面向家庭微电网的智能插座研究与设计

摘要

大规模开发新能源是缓解目前能源危机的重要手段，而大量具有不确定性、随机性和间歇性的新能源的接入将对电网的安全稳定运行造成巨大挑战，这是导致目前新能源并网率低的主要原因。在包含新能源的家庭微电网系统中，需求侧响应可有效克服新能源发电的间歇性问题，提高电网对新能源的利用效率，实现源荷互动与协同增效。对家用电器进行合理分类，利用非敏感型负载平衡新能源发电的功率波动，是实现家庭微电网环境下的需求侧响应的前提。
　　本文设计了一种新型智能插座，此智能插座的设计目标是为家庭微电网系统区分出家用电器中的非敏感型负载并将其智能投切到相对应的非敏感型负载总线上。利用非敏感型家用电器对电能质量要求较低的特性，家庭微电网系统通过主动调节非敏感型负载总线的电压来改变非敏感型家用电器的功率。
　　本文在对家用电器的电流波形检测过程中发现敏感型负载的电流波形畸变率明显高于非敏感型负载。通过对家用电器产品中电源前端电路拓扑的谐波理论分析，可知电流谐波特性差异的原因与电源前端电路结构有关，而家用电器对于电压暂降的敏感机理主要也在于电源前端电路结构，所以我们选择通过分析电流谐波来对家用电器进行负载分类。因此本文设计了基于欧式距离，以家用电器的前八次谐波特性为特征参量，以八种典型家用电器的谐波特性为样本数据库的负载类型识别算法来对家用电器的负载分类。本文设计了以信号处理芯片TMS320F28335为核心的智能插座，还包括了电源管理模块、电流采集模块、通讯模块以及显示模块等。设计思路为首先对家用电器的电流采样，然后对电流数据进行快速傅里叶分析，得出家用电器的电流谐波特性数据，利用负载类型识别算法来对未知家用电器的负载类型进行判断。最后通过显示模块、通讯模块和继电器模块对数据进行显示、传输和执行开关投切。

目录

第一章 绪论

1.1课题研究背景

1.2微电网的起源与发展

1.3智能插座的发展

1.4 论文的主要内容

第二章 家用电器负载分类方法研究

2.1基于家用电器负载分类控制的微电网系统结构

2.2 基于前端电路分析的家用电器负载分类

2.3常用家用电器的波形测量与分析

2.4 负载类型与谐波的关系

2.5本章小结

第三章 家用电器负载分类算法设计

3.1基于欧氏距离的相似度算法设计

3.2家用电器负载分类建模

3.3样本库建立

3.4 MATLAB仿真分析

3.5仿真实验结果

3.6本章小结

第四章 新型智能插座的设计

4.1新型智能插座的功能设计

4.2硬件部分设计

4.3 DSP最小系统

4.4采样模块

4.5显示模块设计

4.6串口通讯模块的硬件设计

4.7继电器模块

4.8本章小结

第五章 软件设计与测试

5.1 软件开发环境

5.2软件功能模块设计

5.3串口通信程序设计

5.4程序验证

5.5本章小结

总结与展望

参考文献

攻读学位期间的科研成果论文

声明

致谢