随着微电网技术、可再生能源发电技术、智能储电技术的发展,尤其是太阳能、风能和生物质能为主的可再生能源发电技术以及以蓄电池技术和超级电容技术为主的储电技术的发展,针对公共供电网普遍存在的生活用电中白天用电峰值时负载过大,夜晚用电低谷电力被浪费的现象,在深入分析国内外微电网发展动态及我国微电网发展现状和方向的基础上,设计了家庭微电网控制与应用系统。系统集发电模块、储能模块、控制模块和应用模块于一体。通过家庭微电网的电池墙进行电网负载调节,在用电低谷时存储电能,提高电网使用效率,同时结合迅速发展的可再生能源发电技术,收集太阳能、风能等间断时间的发电,经蓄电池、超级电容进行存储,最后向以LED灯为代表的节能用电设备提低压、可调控的直流电源,尤其是超级电容可向负载瞬时提供较大电流,以满足充电桩之类的瞬间大电流需求场合的应用。系统的特点主要包括:利用昼夜供电的峰谷特征,夜晚低价购电并存储,既改善了国家电网24小时供电的均衡负载分布,提高电力资源的利用率,也为用户节省了电费;利用用户屋顶上安装的太阳能光伏发电板、用户墙体和窗户上安装的玻璃光伏发电板采集日照时的太阳能并存储;利用新型锂电池和超级电容作为电能的储能设备做成电池墙,既节省了墙体材料和电池的放置空间,又达到储能蓄电目的;利用国家大力推广的直流、低压、节能负载作为微电网的负载,便于电源的管理、监测和使用;利用数字控制技术进行用户负载的电压/电流监测和管理,还可在微电网电量充余的情况下,向其他用户输出供电,通过用户售电增加用户收益来降低用户投入成本,推动微电网的发展。在硬件设计方面,系统选用太阳能光伏板作为家庭微电网的电力来源,选用12V锂电池与单体2.7V超级电容设计电路构成电池墙,作为家庭微电网的储电设备;选用Altera公司的EP4CE10E22C8N芯片作为控制系统的硬件,完成自动合理连接电力来源与储能设备之间关系的功能及电压选择输出与电压档位调节功能;选用微处理芯片STC89C5A60S2作为家庭微电网应用模块控制器实现电压与电流的测量。应用WiFi技术实现太阳能光伏板与储能设备以及储能设备与微处理器的通信与控制,应用光电耦合技术实现控制系统对储能设备和电力来源匹配的自动开关控制功能以及电压输出档位的自动开关控制功能,应用模数转换技术实现将模拟电压数据通过微处理器以数字电压形式显示的功能。在软件设计方面,控制系统软件开发借助硬件描述语言verilog在Altera公司综合性PLD/FPGA开发软件Quartus II中编程实现,内容包括:通过并行传输方式实现四位电源控制信号的读取以及四位电源控制信号的控制功能;通过研究串口数据字符传输格式及串口传输速率,编程实现将50MHz的FPGA芯片与数据传输速率为9600Bd/s的WiFi模块利用串口进行通信;通过串口传输方式编程实现输出电压档位选择与输出电压大小选择功能。通过对FPGA控制模块串口收发数据和电源控制使用专业EDA仿真工具ModelSim进行仿真,对微处理模块模数转换和电压显示使用Proteus进行仿真,以及对移动终端的功能进行测试,验证各模块达到预期设计的功能。测试表明,达到了家庭微电网控制与应用系统的预定设计要求。