基于STM32控制的三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘 要：本文根據(jù)光伏陣列特性及其最大功率跟蹤的特點(diǎn)，結(jié)合STM32的高處理性能，設(shè)計(jì)了基于STM32為核心的陣列MPPT控制、蓄電池容量預(yù)測(cè)及充放電于一體的三相光伏能量管理系統(tǒng)。其前級(jí)包括DC/DC轉(zhuǎn)換的升壓電路，后級(jí)為直流電能儲(chǔ)能與DC/AC逆變，采用SPWM電壓電流雙環(huán)控制。

關(guān)鍵詞：三相光伏能量管理系統(tǒng)；MPPT控制；SPWM電壓電流雙環(huán)控制

近年來，人們對(duì)太陽能進(jìn)行不斷的探索，太陽能發(fā)電的利用率有了很大提升，本設(shè)計(jì)之一就是利用現(xiàn)代的技術(shù)發(fā)展，提升發(fā)電的可靠性與利用率。

1 三相光伏并網(wǎng)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

根據(jù)變化器與逆變器兩部分，三相光伏并網(wǎng)可以分成2部分。前級(jí)AC/DC升

壓部分采用的是全橋LLC諧振變換電路，將光伏陣列輸出的低壓40～55V升高到500V。后級(jí)主要是直流電進(jìn)行儲(chǔ)能以及DC/AC逆變部分。主體是利用STM32進(jìn)行核心控制。光伏發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

2 最大功率跟蹤方法（MPPT）

在直流升壓部分，由于每個(gè)時(shí)間的光照與溫度不一樣，光伏陣列的電壓和短路電流會(huì)有很大的變化，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)定，效率不大。光伏陣列獲得最大功率點(diǎn)，可以用MPPT的方法，，使光伏發(fā)電系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)間獲得最大的功率輸出。

3 前級(jí)DC/DC 升壓部分

前級(jí)采用LLC諧振變換電路進(jìn)行升壓，可如圖2所示。

圖2電路主要包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)、諧振網(wǎng)絡(luò)、整流網(wǎng)絡(luò)3個(gè)部分。其中，開關(guān)網(wǎng)絡(luò)由開關(guān)管Q1—Q4組成；諧振網(wǎng)絡(luò)是由諧振電感Lr、諧振電容Cr以及勵(lì)磁電感Lm組成；整流網(wǎng)絡(luò)由二極管D1—D4組成的不可控整流電路。LLC諧振變換電路諧振網(wǎng)絡(luò)有2個(gè)諧振頻率，一個(gè)是當(dāng)變壓器副邊導(dǎo)通時(shí)Lm短路，只有Lr與Cr組成的諧振頻率fs；另一個(gè)是Lr，Cr，Lm共同參與組成的諧振頻率。由此可以得到一下公式：

由公式可得，LLC諧振電路工作頻率有3個(gè)范圍，分別是f>fs，fm

4 后級(jí)直流電儲(chǔ)能與DC/AC逆變部分

為了使電能的利用率提高，在后級(jí)添加了直流電能的儲(chǔ)電池。當(dāng)日光充足，產(chǎn)生過剩電量時(shí)，把多余的電能進(jìn)行儲(chǔ)存。便于在夜晚電能或者高峰期電能短缺時(shí)，進(jìn)行供電。

逆變部分采用了SPWM電壓電流雙閉環(huán)系統(tǒng)控制的逆變器，即電壓外環(huán)、電流內(nèi)環(huán)的控制。在逆變器的輸出側(cè)接入LC型濾波器，使后續(xù)輸出的三相電流可以更加的穩(wěn)固。

5 控制部分的設(shè)計(jì)

控制電路部分使用STM32進(jìn)行控制，具體可使用控制芯片STM32F051進(jìn)行控制。STM32F051是ARM核32為微控制器，工作在48MHz，具有高速的嵌入閃存，并廣泛集成增強(qiáng)型和I/O口，1個(gè)12為DAC，1個(gè)32位定時(shí)器和1個(gè)高級(jí)控制PWM定時(shí)器。這些特點(diǎn)使STM32051可以更好應(yīng)用于系統(tǒng)控制中。設(shè)計(jì)中，利用STM32051對(duì)光伏的電壓、電流、諧振電流、直流電路、并網(wǎng)電壓、并網(wǎng)電流不斷的檢測(cè)，通過對(duì)前后級(jí)、充放電的控制，實(shí)現(xiàn)各級(jí)穩(wěn)定輸出以及過壓、欠壓、過熱的保護(hù)，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

通過這種控制，我們可以更加友好的控制元器件最大運(yùn)行功率，使光伏發(fā)出三相電再并入電網(wǎng)。通過這種控制方式，利用STM32F051進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，便于實(shí)現(xiàn)光伏的快速、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)行。

6 結(jié)束語

隨著我國(guó)工業(yè)的發(fā)展，電能源的使用突飛猛進(jìn)，傳統(tǒng)的煤炭能源發(fā)電已經(jīng)不能再作為主要的發(fā)電能源了，在保證工業(yè)發(fā)展需要的同時(shí)，我們?nèi)匀恍枰Ｗo(hù)環(huán)境。而光伏能源使用，既可以填補(bǔ)我國(guó)電能源發(fā)展的需求，又可以保護(hù)環(huán)境，作為新時(shí)代科技的能源技術(shù)，光伏發(fā)電需要不斷發(fā)展。我們需要大力發(fā)展、研究光伏技術(shù)，提升光伏技術(shù)的利用率。

本文所提出的利用STM32F051作為光伏的控制方式，在理論上結(jié)合了現(xiàn)代嵌入式技術(shù)的發(fā)展，在利用原有的光伏技術(shù)上，結(jié)合、發(fā)展新興技術(shù)，提升光伏發(fā)電的利用率。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安，黃 俊. 電力電子技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000

[2]胡壽松.自動(dòng)控制原理[M].北京：科學(xué)出版社，2001

[3]朱立泓.LLC諧振變換器的設(shè)計(jì)[D].杭州：浙江大學(xué)，2006

[4]顧亦磊，杭麗君，呂征宇，等.非對(duì)稱結(jié)構(gòu)多路輸出LLC諧振型變換器[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，43（5）：82—87.

[5]鄭詩程.光伏發(fā)電系統(tǒng)及其控制的研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2004.

[6]找正名，劉建政等編著.太陽能光伏發(fā)電及其應(yīng)用.第一版.北京：科學(xué)出版社，2005：10—19，43—72，109—173

[7] 劉家贏，韓肖清，張鵬，米曉東. 一種改進(jìn)的變步長(zhǎng)電導(dǎo)增量法在光伏MPPT中的應(yīng)用[J]. 電氣應(yīng)用，2014，33（13）： 23-27.

[8] 王亞蘭，陳淵睿. 光伏電池通用模型及自適應(yīng)MPPT控制方法[J]. 電源技術(shù)，2015，39（01）： 75-77.

[9] 倪海東，蔣玉萍編著.高頻開關(guān)電源集成控制器.第一版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005

[10] 周立功編著.ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程.北京：北京航天航空大學(xué)出版社，2004

作者簡(jiǎn)介

錢程（1992-），男，漢，安徽，碩士研究生，學(xué)生，研究方向：電氣信息監(jiān)測(cè)技術(shù)。