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标题 基于STM32控制的三相光伏并网系统的设计
范文 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,fm4 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。
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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。
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更新时间:2025/3/21 20:18:22