張潤濤 賴俊吉 馬睿 彭耀

摘 要：隨著光伏、風(fēng)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(diǎn)并聯(lián)接入微電網(wǎng)，微電網(wǎng)多逆變器并聯(lián)普遍存在，微電網(wǎng)是在新能源分布式發(fā)電基礎(chǔ)上新興的前沿技術(shù)，與大電網(wǎng)互為支撐，是提高分布式發(fā)電供能效益的有效方式，所以在微電網(wǎng)逆變器并網(wǎng)控制、多逆變器并聯(lián)控制和微電網(wǎng)電能質(zhì)量主動控制等方面仍存在諸多技術(shù)難題。本文重點(diǎn)研究了用STC15F2K60S2單片機(jī)為核心控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)，以供參考借鑒。

關(guān)鍵詞：微電網(wǎng)；逆變器；STC15F2K60S2單片機(jī)；ICL7017；數(shù)碼管

微電網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源的大規(guī)模接入，實(shí)現(xiàn)對負(fù)荷多種能源形式的高可靠供給，是實(shí)現(xiàn)主動式配電網(wǎng)的一種有效方式，使傳統(tǒng)電網(wǎng)向智能電網(wǎng)過渡。因此，本文對基于STC15F2K60S2單片機(jī)控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計具有現(xiàn)實(shí)意義。

1基于STC15F2K60S2單片機(jī)控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

1.1總體框架

本文提供一種由單片機(jī)控制可調(diào)頻率的微電網(wǎng)系統(tǒng)，包括輸入防反接電路、驅(qū)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(jī)為核心控制的SPWM逆變電源，單片機(jī)通過自然數(shù)查表法控制內(nèi)部硬件PWM模塊生成SPWM脈沖信號，在IR2104和IRF540構(gòu)成的驅(qū)動電路下驅(qū)動三相全橋逆變電路，輸出經(jīng)LC低通濾波器濾波，最后在負(fù)載上得到穩(wěn)定的正弦波交流電。其正弦波輸出頻率由單片機(jī)內(nèi)部程序控制調(diào)節(jié)。

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(fā)生災(zāi)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(qū)動電路

本文所采用的是半橋式驅(qū)動電路，本全橋驅(qū)動電路采用IR2104作為它的驅(qū)動芯片，該芯片的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單性能可靠并且能即大的提升電路的穩(wěn)定性且降低了設(shè)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(fù)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(dǎo)通，C負(fù)級被拉低，形成充電回路，會很快充電至接近Vcc，當(dāng)PWM波形翻轉(zhuǎn)時，芯片輸出反向電平，下管截止，上管導(dǎo)通，C負(fù)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(nèi)部的高壓側(cè)懸浮驅(qū)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(dǎo)通和截止，C就會不斷向高壓側(cè)懸浮驅(qū)動電路供電，使上管打開的時候，高壓側(cè)懸浮驅(qū)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(shè)計難道，只要電容C選擇恰當(dāng)，該電路運(yùn)行穩(wěn)定。

1.2.3 輔助電源

輔助電源由變壓、整流濾波、穩(wěn)壓部分組成。為整個系統(tǒng)提供±5V和±12V的電壓，確保單片機(jī)和芯片的正常穩(wěn)定工作，本文都采用三端穩(wěn)壓管實(shí)現(xiàn)。

1.2.4 控制電路

控制電路是基于STC15F2K60S2單片機(jī)產(chǎn)生的SPWM信號去驅(qū)動整個電路，使得場效應(yīng)管交替關(guān)斷導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)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(guān)管可以采用全 控型電力電子器件VDl～VD6為續(xù)流二極管?；竟ぷ鞣绞綖?80°導(dǎo)電型，即每個橋臂的導(dǎo)電角為180°。同一相上下橋臂交替導(dǎo)電。各相開始導(dǎo)電的時間一次相差120°。在一個周期內(nèi)，6個開關(guān)管觸發(fā)導(dǎo)通的次序?yàn)?V1-- V2-- V3 --V4-- V5-- V6，依次相隔 60°，任意時刻均有三個管子同時導(dǎo)通，導(dǎo)通的組合順序?yàn)閂1V2V3，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(huán)節(jié)能得到優(yōu)秀質(zhì)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(yùn)用雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器ICL7107，通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進(jìn)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(jìn)而得出相應(yīng)的數(shù)字型輸出。

2結(jié)論

總而言之，微電網(wǎng)的提出旨在實(shí)現(xiàn)分布式電源的靈活、高效應(yīng)用，解決數(shù)量龐大、形式多樣的分布式電源并網(wǎng)問題。開發(fā)和延伸微電網(wǎng)能夠充分促進(jìn)分布式電源與可再生能源。而通過此次基于STC15F2K60S2單片機(jī)控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計，主要采用了電子技術(shù)在軟硬件方面結(jié)合的思想，通過單片機(jī)的自我調(diào)節(jié)，能夠有效的實(shí)現(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的功能。

參考文獻(xiàn)

[1] 王兆安，電力電子技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社.2008

[2] 劉志剛，電力電子學(xué)，清華大學(xué)出版社.2009

[3] 石玉，電力電子技術(shù)例題與電路設(shè)計指導(dǎo)，機(jī)械工業(yè)出版社.2003

[4] 張興，張崇巍，PWM整流器及其控制，機(jī)械工業(yè)出版社.2012

（作者單位：四川省成都市西華大學(xué)）