基于单片机控制的微电网系统

张润涛 赖俊吉 马睿 彭耀

摘 要：随着光伏、风力、燃料电池等分布式微源和储能装置大多通过逆变器在公共连接点并联接入微电网，微电网多逆变器并联普遍存在，微电网是在新能源分布式发电基础上新兴的前沿技术，与大电网互为支撑，是提高分布式发电供能效益的有效方式，所以在微电网逆变器并网控制、多逆变器并联控制和微电网电能质量主动控制等方面仍存在诸多技术难题。本文重点研究了用STC15F2K60S2单片机为核心控制的微电网系统，以供参考借鉴。

关键词：微电网；逆变器；STC15F2K60S2单片机；ICL7017；数码管

微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源的大规模接入，实现对负荷多种能源形式的高可靠供给，是实现主动式配电网的一种有效方式，使传统电网向智能电网过渡。因此，本文对基于STC15F2K60S2单片机控制的微电网系统的设计具有现实意义。

1基于STC15F2K60S2单片机控制的微电网系统设计

1.1总体框架

本文提供一种由单片机控制可调频率的微电网系统，包括输入防反接电路、驱动电路、辅助电源、控制电路、三相电压型桥式逆变电路、滤波电路、电压检测显示电路，核心由STC15F2K60S2单片机为核心控制的SPWM逆变电源，单片机通过自然数查表法控制内部硬件PWM模块生成SPWM脉冲信号，在IR2104和IRF540构成的驱动电路下驱动三相全桥逆变电路，输出经LC低通滤波器滤波，最后在负载上得到稳定的正弦波交流电。其正弦波输出频率由单片机内部程序控制调节。

1.2 模块功能

1.2.1 输入防反接电路

该电路的作用是为了防止在输入接反的情况下会发生灾难性的后果，轻则烧毁保险管，重则烧毁大部分甚至整个电路。因此，在逆变器中，防反接电路占有重要的角色。

1.2.2 驱动电路

本文所采用的是半桥式驱动电路，本全桥驱动电路采用IR2104作为它的驱动芯片，该芯片的优点是结构简单性能可靠并且能即大的提升电路的稳定性且降低了设计难度。该芯片采用被动式泵荷升压原理。上电时，电源流过快恢复二极管D向电容C充电，C上的端电压很快升至接近Vcc，这时如果下管导通，C负级被拉低，形成充电回路，会很快充电至接近Vcc，当PWM波形翻转时，芯片输出反向电平，下管截止，上管导通，C负极电位被抬高到接近电源电压，水涨船高，C正极电位这时已超过Vcc电源电压。因有D的存在，该电压不会向电源倒流，C此时开始向芯片内部的高压侧悬浮驱动电路供电，C上的端电压被充至高于电源高压的Vcc，只要上下管一直轮流导通和截止，C就会不断向高压侧悬浮驱动电路供电，使上管打开的时候，高压侧悬浮驱动电路电压一直大于上管的S极。采用该芯片降低了整体电路的设计难道，只要电容C选择恰当，该电路运行稳定。

1.2.3 辅助电源

辅助电源由变压、整流滤波、稳压部分组成。为整个系统提供±5V和±12V的电压，确保单片机和芯片的正常稳定工作，本文都采用三端稳压管實现。

1.2.4 控制电路

控制电路是基于STC15F2K60S2单片机产生的SPWM信号去驱动整个电路，使得场效应管交替关断导通，从而实现逆变的功能。

1.2.5 三相电压型桥式逆变电路

电压型三相桥式逆变电路由三个半桥电路组成，开关管可以采用全 控型电力电子器件VDl～VD6为续流二极管。基本工作方式为180°导电型，即每个桥臂的导电角为180°。同一相上下桥臂交替导电。各相开始导电的时间一次相差120°。在一个周期内，6个开关管触发导通的次序为 V1-- V2-- V3 --V4-- V5-- V6，依次相隔 60°，任意时刻均有三个管子同时导通，导通的组合顺序为V1V2V3，V2V3V4，V3V4V5，V4V5V6，V5V6V1，每种组合工作。

1.2.6 滤波电路

滤波电路的作用是把直流电压过滤，过滤掉其中不平整的脉动，这样的目的是确保之后的电路环节能得到优秀质量的电压或电流，本电路的滤波电路部分采用的是电感电容（LC）滤波电路。

1.2.7 电压检测显示电路

电压检测显示电路运用双积分型A/D转换器ICL7107，通过对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分将输入电压平均值变换成与之成正比的时间间隔，然后利用脉冲时间间隔，进而得出相应的数字型输出。

2结论

总而言之，微电网的提出旨在实现分布式电源的灵活、高效应用，解决数量庞大、形式多样的分布式电源并网问题。开发和延伸微电网能够充分促进分布式电源与可再生能源。而通过此次基于STC15F2K60S2单片机控制的微电网系统的设计，主要采用了电子技术在软硬件方面结合的思想，通过单片机的自我调节，能够有效的实现自我控制、保护和管理的功能。

参考文献

[1] 王兆安，电力电子技术，机械工业出版社.2008

[2] 刘志刚，电力电子学，清华大学出版社.2009

[3] 石玉，电力电子技术例题与电路设计指导，机械工业出版社.2003

[4] 张兴，张崇巍，PWM整流器及其控制，机械工业出版社.2012

（作者单位：四川省成都市西华大学）