基于STM32控制的三相光伏并网系统的设计

摘 要：本文根据光伏阵列特性及其最大功率跟踪的特点，结合STM32的高处理性能，设计了基于STM32为核心的阵列MPPT控制、蓄电池容量预测及充放电于一体的三相光伏能量管理系统。其前级包括DC/DC转换的升压电路，后级为直流电能储能与DC/AC逆变，采用SPWM电压电流双环控制。

关键词：三相光伏能量管理系统；MPPT控制；SPWM电压电流双环控制

近年来，人们对太阳能进行不断的探索，太阳能发电的利用率有了很大提升，本设计之一就是利用现代的技术发展，提升发电的可靠性与利用率。

1 三相光伏并网系统的组成结构

根据变化器与逆变器两部分，三相光伏并网可以分成2部分。前级AC/DC升

压部分采用的是全桥LLC谐振变换电路，将光伏阵列输出的低压40～55V升高到500V。后级主要是直流电进行储能以及DC/AC逆变部分。主体是利用STM32进行核心控制。光伏发电系统的结构框架如图1所示。

2 最大功率跟踪方法（MPPT）

在直流升压部分，由于每个时间的光照与温度不一样，光伏阵列的电压和短路电流会有很大的变化，导致整个系统不稳定，效率不大。光伏阵列获得最大功率点，可以用MPPT的方法，，使光伏发电系统在每个时间获得最大的功率输出。

3 前级DC/DC 升压部分

前级采用LLC谐振变换电路进行升压，可如图2所示。

图2电路主要包括开关网络、谐振网络、整流网络3个部分。其中，开关网络由开关管Q1—Q4组成；谐振网络是由谐振电感Lr、谐振电容Cr以及励磁电感Lm组成；整流网络由二极管D1—D4组成的不可控整流电路。LLC谐振变换电路谐振网络有2个谐振频率，一个是当变压器副边导通时Lm短路，只有Lr与Cr组成的谐振频率fs；另一个是Lr，Cr，Lm共同参与组成的谐振频率。由此可以得到一下公式：

由公式可得，LLC谐振电路工作频率有3个范围，分别是f>fs，fm

4 后级直流电储能与DC/AC逆变部分

为了使电能的利用率提高，在后级添加了直流电能的储电池。当日光充足，产生过剩电量时，把多余的电能进行储存。便于在夜晚电能或者高峰期电能短缺时，进行供电。

逆变部分采用了SPWM电压电流双闭环系统控制的逆变器，即电压外环、电流内环的控制。在逆变器的输出侧接入LC型滤波器，使后续输出的三相电流可以更加的稳固。

5 控制部分的设计

控制电路部分使用STM32进行控制，具体可使用控制芯片STM32F051进行控制。STM32F051是ARM核32为微控制器，工作在48MHz，具有高速的嵌入閃存，并广泛集成增强型和I/O口，1个12为DAC，1个32位定时器和1个高级控制PWM定时器。这些特点使STM32051可以更好应用于系统控制中。设计中，利用STM32051对光伏的电压、电流、谐振电流、直流电路、并网电压、并网电流不断的检测，通过对前后级、充放电的控制，实现各级稳定输出以及过压、欠压、过热的保护，系统稳定运行。

通过这种控制，我们可以更加友好的控制元器件最大运行功率，使光伏发出三相电再并入电网。通过这种控制方式，利用STM32F051进行实时控制，便于实现光伏的快速、准确、高效的运行。

6 结束语

随着我国工业的发展，电能源的使用突飞猛进，传统的煤炭能源发电已经不能再作为主要的发电能源了，在保证工业发展需要的同时，我们仍然需要保护环境。而光伏能源使用，既可以填补我国电能源发展的需求，又可以保护环境，作为新时代科技的能源技术，光伏发电需要不断发展。我们需要大力发展、研究光伏技术，提升光伏技术的利用率。

本文所提出的利用STM32F051作为光伏的控制方式，在理论上结合了现代嵌入式技术的发展，在利用原有的光伏技术上，结合、发展新兴技术，提升光伏发电的利用率。

参考文献

[1] 王兆安，黄 俊. 电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2000

[2]胡寿松.自动控制原理[M].北京：科学出版社，2001

[3]朱立泓.LLC谐振变换器的设计[D].杭州：浙江大学，2006

[4]顾亦磊，杭丽君，吕征宇，等.非对称结构多路输出LLC谐振型变换器[J].中国电机工程学报，2006，43（5）：82—87.

[5]郑诗程.光伏发电系统及其控制的研究[D].合肥：合肥工业大学，2004.

[6]找正名，刘建政等编著.太阳能光伏发电及其应用.第一版.北京：科学出版社，2005：10—19，43—72，109—173

[7] 刘家赢，韩肖清，张鹏，米晓东. 一种改进的变步长电导增量法在光伏MPPT中的应用[J]. 电气应用，2014，33（13）： 23-27.

[8] 王亚兰，陈渊睿. 光伏电池通用模型及自适应MPPT控制方法[J]. 电源技术，2015，39（01）： 75-77.

[9] 倪海东，蒋玉萍编著.高频开关电源集成控制器.第一版.北京：机械工业出版社，2005

[10] 周立功编著.ARM嵌入式系统基础教程.北京：北京航天航空大学出版社，2004

作者简介

钱程（1992-），男，汉，安徽，硕士研究生，学生，研究方向：电气信息监测技术。