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

摘 要：本文根據(jù)光伏陣列特性及其最大功率跟蹤的特點，結(jié)合STM32的高處理性能，設(shè)計了基于STM32為核心的陣列MPPT控制、蓄電池容量預(yù)測及充放電于一體的三相光伏能量管理系統(tǒng)。其前級包括DC/DC轉(zhuǎn)換的升壓電路，后級為直流電能儲能與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。后級主要是直流電進(jìn)行儲能以及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，由于每個時間的光照與溫度不一樣，光伏陣列的電壓和短路電流會有很大的變化，導(dǎo)致整個系統(tǒng)不穩(wěn)定，效率不大。光伏陣列獲得最大功率點，可以用MPPT的方法，，使光伏發(fā)電系統(tǒng)在每個時間獲得最大的功率輸出。

3 前級DC/DC 升壓部分

前級采用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個諧振頻率，一個是當(dāng)變壓器副邊導(dǎo)通時Lm短路，只有Lr與Cr組成的諧振頻率fs；另一個是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個范圍，分別是f>fs，fm

4 后級直流電儲能與DC/AC逆變部分

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

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，并廣泛集成增強型和I/O口，1個12為DAC，1個32位定時器和1個高級控制PWM定時器。這些特點使STM32051可以更好應(yīng)用于系統(tǒng)控制中。設(shè)計中，利用STM32051對光伏的電壓、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，通過對前后級、充放電的控制，實現(xiàn)各級穩(wěn)定輸出以及過壓、欠壓、過熱的保護(hù)，系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

通過這種控制，我們可以更加友好的控制元器件最大運行功率，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)行實時控制，便于實現(xiàn)光伏的快速、準(zhǔn)確、高效的運行。

6 結(jié)束語

隨著我國工業(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，我們?nèi)匀恍枰Ｗo(hù)環(huán)境。而光伏能源使用，既可以填補我國電能源發(fā)展的需求，又可以保護(hù)環(huán)境，作為新時代科技的能源技術(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。

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作者簡介

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)測技術(shù)。