基于單片機控制的微電網系統

張潤濤 賴俊吉 馬睿 彭耀

摘 要：隨著光伏、風力、燃料電池等分布式微源和儲能裝置大多通過逆變器在公共連接點并聯接入微電網，微電網多逆變器并聯普遍存在，微電網是在新能源分布式發電基礎上新興的前沿技術，與大電網互為支撐，是提高分布式發電供能效益的有效方式，所以在微電網逆變器并網控制、多逆變器并聯控制和微電網電能質量主動控制等方面仍存在諸多技術難題。本文重點研究了用STC15F2K60S2單片機為核心控制的微電網系統，以供參考借鑒。

關鍵詞：微電網；逆變器；STC15F2K60S2單片機；ICL7017；數碼管

微電網的提出旨在實現分布式電源的靈活、高效應用，解決數量龐大、形式多樣的分布式電源并網問題。開發和延伸微電網能夠充分促進分布式電源與可再生能源的大規模接入，實現對負荷多種能源形式的高可靠供給，是實現主動式配電網的一種有效方式，使傳統電網向智能電網過渡。因此，本文對基于STC15F2K60S2單片機控制的微電網系統的設計具有現實意義。

1基于STC15F2K60S2單片機控制的微電網系統設計

1.1總體框架

本文提供一種由單片機控制可調頻率的微電網系統，包括輸入防反接電路、驅動電路、輔助電源、控制電路、三相電壓型橋式逆變電路、濾波電路、電壓檢測顯示電路，核心由STC15F2K60S2單片機為核心控制的SPWM逆變電源，單片機通過自然數查表法控制內部硬件PWM模塊生成SPWM脈沖信號，在IR2104和IRF540構成的驅動電路下驅動三相全橋逆變電路，輸出經LC低通濾波器濾波，最后在負載上得到穩定的正弦波交流電。其正弦波輸出頻率由單片機內部程序控制調節。

1.2 模塊功能

1.2.1 輸入防反接電路

該電路的作用是為了防止在輸入接反的情況下會發生災難性的后果，輕則燒毀保險管，重則燒毀大部分甚至整個電路。因此，在逆變器中，防反接電路占有重要的角色。

1.2.2 驅動電路

本文所采用的是半橋式驅動電路，本全橋驅動電路采用IR2104作為它的驅動芯片，該芯片的優點是結構簡單性能可靠并且能即大的提升電路的穩定性且降低了設計難度。該芯片采用被動式泵荷升壓原理。上電時，電源流過快恢復二極管D向電容C充電，C上的端電壓很快升至接近Vcc，這時如果下管導通，C負級被拉低，形成充電回路，會很快充電至接近Vcc，當PWM波形翻轉時，芯片輸出反向電平，下管截止，上管導通，C負極電位被抬高到接近電源電壓，水漲船高，C正極電位這時已超過Vcc電源電壓。因有D的存在，該電壓不會向電源倒流，C此時開始向芯片內部的高壓側懸浮驅動電路供電，C上的端電壓被充至高于電源高壓的Vcc，只要上下管一直輪流導通和截止，C就會不斷向高壓側懸浮驅動電路供電，使上管打開的時候，高壓側懸浮驅動電路電壓一直大于上管的S極。采用該芯片降低了整體電路的設計難道，只要電容C選擇恰當，該電路運行穩定。

1.2.3 輔助電源

輔助電源由變壓、整流濾波、穩壓部分組成。為整個系統提供±5V和±12V的電壓，確保單片機和芯片的正常穩定工作，本文都采用三端穩壓管實現。

1.2.4 控制電路

控制電路是基于STC15F2K60S2單片機產生的SPWM信號去驅動整個電路，使得場效應管交替關斷導通，從而實現逆變的功能。

1.2.5 三相電壓型橋式逆變電路

電壓型三相橋式逆變電路由三個半橋電路組成，開關管可以采用全 控型電力電子器件VDl～VD6為續流二極管。基本工作方式為180°導電型，即每個橋臂的導電角為180°。同一相上下橋臂交替導電。各相開始導電的時間一次相差120°。在一個周期內，6個開關管觸發導通的次序為 V1-- V2-- V3 --V4-- V5-- V6，依次相隔 60°，任意時刻均有三個管子同時導通，導通的組合順序為V1V2V3，V2V3V4，V3V4V5，V4V5V6，V5V6V1，每種組合工作。

1.2.6 濾波電路

濾波電路的作用是把直流電壓過濾，過濾掉其中不平整的脈動，這樣的目的是確保之后的電路環節能得到優秀質量的電壓或電流，本電路的濾波電路部分采用的是電感電容（LC）濾波電路。

1.2.7 電壓檢測顯示電路

電壓檢測顯示電路運用雙積分型A/D轉換器ICL7107，通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應的數字型輸出。

2結論

總而言之，微電網的提出旨在實現分布式電源的靈活、高效應用，解決數量龐大、形式多樣的分布式電源并網問題。開發和延伸微電網能夠充分促進分布式電源與可再生能源。而通過此次基于STC15F2K60S2單片機控制的微電網系統的設計，主要采用了電子技術在軟硬件方面結合的思想，通過單片機的自我調節，能夠有效的實現自我控制、保護和管理的功能。

參考文獻

[1] 王兆安，電力電子技術，機械工業出版社.2008

[2] 劉志剛，電力電子學，清華大學出版社.2009

[3] 石玉，電力電子技術例題與電路設計指導，機械工業出版社.2003

[4] 張興，張崇巍，PWM整流器及其控制，機械工業出版社.2012

（作者單位：四川省成都市西華大學）