基于XE164FN的戶用并網(wǎng)型小功率風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　本文以戶用小功率風(fēng)機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為背景，以英飛凌公司實(shí)時(shí)處理器XE164FN為控制核心，介紹了風(fēng)機(jī)并網(wǎng)控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，重點(diǎn)介紹重復(fù)控制與PI并網(wǎng)控制算法以及最大功率點(diǎn)跟蹤控制的實(shí)現(xiàn)。給出了一般的重復(fù)控制算法設(shè)計(jì)流程以及MPPT設(shè)計(jì)實(shí)例，并自行搭建風(fēng)機(jī)模擬平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述控制算法的實(shí)際測(cè)試，驗(yàn)證了其可行性。

　　概述

　　出于對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境日益惡化的擔(dān)憂，可再生能源的開發(fā)和利用已越來(lái)越引起各國(guó)重視。風(fēng)能作為目前最經(jīng)濟(jì)、最有應(yīng)用前景的可再生能源之一。隨著分布式發(fā)電與微網(wǎng)技術(shù)越來(lái)越受到重視，小型風(fēng)力發(fā)電的市場(chǎng)份額正在高速增長(zhǎng)。在小型風(fēng)力發(fā)電市場(chǎng)中，由于小型離網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電需采用蓄電池，導(dǎo)致成本和維護(hù)費(fèi)用高，因此其推廣應(yīng)用面臨著很大挑戰(zhàn);而低成本高效節(jié)能的小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電卻逐漸受到重視，其需求量在日益增加。

　　本文從實(shí)用、高效、低成本的角度研究一種小型并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)及控制策略，以期獲得創(chuàng)新性成果。

　　整體設(shè)計(jì)方案

　　小型風(fēng)能變換的系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，主要包括主電路的設(shè)計(jì)、采樣電路的設(shè)計(jì)、驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)、保護(hù)電路的設(shè)計(jì)以及微處理器開發(fā)板設(shè)計(jì)等。主電路的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。合適的拓?fù)淠転檎麄€(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供很大的便利。采集電路對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)有很大的影響。驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的保證。硬件電路的結(jié)構(gòu)框圖見圖1，逆變采用典型的單向全橋逆變電路。

　　MPPT實(shí)現(xiàn)

　　最大功率跟蹤電路采用Boost型DC-DC變換器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中采用升壓斬波電路主要是為了拓寬風(fēng)機(jī)的工作范圍。由于在低風(fēng)速時(shí)，整流電壓會(huì)很低，但是風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)對(duì)逆變器的輸出電壓幅值有一定的要求，所以需要加入升壓電路，以便完成逆變并網(wǎng)過程。由于采用二極管整流是不可控的，因此要通過變換器控制永磁電機(jī)獲得的直流電流來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)矩的控制。變換器工作在電感電流連續(xù)模式，能夠根據(jù)軟件的調(diào)節(jié)改變輸出電壓，等效地改變后面的負(fù)載，從而改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流，使風(fēng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩改變而使轉(zhuǎn)速增加或減少，進(jìn)而尋找最大功率點(diǎn)，達(dá)到最大功率跟蹤的目的。

　　使用三點(diǎn)比較法實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤，即在風(fēng)力機(jī)功率輸出特性P-n曲線上從左往右依次取A、B、C三個(gè)點(diǎn)，nA和PA，nB和PB，nC和PC分別對(duì)應(yīng)各點(diǎn)風(fēng)機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和功率。設(shè)nB為初始最大轉(zhuǎn)速nMAX，nD為一個(gè)預(yù)先設(shè)定的用于轉(zhuǎn)速步長(zhǎng)調(diào)整的常量(設(shè)為0.3 );在判斷三個(gè)點(diǎn)轉(zhuǎn)速值的調(diào)整方向時(shí)，可能出現(xiàn)如圖2出現(xiàn)的幾種情形。