一种基于stm32的离网型光伏发电系统的设计

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1、一种基于STM32的离网型光伏发电系统的设计梅守滨国网滨州供电公司山东滨州256600摘要：木文设计了一种非并网型光伏发电系统，该系统适用于偏远地区等电力系统不能供电的地方供电。设计以嵌入式单片机STM32F103作为核心控制器，控制太阳能电池板输出直流电经DC/DC单元变换和DC/AC单元变换。其中，DC/DC单元变换在完成对电池板的最大功率点输出跟踪控制的同时，向木地直流负载供电和向蓄电池充电。DC/AC单元变换实现将直流电转换为交流电，以完成向交流负载供电的目的。实验结果表明：此光伏发电系统结构易于实现，满足了设计的实际运行要

2、求，为其他独立型光伏发电系统提供参考。关键词：嵌入式；STM32F103；光伏发电；太阳能引言太阳能发电不受煤炭资源和电网的电力线路等限制，因此太阳能发电方式比较灵活，使得国内经济生活对煤炭和石油等能源的依赖降低，并有效减少碳排放。光伏发电系统分为并网型光伏发电系统和非并网型光伏发电系统［1］。非并网型光伏发电系统一般用于移动电源或偏远地区等电力系统不能供电的地方供电，且不与电力系统的电网并网。针对丙部偏远地区地广人稀和电力系统路线铺设困难的现状，木文设计了一套基于嵌入式单片机STM32的离网型光伏发电系统。1系统硬件设计方案1.1

3、光伏发电系统输入保护电路设计图1-1光伏发电系统输入保护电路由于太阳能光伏电池板通常安装在难以维护的偏远地区，为了能充分利用太阳能资源，拥有更长的工作寿命，可以减少工作人员的维护［2］。针对雷击等保护设计的光伏发电系统输入保护电路如图1-1所示。为了防止输入端和输出端对低电压过高，PV1+和PV1-分别通过压敏电阻RT1、RT2经放电管GDT接地。压敏电阻值在遭受雷击等瞬吋脉冲高压吋会迅速降低，同时气体放电管短路，浪涌电能量被压敏电阻和放电管吸收并通过人地将高压及瞬吋能量释放掉，压敏电阻和放电管可以在瞬吋脉冲能量释放完毕后自动冋复正

4、常。1.3中点电位平衡电路图1-2中点电位平衡电路电路的输出不稳定问题往往是由于中点电位不平衡引起的，因此本设计针对中点电位不平衡问题采取了如图1-2所示的平衡电路［3］。当中点电压不平衡吋，、的电压也不相同。若，则与、、、组成的Buck降压斩波电路工作通过向充电。若，则与、、、组成的Boost升压斩波电路通过向充电。通过不断重复以上过程，直至实现中点电压平衡。2系统软件设计方案2.1主程序主程序通过调用双闭环控制器对三电平逆变控制系统中电压外环和电流内环控制，在内环电流控制中引入电压前馈控制，实现状态反馈解耦电流控制。通过SVPW

5、M算法将相邻空间电压矢量通过一定组合顺序，最终在空间中获得一个幅值恒定的圆形旋转磁场，控制逆变器的工作［4］。通过MPPT算法来实现最人功率点的追踪，控制光伏电池输出维持最大功率［5】。2.2SVPWM控制下中点电位平衡仿真利用PSCAD仿真软件，对基于中点电位平衡方法的空间矢量调制（SVPWM）算法进行建模与仿真研宄。直流侧电容两端未加中点平衡控制算法的电压、电流仿真结果如图2-1、2-2所示。图2-2未加中点平衡控制算法的电流仿真结果直流侧电容两端加入中点平衡控制算法的电压、电流仿真结果如图2-3、2-4所示。图2-4加入中点平

6、衡控制算法的电流仿真结果由仿真结果可知，当不加入中点平衡控制算法时，直流侧电容的电压不平衡度较大且电流畸变较大。加入中点平衡控制算法时，直流侧电容电压的波动较小，II电流畸变小。3结束语本文针对中小型离网逆变器的电路结构和控制算法，与国内外当今光伏发电现状的研究相比较，完成了基于嵌入式STM32的光伏发电系统的设计。其中电压输出波动的问题通过中性点平衡电路及相关算法解决。三电平逆变控制系统采取电压外环和电流内环的双闭环系统控制，保证系统稳定高效运行，冋吋方便进行功率调节，为其他离网式光伏发电系统设计提供参考。参考文献：[1]巩志强.

7、离网式光伏发电系统设计优化研究[D].西安：西安工业大学，2014.[2]张迪.光伏离网逆变器研制及其PWM控制方法[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.[3】李新瑞.NPC三电平逆变器及其中点电位平衡的研究[D].东营，中国石油大学（华东），2009.[4]吴翔宇，沈沉，程建洲等.基于三电平拓扑的电力电子变压器研究[j].电力电子技术，2012,46（1）：107-110.[5】杨伟昕.光伏发电最大功率点跟踪及并网运行[D]，南京：南京航空航天大学，2010.作者简介：梅守滨（1989-）男，山东滨州人，国网滨州供电公司，主要

8、研究方向：电网调度及自动化。