北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 曹新成

基于STM32控制的光伏最大功率跟蹤系統(tǒng)

北方民族大學(xué)電氣信息工程學(xué)院 曹新成

本文通過研究光伏系統(tǒng)，在硬件方面采用高性能、低成本、低功耗的STM32進行控制。本文分四個部分。首先，對光伏的發(fā)展進行了介紹。其次，討論研究了光伏電池的特性。最后介紹了STM32的性能，對系統(tǒng)實現(xiàn)控制。

光伏發(fā)電系統(tǒng)；光伏電池；STM32

0 引言

近年來，隨著環(huán)境問題的日益凸顯，開發(fā)可再生能源成為重中之重。太陽能是一種清潔，幾乎無污染的能源，因此越來越受到人們的重視。而如何利用它，提高工作效率是需要攻克的難點。

在我國，太陽能是最豐富的能源之一，尤其是在一些高海拔地區(qū)，常年在太陽光的照射下，如果利用好這些能量，將大大改善地區(qū)的用電問題。

在傳統(tǒng)方式下，對系統(tǒng)進行控制比較成熟的芯片有51單片機和DSP，但51單片機功能比較少，滿足不了需求，而DSP雖然功能強大，但價格高昂，基于此本文采用低成本、低功耗、高性能的STM32F103VE。

1 光伏電池的特性

太陽能是不穩(wěn)定的，易受到天氣的影響，當(dāng)太陽能轉(zhuǎn)換為電能，如果把它直接送到電網(wǎng)，會對電網(wǎng)造成污染。因此光能需要控制。

太陽能是以輻射的形式發(fā)出的，因此需要用專門的能量轉(zhuǎn)換電子器件來轉(zhuǎn)化。而光伏電池就是其中一種。太陽能電池的伏安特性是系統(tǒng)分析最重要的技術(shù)數(shù)據(jù)之一。太陽能電池的伏安特性是指在特定的日照強度和環(huán)境溫度下，太陽能電池的輸出電壓和輸出電流、輸出功率之間的關(guān)系。

光伏系統(tǒng)輸出的功率受到環(huán)境的影響，為了使光伏系統(tǒng)效率最優(yōu)，因此要對它進行控制，使系統(tǒng)輸出最大功率?，F(xiàn)在出現(xiàn)了很多控制方法，有電導(dǎo)增量法，最優(yōu)梯度法，模糊控制法，擾動觀察法，常用的就是擾動觀察法。

2 STM32的性能

現(xiàn)代電力電子技術(shù)正朝著數(shù)字化、智能化、高精度、高集成度的方向發(fā)展，與此相對應(yīng)地，各種高性能的處理器產(chǎn)品已經(jīng)被開發(fā)出來。其中最具代表性的是意法半導(dǎo)體公司的處理器內(nèi)核。其控制芯片STM32F103VE是一款低成本、低功耗、高性能的處理器。

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)電路

系統(tǒng)由STM32主控電路，信號采樣電路，LC濾波電路等模塊構(gòu)成。光伏最大功率跟蹤系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 光伏最大功率跟蹤系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)

主控電路由主控芯片、晶振電路和電容濾波電路組成。主控芯片產(chǎn)生驅(qū)動信號，并通過信號控制MOSFET的關(guān)斷,從而實現(xiàn)最大功率跟蹤。

2.2 軟件設(shè)計實現(xiàn)

此次設(shè)計所選用的微型處理機是STM32來對直流電轉(zhuǎn)換成交流電電路的控制，使用的是C語言編程，此單片機的功能非常齊全，而且內(nèi)存大，運行速度快。主程序中對各個使用到的部件進行一些初始化的設(shè)置，然后進行以一些微小的處理，調(diào)試。然后本身就有高級定時器，可以通過自身的獨立通道產(chǎn)生PWM信號，并且可以設(shè)置死區(qū)發(fā)生器，可以輸出帶有死區(qū)時間的SPWM信號，圖2、圖3是2個流程圖，一個是主程序流程圖，另外一個是SPWM波形生成以及子程序的控制流程圖。

圖2 主程序流程圖

圖3 SPWM生成及控制子程序

[1]楊文杰.光伏發(fā)電并網(wǎng)與微網(wǎng)運行控制仿真研究[D].西南交通大學(xué)碩士學(xué)位論文,2010.

[2]陳亞歡.基于STM32的20KW光伏離網(wǎng)逆變器的設(shè)計及MPPT技術(shù)的研究[D].廣西師范大學(xué),2014.

[3]胖瑩.基于STM32的太陽跟蹤控制系統(tǒng)的設(shè)計與研究[D].燕山大學(xué),2012.

[4]馬兆彪.光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)的分析與研究[D].江南大學(xué)碩士學(xué)位論文,2008.

創(chuàng)新項目（YCX1762）：基于STM32控制的光伏最大功率跟蹤系統(tǒng)。