阅读
      哈尔滨泛在电力物联网的模式和思路探索

      海牛储能中心投建409MW/900MWh太阳能电池储能系统

      该公司计划建造一座409MW/900MWH的电池储能设施,由位于佛罗里达州马?#21830;?#21439;的现有FPL太阳能....
      的头像 高工锂电 发表于 04-11 11:45 ? 274次 阅读
      海牛储能中心投建409MW/900MWh太阳能电池储能系统

      从工业到智慧工业,半导体厂商可以做什么?

      从第一次工业革命开始?#36739;?#22312;,工业领域发生了翻天覆地的变化,现在及未来的工业将会更加智能化。
      的头像 荷?#30701;? 发表于 04-10 19:43 ? 2898次 阅读
      从工业到智慧工业,半导体厂商可以做什么?

      上海三星镇打造出了全部采用可再生能源发电的智能微电网

      三星镇以构建“零碳社区”为目标,打造了全部采用可再生能源发电的智能微电网:?#29992;?#27004;的屋顶和道路旁的路灯....
      发表于 04-10 16:55 ? 705次 阅读
      上海三星镇打造出了全部采用可再生能源发电的智能微电网

      我国能源互联网正在从概念走向实践已取得了长足进展

      国家能源局能源节?#21152;?#31185;技装备司科?#21363;?#22788;长孙嘉弥表示,按国家发改委、国家能源局、工信部联合印发的《关于....
      发表于 04-10 16:49 ? 399次 阅读
      我国能源互联网正在从概念走向实践已取得了长足进展

      低碳、灵活、多能互补——触摸未来电力系统

      全球电力领域正在进行深刻的变革。
      的头像 贵州智能电网产业联盟 发表于 04-10 11:25 ? 337次 阅读
      低碳、灵活、多能互补——触摸未来电力系统

      能源央企资产重组!东方能源拟148亿“鲸吞”国电投?#26102;?/a>

      停牌数日的东方能源(000958)披露了资产购买预案,公司拟以发行股份方式购买国家电投?#20219;?#21517;交易对手....
      的头像 贵州智能电网产业联盟 发表于 04-10 11:23 ? 554次 阅读
      能源央企资产重组!东方能源拟148亿“鲸吞”国电投?#26102;? />    </a>
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      智能变电站实现变电站数字二次回路的设计方案

      目前,智能变电站在实现变电站数字化和智能化两方面都取得了明显进展:1)与传统变电站相比,实现了二次回....
      发表于 04-09 15:35 ? 266次 阅读
      智能变电站实现变电站数字二次回路的设计方案

      2019年我国电力自动化产业链全景展望

      电力系统可分为发电、输电、变电、配电和用电等5个?#26041;冢?#30005;力自动化是运用现代计算机技术、通信技术、信息....
      发表于 04-09 15:28 ? 326次 阅读
      2019年我国电力自动化产业链全景展望

      深圳供电局正式启动了十四五智能电网规划

      《方案?#20998;?#39033;落实?#25345;醒搿?#22269;务院印发的?#23545;?#28207;澳大湾区发?#26500;?#21010;纲要》和《南方电网公司关于服务粤港澳大湾区....
      发表于 04-09 15:17 ? 588次 阅读
      深圳供电局正式启动了十四五智能电网规划

      战略地位提升,泛在电力物联网接棒坚强智能电网成国网未来发展主线

      泛在电力物联网为什么火了?
      的头像 北极星智能电网在线 发表于 04-09 11:48 ? 1280次 阅读
      战略地位提升,泛在电力物联网接棒坚强智能电网成国网未来发展主线

      智能电气开关设备技术发展趋势

      由于采集了电缆全部支路的电压信息,配网自动化终端就能够方便判断出环网柜每一间隔的电流方向,也就是让主....
      的头像 智能电网开关柜 发表于 04-09 11:40 ? 734次 阅读
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      三雄极光成功举办照明学院后坚持定期举办专业设计沙龙

      当时邀请到的专家不仅?#26032;?#25958;大学学?#33322;?#25480;Peter Raynham、ILLUMINATIONWORKS....
      的头像 高工LED 发表于 04-09 09:33 ? 231次 阅读
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      国网金华供电公司的电网建设已迈上了新台阶

      过去一年,国网金华供电公司全年完成固定资产投资18.27亿元;110千伏及以上输电线路开工82.81....
      发表于 04-08 16:52 ? 473次 阅读
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      TMS320F28076 TMS320F2807x Piccolo 微控制器

      C2000?32位微控制器在处理,传感和驱动方面进行了优化,可提高实时控制应用中的闭环性能,例如工业电机驱动,光伏逆变器和数字电源,电动车辆与运输,电机控制以及传感和信号处理.C2000产品线包括Delfino?高端性能系列和Piccolo?入门级性能系列。 TMS320F2807x微控制器平台属于Piccolo?系列,适用于高级闭环控制应用,例如工业电机驱动,光伏逆变器和数字电源,电动车辆与运输以及传感和信号处理。数字电源和工?#30331;?#21160;器的完整开发包作为powerSUITE和DesignDRIVE方案的一部分提供。 F2807x是基于TI行业领先的C28x内核的32位浮点微控制器。此内核的性能通过三角运算硬件加速器得到了提升,该加速器利用CPU指令(如正?#36965;?#20313;弦和反正切函数)提高了转矩环路和位置计算中常见的基于三角运算的算法性能。 F2807x微控制器系列采用一个CLA实时控制协处理器.CLA是一款独立的32位浮点处理器,运行速度与主CPU相同。该CLA会对外设触发器作响响应,并与主C28x CPU同时执行代码。这种并行处理功能可有效加倍实时控制系统的计算性能。通过利用CLA执行时间关键型功能,主C28x CPU可以得到释放,以便用于执行通信和诊?#31995;?#20854;...
      发表于 01-08 17:49 ? 72次 阅读
      TMS320F28076 TMS320F2807x Piccolo 微控制器

      CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块

      使用业界首款可编程FCC,IC,CE和Wi-Fi?#29616;?#26080;线微控制器(MCU)模块,内置Wi-Fi,开始您的设计连接。 SimpleLink CC3200MOD专为物联网(IoT)而创建,是一个集成了ARM Cortex-M4 MCU的无线MCU模块,?#24066;?#23458;户使用单个设备开发整个应用程序。凭借片上Wi-Fi,互联网和强大的安全协议,无需先前的Wi-Fi体验即可加快开发速?#21462;?CC3200MOD将所有必需的系统级硬件组件(包括时钟,SPI闪存,RF开关和无源元件)集成到LGA封装中,以便于组装和?#32479;?#26412;PCB设计。 CC3200MOD作为完整的平台解决方案提供,包括软件,样本应用,工具,用户和编程?#25913;希?#21442;考设计以及TI E2E支持社区。 应用MCU子系统包含行业标准的ARM Cortex- M4内核以80 MHz运?#23567;?该器件包括各种外设,包括快速并行相机接口,I2S,SD /MMC,UART,SPI,I2C和四通道ADC。 CC3200系列包括用于代码和数据的灵活嵌入式RAM;带外部串行闪存引导程序和外设驱动程序的ROM;用于Wi-Fi网络处理器服务包,Wi-Fi证书和凭证的SPI闪存。 Wi-Fi网络处理器子系统具有Wi-Fi片上网络,并包含一个附加功能专用的ARM...
      发表于 08-20 17:53 ? 131次 阅读
      CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块
      山西快乐十分预测
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