基于STM32控制的光伏最大功率跟踪系统

北方民族大学电气信息工程学院 曹新成

基于STM32控制的光伏最大功率跟踪系统

北方民族大学电气信息工程学院 曹新成

本文通过研究光伏系统，在硬件方面采用高性能、低成本、低功耗的STM32进行控制。本文分四个部分。首先，对光伏的发展进行了介绍。其次，讨论研究了光伏电池的特性。最后介绍了STM32的性能，对系统实现控制。

光伏发电系统；光伏电池；STM32

0 引言

近年来，随着环境问题的日益凸显，开发可再生能源成为重中之重。太阳能是一种清洁，几乎无污染的能源，因此越来越受到人们的重视。而如何利用它，提高工作效率是需要攻克的难点。

在我国，太阳能是最丰富的能源之一，尤其是在一些高海拔地区，常年在太阳光的照射下，如果利用好这些能量，将大大改善地区的用电问题。

在传统方式下，对系统进行控制比较成熟的芯片有51单片机和DSP，但51单片机功能比较少，满足不了需求，而DSP虽然功能强大，但价格高昂，基于此本文采用低成本、低功耗、高性能的STM32F103VE。

1 光伏电池的特性

太阳能是不稳定的，易受到天气的影响，当太阳能转换为电能，如果把它直接送到电网，会对电网造成污染。因此光能需要控制。

太阳能是以辐射的形式发出的，因此需要用专门的能量转换电子器件来转化。而光伏电池就是其中一种。太阳能电池的伏安特性是系统分析最重要的技术数据之一。太阳能电池的伏安特性是指在特定的日照强度和环境温度下，太阳能电池的输出电压和输出电流、输出功率之间的关系。

光伏系统输出的功率受到环境的影响，为了使光伏系统效率最优，因此要对它进行控制，使系统输出最大功率。现在出现了很多控制方法，有电导增量法，最优梯度法，模糊控制法，扰动观察法，常用的就是扰动观察法。

2 STM32的性能

现代电力电子技术正朝着数字化、智能化、高精度、高集成度的方向发展，与此相对应地，各种高性能的处理器产品已经被开发出来。其中最具代表性的是意法半导体公司的处理器内核。其控制芯片STM32F103VE是一款低成本、低功耗、高性能的处理器。

2.1 系统总体结构电路

系统由STM32主控电路，信号采样电路，LC滤波电路等模块构成。光伏最大功率跟踪系统的电路结构如图1所示：

图1 光伏最大功率跟踪系统的电路结构

主控电路由主控芯片、晶振电路和电容滤波电路组成。主控芯片产生驱动信号，并通过信号控制MOSFET的关断,从而实现最大功率跟踪。

2.2 软件设计实现

此次设计所选用的微型处理机是STM32来对直流电转换成交流电电路的控制，使用的是C语言编程，此单片机的功能非常齐全，而且内存大，运行速度快。主程序中对各个使用到的部件进行一些初始化的设置，然后进行以一些微小的处理，调试。然后本身就有高级定时器，可以通过自身的独立通道产生PWM信号，并且可以设置死区发生器，可以输出带有死区时间的SPWM信号，图2、图3是2个流程图，一个是主程序流程图，另外一个是SPWM波形生成以及子程序的控制流程图。

图2 主程序流程图

图3 SPWM生成及控制子程序

[1]杨文杰.光伏发电并网与微网运行控制仿真研究[D].西南交通大学硕士学位论文,2010.

[2]陈亚欢.基于STM32的20KW光伏离网逆变器的设计及MPPT技术的研究[D].广西师范大学,2014.

[3]胖莹.基于STM32的太阳跟踪控制系统的设计与研究[D].燕山大学,2012.

[4]马兆彪.光伏并网发电系统的分析与研究[D].江南大学硕士学位论文,2008.

创新项目（YCX1762）：基于STM32控制的光伏最大功率跟踪系统。