基于STM32 小功率光伏控制器的分析

马华玲

（武昌工学院 信息工程学院，湖北 武汉 430065）

0 引言

国内外目前对集中式光伏发电系统、风能发电系统等的研究成为研究热点，在发电系统中的并、离网逆变器、功率最大点跟踪MPPT 控制方法以及防孤岛效应方面，都有成熟的研究成果，在此基础上的一些大型的风电、光伏电站也随之建立，而光伏逆变器与自用电设备、储电设备、市电电网之间的智能控制器还有研究空间。本文基于STM32 设计该控制器并实现相应功能。

1 光伏控制器总体介绍

该控制器由选网控制系统采集逆变器输出监控、自用电监控、电网监控、余电入网、防孤岛效应的子系统的运行情况，在符合发布的分布式能源并网及孤岛效应的检测的相关标准下，做出选网控制，将监控的信息存储以及传送到远程监控界面显示并具有远程控制功能[1-2]。该控制器的研究框图如图1 所示。

2 STM32 控制流程介绍

高性能嵌入式系统应用芯片对逆变器、用电设备、储电设备、公共电网的信息采集、控制、显示以及存储，该控制器主要实现如下目的。

（1）逆变器的输出最大功率点追踪问题上采用MPPT技术，通过控制Boost逆变电路来实现MPPT控制，通过改进型MPPT 算法能快速有效的跟踪最大功率点，其效率已达到99.9%。由STM32处理器进行算法的控制。

图1 光伏控制器总框图

（2）并网控制，在自用电有余的情况下，将余电自动并入电网。利用STM32 处理器通过PWM 技术控制IGBT 来决定并网运行，或离网情况下运行，当有余电时，逆变器通过提前跟踪电网的运行电压的幅值、相位、频率等参数，逐渐保持一致，并将一致信号传递到STM32，通过处理器的判断，输出PWM 控制信号控制并网的开关IGBT 在过零点并网。

（3）在“孤岛效应”下，自动切断并网通路，有余电则储存在储电设备里，其有效反应时间符合相关标准发布的分布式能源并网及孤岛效应的检测的相关标准。当逆变器并网后，STM32 时时跟踪采集电网的电压，当出现异常时通过STM32 输出的PWM 信号控制IGBT 关断，防止电网没电时光伏系统继续输电造成的各种用电事故。

（4）对储电设备的判断，当白天太阳光照较强时，则将多余的电量储存起来用于无光时的使用，有3 个过程，包括快速充电状态、均充状态以及浮充状态。当充电电压超过储电设备电压时进入均充状态，当充电电流下降到足够小的时候，说明储电已满，进入补充储电损耗的浮充状态，当储电低于浮充的设定临界电流值时进入快充状态，三种状态循环进行，STM32处理器将设定三种状态临界值并与采集值进行比对，利用PWM 脉宽调制技术进行有效控制[3-5]。

（5）自用电不足时，电网用电自动接入。当STM32 监测到用电设备电量不足时，关断逆变器接通市电电网。在电网无电供应，且自用电不足时，自动启用储电设备供电。

（6）由高性能控制芯片分析各个端子的信息并做出相应的自动控制，存储控制系统的运行状态，并通过通信方式传输到控制室，在液晶显示屏显示整个系统的实时工作状态。

（7）离网运行的控制，利用STM32 高速处理器输出PWM 信号，对IGBT 功率开关管进行控制，当监控的电路如过压、过流、短路、温控等电路发生故障时则通过STM32 关断逆变器的工作。发出报警信号，并通过电路做出相应的应对处理[6]。

（8）实现远程监控：将系统监控的数据传到服务器上，通过手机、平板电脑等移动设备的APP 访问服务器而实现远程监控。

控制核心芯片为STM32F103 芯片，具有ARM32位的Cortex-M3 CPU，最高晶振72 MHz 工作频率，满足高速定时监测和高速处理相应指令的要求。具有32K 字节的闪存程序存储器，多达80 个快速I/O 端口，2 个12 位的模数转换器，其增强型还包括4 个16 位的定时器和2 个基本定时器，完全满足多部位定时器定时监控的要求。图2 介绍了主要四部分的监控流程，包括电网监控、最大功率点跟踪、储电设备以及保护电路是否异常的程序流程，每个监控都要求返回数据到芯片，芯片将采集到数据并定时向上位机发送。

3 结论

本文从光伏逆变器与自用电设备、储电设备、市电电网之间的智能控制进行分析，用STM32 作为核心控制芯片，设计并解决各个设备之间的控制问题。该控制器的设计具有可移植性，能用到不同的光伏发电系统中。

图2 STM32 程序控制流程图