(南寧學(xué)院機(jī)電與質(zhì)量技術(shù)工程學(xué)院 廣西 南寧 530000)

引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，新能源微電網(wǎng)在迅速的發(fā)展起來，不斷的壯大。它與傳統(tǒng)電網(wǎng)相比，能源利用率搞、靈活性高、經(jīng)濟(jì)方面可靠、污染少。尤其是近年來的世界范圍大規(guī)模的停電，造成了一些重大事故和損失。傳統(tǒng)電網(wǎng)的脆弱性主要體現(xiàn)在大規(guī)模停電上。DC-AC逆變器和SPWM波輸出是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一個(gè)難點(diǎn)，目前新能源微電網(wǎng)模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法如下：采用STM32F103C8T6單片機(jī)作為主控電路，輸入直流24V電壓，經(jīng)單片機(jī)產(chǎn)生輸出SPWM波，通過MOS管驅(qū)動電路驅(qū)動后進(jìn)入DC-AC逆變電路，經(jīng)電壓電流采集電路反饋回單片機(jī)上進(jìn)行調(diào)節(jié)，輸出三相SPWM波。兩塊電路進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后并網(wǎng)。

一、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)主要包括輔助電源模塊、STM32F103C8T6單片機(jī)模塊、OLED顯示屏模塊、MOS管驅(qū)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(jī)利用外接輔助電源供電產(chǎn)生三相SPWM信號，經(jīng)過MOS管驅(qū)動電路接入橋式逆變主電路進(jìn)行DC-AC的逆變，分別對電流電壓采樣后反饋回STM32F103C8T6單片機(jī)上，接入示波器顯示波形，按鍵電路進(jìn)行調(diào)節(jié)占空比，實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)功能。主回路是兩項(xiàng)逆變電路并聯(lián)，既可以單獨(dú)給負(fù)載供電，也可以同時(shí)并聯(lián)工作給負(fù)載供電，在其過程中輸出的功率可調(diào)，可等比例增大獲減小。本系統(tǒng)總框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總框圖

二、硬件電路的設(shè)計(jì)

DC-AC逆變器：逆變電路也是本系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)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(gè)晶閘管組成三對橋臂。其實(shí)質(zhì)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(lián)。由于在實(shí)際中電網(wǎng)電壓是有波動的，所以每個(gè)晶閘管都并聯(lián)了SS36穩(wěn)壓管，進(jìn)行電路保護(hù)。MOS管IRF3205的設(shè)計(jì)中，具有自定義設(shè)置區(qū)的功能。合理的設(shè)置外圍電路把整個(gè)電路設(shè)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(jìn)行采樣處理，反饋回STM32單片機(jī)上面，檢測相位是否一致。電流互感器HWCT的作用是將一次側(cè)的高壓側(cè)大電流轉(zhuǎn)換成二次小電流。參數(shù)是5A/5mA,表示的是一次側(cè)通過的電流為5A時(shí)，二次側(cè)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(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)并網(wǎng)設(shè)計(jì)

并網(wǎng)的程序設(shè)計(jì)，首先初始化SPWMM，設(shè)定時(shí)輸入電壓為24V，經(jīng)驅(qū)動電路后進(jìn)行檢測電壓是否可行、SPWM波的幅值是否到達(dá)目標(biāo)，與24V電壓比較，大于24V就調(diào)節(jié)按鍵減小占空比，若小于就增大占空比。設(shè)置電流比為I1:I2，測量模塊輸出電流，當(dāng)小于設(shè)定值時(shí)，用按鍵調(diào)節(jié)占空比，若大于時(shí)則減小占空比。

(二)SPWM輸出設(shè)計(jì)原理

SPWM波型程序控制的原理：通過STM32F103C8T6單片機(jī)產(chǎn)生輸出SPWM波后控制MOS管驅(qū)動電路，經(jīng)DC-AC逆變后進(jìn)行電流電壓采樣處理反饋回STM32單片機(jī)上，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后達(dá)到我們期望的電流、電壓值?？赏ㄟ^程序設(shè)定按鍵電路調(diào)節(jié)占空比來調(diào)整脈沖的占空比，調(diào)整輸出的脈沖按正弦規(guī)律變化，PWM值越大占空比越小。程序設(shè)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(jié)

通過對系統(tǒng)的調(diào)試，得出系統(tǒng)能夠輸出三相SPWM波穩(wěn)定，波紋較少，波形相差120°的正弦波；在三相DC—AC轉(zhuǎn)換器中輸入電壓DC24V，輸出電壓VPP為AC0—20V可調(diào)通過按鍵電路、最小步進(jìn)電壓1V。且在兩路電壓通過測試后，在相同的相位時(shí)，能夠并網(wǎng)運(yùn)行，功率也可自由等比例調(diào)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(tǒng)具有測保、護(hù)量及顯示功能。所研究的實(shí)物整體的結(jié)構(gòu)簡單、在運(yùn)行過程中穩(wěn)定且易于控制調(diào)節(jié)。