基於STM32-NUCLEO-F411RE的具環境自適應變頻變幅逆變器之智能調光玻璃的解決方案

隨著科技進步和環保意識的提高，工業和家庭對電力的需求不斷增加。這促使可再生能源融入電力系統，進而引發鴨子曲線（Duck Curve）的出現，使得在尖峰用電時期，電力調度問題變得更加嚴重且頻繁。隨著再生能源在現有電力系統中的增加，由於這些能源的不穩定特性，對電力供應的穩定性帶來了一系列挑戰。相關的問題，如電壓閃爍、電壓變動和頻率變化等，開始受到更多的關注。

為了應對這些挑戰，引入分佈式發電系統並結合相應的控制策略成為解決方案之一，以監控供電穩定性，尤其在事故發生時，能夠作為市電電壓驟降和頻率的短暫不穩定狀態的緩衝。同時提供電網供電頻率慣性和頻率變化阻尼控制成為一個急迫的難題，也是全球各國最關心的研究課題。在這個背景下，單相儲能逆變器的性能指標之一是觀察其在不平衡負載下的電流總諧波失真。

應用場景

逆變器主要用於將直流電轉換為交流電，或改變交流電的頻率、電壓和相數。

1. 再生能源發電系統：太陽能板和風力渦輪機產生的電力為直流電，而家庭和商業用電通常為交流電。逆變器被用來將太陽能板產生的直流電轉換為適用於家庭用電的交流電。

2. 電力系統穩定：逆變器可用於調整電力系統的頻率和電壓，以確保系統穩定運作。

3. UPS（停電保護）系統：在停電時，逆變器將備用電源（電池）提供的直流電轉換為交流電，以維持設備的正常運作。

4. 馬達控制：逆變器在空調系統中用於調整電動馬達的速度，提高效率並降低能耗。

5. 智能玻璃透明度調整：逆變器可將再生能源產生的直流電轉換為交流電，進而根據環境亮度調整智能玻璃的透明度。

實體操作
逆變器主要用於將直流電轉換為交流電，藉由STM32-F411RE去控制輸出交流電的振幅和頻率，進而調整智能玻璃的透明度。

輸入DC=100V，輸出 AC 0~60V、頻率 27~137Hz。
輸入DC=24V(供電給STM32-F411RE和IC用)
當輸出 AC=0V，智能玻璃不透明。



當輸出 AC=12V、60Hz，智能玻璃微透明。



當輸出 AC=36V、60Hz，智能玻璃半透明。



當輸出 AC=60V、60Hz，智能玻璃全透明。




程式說明

這張圖表示了STM32的程式結構，我們利用兩個ADC功能腳（如圖中的黃色框框所示）來控制電壓和頻率的範圍。其中AD1用於控制電壓範圍，其調節範圍為0到60V，而AD2則用於控制頻率範圍，其調節範圍為27到137Hz。

我們使用了四個PWM來控制電路中的四個Mosfet的Duty值（如圖中的綠色框框所示）。同時，我們也能透過調整輸入的直流電壓值，來調整輸出的交流電壓值。這兩者之間的比例為Vdc=100V:Vac=60V。最大輸入直流電壓為165V，而最大輸出交流電壓則為100V。通常各國頻率保持在50到60Hz的範圍，但若需要使用低於27Hz或高於137Hz的頻率，則可以調整STM32的程式碼（如圖中的紅色框框所示）。