新能源微電網模擬系統

(南寧學院機電與質量技術工程學院 廣西 南寧 530000)

引言

隨著時代的發展，新能源微電網在迅速的發展起來，不斷的壯大。它與傳統電網相比，能源利用率搞、靈活性高、經濟方面可靠、污染少。尤其是近年來的世界范圍大規模的停電，造成了一些重大事故和損失。傳統電網的脆弱性主要體現在大規模停電上。DC-AC逆變器和SPWM波輸出是系統設計中的一個難點，目前新能源微電網模擬系統的設計方法如下：采用STM32F103C8T6單片機作為主控電路，輸入直流24V電壓，經單片機產生輸出SPWM波，通過MOS管驅動電路驅動后進入DC-AC逆變電路，經電壓電流采集電路反饋回單片機上進行調節，輸出三相SPWM波。兩塊電路進行PID調節后并網。

一、系統的總體結構

系統主要包括輔助電源模塊、STM32F103C8T6單片機模塊、OLED顯示屏模塊、MOS管驅動電路模塊、橋式逆變主電路模塊、電流互感器模塊、輸出電壓采集電壓模塊。STM32F103C8T6單片機利用外接輔助電源供電產生三相SPWM信號，經過MOS管驅動電路接入橋式逆變主電路進行DC-AC的逆變，分別對電流電壓采樣后反饋回STM32F103C8T6單片機上，接入示波器顯示波形，按鍵電路進行調節占空比，實現并網功能。主回路是兩項逆變電路并聯，既可以單獨給負載供電，也可以同時并聯工作給負載供電，在其過程中輸出的功率可調，可等比例增大獲減小。本系統總框圖如圖1所示。

圖1 系統總框圖

二、硬件電路的設計

DC-AC逆變器：逆變電路也是本系統運行時的重要模塊，本逆變電路屬于三相橋式全控整流電路，共由六個晶閘管組成三對橋臂。其實質是一組共陽極與一組共陰極的三相半波可控整流電路的串聯。由于在實際中電網電壓是有波動的，所以每個晶閘管都并聯了SS36穩壓管，進行電路保護。MOS管IRF3205的設計中，具有自定義設置區的功能。合理的設置外圍電路把整個電路設置成三相全橋的邏輯完整連接。電路圖如圖2所示。

圖2 逆變電路

采樣電路：以電流互感器HWCT、電壓互感器ZMPT為主的采樣電路，將逆變電路出來的三相SPWM波進行采樣處理，反饋回STM32單片機上面，檢測相位是否一致。電流互感器HWCT的作用是將一次側的高壓側大電流轉換成二次小電流。參數是5A/5mA,表示的是一次側通過的電流為5A時，二次側出來的是5mA。電壓互感器ZMPT變比為1000:1000，與之搭配的電阻有限流電阻和取樣電阻。

三、軟件系統設計

(一)并網設計

并網的程序設計，首先初始化SPWMM，設定時輸入電壓為24V，經驅動電路后進行檢測電壓是否可行、SPWM波的幅值是否到達目標，與24V電壓比較，大于24V就調節按鍵減小占空比，若小于就增大占空比。設置電流比為I1:I2，測量模塊輸出電流，當小于設定值時，用按鍵調節占空比，若大于時則減小占空比。

(二)SPWM輸出設計原理

SPWM波型程序控制的原理：通過STM32F103C8T6單片機產生輸出SPWM波后控制MOS管驅動電路，經DC-AC逆變后進行電流電壓采樣處理反饋回STM32單片機上，進行PID調節后達到我們期望的電流、電壓值。可通過程序設定按鍵電路調節占空比來調整脈沖的占空比，調整輸出的脈沖按正弦規律變化，PWM值越大占空比越小。程序設置三組的相位差為120°，每120°就換一組程序，便可控制三相SPWM波的輸出。

四、總結

通過對系統的調試，得出系統能夠輸出三相SPWM波穩定，波紋較少，波形相差120°的正弦波；在三相DC—AC轉換器中輸入電壓DC24V，輸出電壓VPP為AC0—20V可調通過按鍵電路、最小步進電壓1V。且在兩路電壓通過測試后，在相同的相位時，能夠并網運行，功率也可自由等比例調配。線電壓的有效值為24V，電流最大輸出值為3A，頻率為50Hz±0.2Hz。本系統具有測保、護量及顯示功能。所研究的實物整體的結構簡單、在運行過程中穩定且易于控制調節。