新能源微电网模拟系统

(南宁学院机电与质量技术工程学院 广西 南宁 530000)

引言

随着时代的发展，新能源微电网在迅速的发展起来，不断的壮大。它与传统电网相比，能源利用率搞、灵活性高、经济方面可靠、污染少。尤其是近年来的世界范围大规模的停电，造成了一些重大事故和损失。传统电网的脆弱性主要体现在大规模停电上。DC-AC逆变器和SPWM波输出是系统设计中的一个难点，目前新能源微电网模拟系统的设计方法如下：采用STM32F103C8T6单片机作为主控电路，输入直流24V电压，经单片机产生输出SPWM波，通过MOS管驱动电路驱动后进入DC-AC逆变电路，经电压电流采集电路反馈回单片机上进行调节，输出三相SPWM波。两块电路进行PID调节后并网。

一、系统的总体结构

系统主要包括辅助电源模块、STM32F103C8T6单片机模块、OLED显示屏模块、MOS管驱动电路模块、桥式逆变主电路模块、电流互感器模块、输出电压采集电压模块。STM32F103C8T6单片机利用外接辅助电源供电产生三相SPWM信号，经过MOS管驱动电路接入桥式逆变主电路进行DC-AC的逆变，分别对电流电压采样后反馈回STM32F103C8T6单片机上，接入示波器显示波形，按键电路进行调节占空比，实现并网功能。主回路是两项逆变电路并联，既可以单独给负载供电，也可以同时并联工作给负载供电，在其过程中输出的功率可调，可等比例增大获减小。本系统总框图如图1所示。

图1 系统总框图

二、硬件电路的设计

DC-AC逆变器：逆变电路也是本系统运行时的重要模块，本逆变电路属于三相桥式全控整流电路，共由六个晶闸管组成三对桥臂。其实质是一组共阳极与一组共阴极的三相半波可控整流电路的串联。由于在实际中电网电压是有波动的，所以每个晶闸管都并联了SS36稳压管，进行电路保护。MOS管IRF3205的设计中，具有自定义设置区的功能。合理的设置外围电路把整个电路设置成三相全桥的逻辑完整连接。电路图如图2所示。

图2 逆变电路

采样电路：以电流互感器HWCT、电压互感器ZMPT为主的采样电路，将逆变电路出来的三相SPWM波进行采样处理，反馈回STM32单片机上面，检测相位是否一致。电流互感器HWCT的作用是将一次侧的高压侧大电流转换成二次小电流。参数是5A/5mA,表示的是一次侧通过的电流为5A时，二次侧出来的是5mA。电压互感器ZMPT变比为1000:1000，与之搭配的电阻有限流电阻和取样电阻。

三、软件系统设计

(一)并网设计

并网的程序设计，首先初始化SPWMM，设定时输入电压为24V，经驱动电路后进行检测电压是否可行、SPWM波的幅值是否到达目标，与24V电压比较，大于24V就调节按键减小占空比，若小于就增大占空比。设置电流比为I1:I2，测量模块输出电流，当小于设定值时，用按键调节占空比，若大于时则减小占空比。

(二)SPWM输出设计原理

SPWM波型程序控制的原理：通过STM32F103C8T6单片机产生输出SPWM波后控制MOS管驱动电路，经DC-AC逆变后进行电流电压采样处理反馈回STM32单片机上，进行PID调节后达到我们期望的电流、电压值。可通过程序设定按键电路调节占空比来调整脉冲的占空比，调整输出的脉冲按正弦规律变化，PWM值越大占空比越小。程序设置三组的相位差为120°，每120°就换一组程序，便可控制三相SPWM波的输出。

四、总结

通过对系统的调试，得出系统能够输出三相SPWM波稳定，波纹较少，波形相差120°的正弦波；在三相DC—AC转换器中输入电压DC24V，输出电压VPP为AC0—20V可调通过按键电路、最小步进电压1V。且在两路电压通过测试后，在相同的相位时，能够并网运行，功率也可自由等比例调配。线电压的有效值为24V，电流最大输出值为3A，频率为50Hz±0.2Hz。本系统具有测保、护量及显示功能。所研究的实物整体的结构简单、在运行过程中稳定且易于控制调节。