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摘要：为了提高可再生能源微电网的稳定性和可靠性，论文设计了一种基于STM32的监测系统。该系统以STM32为控制核心，通过硬件电路模块实现微电网电气参数和环境信息的实时监测。采集装置通过软硬件协同设计，实现了对微电网电气参数和环境信息的精确采集和稳定监测，有效提高了系统的可靠性和抗干扰能力。实验结果表明，该系统能精确采集电气参数并有效还原信号波形，适用于微电网监控系统中。

关键字：微电网；STM32单片机；电气参数采集；

0引言1

近年来，随着能源短缺和环境问题的加剧，风能和太阳能等可再生能源在电力系统中的应用日益广泛[1-2]。然而，这些能源的间歇性和波动性对电力供应的稳定性构成了挑战。为解决这一问题，风光储混合微电网应运而生，通过整合风能、光伏和储能系统，显著提升电力稳定性和可靠性微电网作为小型电力系统，可在独立或并网模式下运行，广泛应用于偏远地区和对能源独立性要求较高的场景[3-4]。

随着智能化技术的发展，微电网监控系统的功能和性能不断提升，实时监测和控制能力在保障系统安全性和稳定性方面发挥了重要作用[5]。当前研究重点在于提高微电网的可靠性与智能化，尤其是监控系统设计的优化方案[5]。本文设计了一种基于STM32单片机的风光储混合微电网电气采集装置，具备高灵活性、强抗干扰能力和高智能化水平。

1 风光储混合微电网系统框架

风光储混合微电网系统旨在充分利用风能和太阳能等可再生能源，构建风光储混合发电站。系统的整体架构包括风光互补发电系统、混合储能装置、双向储能变流器、负载、环境监测仪、中央控制器、能源管理服务器、数据传输装置和移动监测终端等多个组件。储能电池组和超级电容通过DC/DC变流器连接至直流母线，再通过PCS变流器接入交流母线；风力发电和光伏阵列

通过变流器连接交流母线。混合储能装置在维持能量平衡、削峰填谷方面起到关键作用，确保系统稳定运行并支持大电网调度。整体架构如图 1 所示。

2 系统硬件设计

2.1 电气参数采集与传输装置的整体结构

电气参数采集与传输装置以STM32单片机为控制核心，外接交直流电压电流互感器、电流调理电路、电压调理电路、辅助电源模块、环境温度检测模块、数据传输模块和显示模块等，实时监测微电网系统的电气参数和环境信息，确保系统的安全、稳定运行。整体结构如图2所示。

2.2 电气参数采集模块

在电气参数采集部分，交流电压和电流的测量采用霍尔传感器和电流互感器。具体的电压与电流信号采集与调理电路如图3和图4所示。电路设计中，电气参数的测量依赖于互感器，后续的信号调理电路设计保持一致。以交流电流采集调理电路为例，系统使用电流互感器（DL-CT03C2）测量交流电流，通过采样电阻将互感器输出转化为与输入电流变化一致的电压模拟信号。该信号经过LM324运算放大器、电压跟随器、滤波器和信号放大器处理后，送入STM32单片机的AD转换模块进行采集，最终得出电流参数。通过在STM32控制器内进行FFT运算，可以计算出电压电流的有效值、瞬时值和有功功率，并根据周期内测得的信号瞬时值，还原出所测电气信号的波形。

2.3 辅助电源模块

辅助电源电路在系统中承担为主控电路及其他模块提供稳定电源的关键任务。系统采用隔离变压器与稳压芯片组合的设计方案，稳定输出±5V和±12V电压，满足各模块的电源需求，具体设计如图5所示。隔离变压器提供电气隔离，

有效减少外界干扰。通过隔离变压器实现的电气隔离，有效减少了外部干扰的影响，同时保证了电源输出的稳定性和系统的长期可靠运行。

3 系统软件设计

控制模块是系统中的核心模块，负责整个系统的工作流向和各项功能的实现。控制模块的主要任务包括系统的初始化、数据采集、信号处理、故障监测等功能。程序启动时，控制模块首先进行硬件的初始化，包括STM32单片机的GPIO端口、ADC模块、定时器、显示模块等的初始化配置。通过这些配置，控制模块确保系统硬件能够顺利运行，为数据采集和后续操作做好准备。

在初始化完成后，系统进入数据采集阶段。控制模块负责从电压、电流传感器及环境监测设备（如温湿度传感器）中采集数据。采集到的电压和电流信号通常为模拟信号，控制模块将这些信号传送至信号处理模块进行处理。信号处理模块对模拟信号进行放大、滤波和AD转换，确保数据的准确性与稳定性。处理后的数据包括电气参数（如电压、电流、功率因数等）和环境参数（如温度、湿度），并将其传送至显示模块进行实时展示。控制模块还具有故障监测和报警功能。当采集的电气参数超出预设的安全范围时，控制模块会触发报警并显示故障信息，确保系统在出现问题时及时作出反应，避免潜在风险。控制模块通过定时器中断机制保证数据的定时采集，确保系统能够定期获取电网运行状态，并进行信号分析和处理。控制模块的工作流程如图6所示。

4 实验结果

本实验测试了基于STM32单片机的风光储混合微电网监测系统的各项功能，包括电气参数采集精度、抗干扰能力、数据传输稳定性及系统的运行安全性。实验平台模拟了不同的工况，验证了系统在复杂环境下的性能。图7 电气采集装置实物图。

在实验室环境下，以单晶硅光伏发电系统为测试对象，连接了1.5KW的RLC负载，并使用实验样机、示波器、数字万用表和功率分析仪等仪器对电气参数进行了测量。通过这些仪器，对单相交流电的相关电气参数进行了详细检测，具体测量结果如表1所示。

从表1可以看出，专用仪器测量结果与电气参数采集装置测量结果基本一致，各项电参数测量误差均小于0.5％，满足监测系统设计需求。为验证电信号波形还原有效性，以单相正弦交流电为测试对象，手机作为显示终端，进行电压波形还原测试，并与通用示波器测试结果进行对比，如图8所示。

从图8中可以得出，利用示波器测试的电压波形上下两端均被削去了一部分（尤其是底部削去一大块），而基于手机端的电压测试波形与示波器的测试结果基相比，波形上下两端都较圆滑（尤其是底部），还原效果较好。

5 结论

本文设计并实现了一种基于STM32单片机的风光储混合微电网电气参数采集装置，该装置以STM32为核心，结合硬件电路实现了微电网电气参数和环境信息的实时采集，通过软硬件协同设计，有效提高了系统的可靠性和抗干扰能力。实验结果表明，该系统能够精确采集电气参数，误差控制在较低水平，并能有效还原信号波形，证明了其适用于微电网的实时监控。

参考文献

[1]党存禄，吴青峰分布式电源对配电网电能质量的影响及其改善[J].电力电子技术 2013，47（11）：58-60

[2]张镕显.智能电网建设下配电网络智慧终端监控系统开发探究[J].技术与市场，2024，31（08）：72-75+79.

[3]王运霞.智能控制技术在电网调度中的应用[J].集成电路应用，2024，41（09）：290-291.DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2024.09.133.

[4]李献伟，李保恩，王鹏.微电网技术现状及未来发展分析[J].通信电源技术，2015，32（05）：202-207.

[5]张群安.微电网技术及其应用关键问题综述[J].科技传播，2017，9（05）：92-93+95.

基金项目：2024年度湖南省大学生创新创业训练计划项目（S202410547043）

作者简介：孔静怡，（2003年）女，汉族，青海省西宁市，本科生，研究方向为电子控制技术；E-mail：348475410@qq.com

通讯作者：邹陆华，（1996年）男，汉族，湖南省邵阳市，研究生，研究方向为：电子信息控制技术；