基于XE164FN的戶(hù)用并網(wǎng)型小功率風(fēng)機控制系統的設計

　　本文以戶(hù)用小功率風(fēng)機并網(wǎng)系統設計為背景，以英飛凌公司實(shí)時(shí)處理器XE164FN為控制核心，介紹了風(fēng)機并網(wǎng)控制系統實(shí)時(shí)控制系統設計，重點(diǎn)介紹重復控制與PI并網(wǎng)控制算法以及最大功率點(diǎn)跟蹤控制的實(shí)現。給出了一般的重復控制算法設計流程以及MPPT設計實(shí)例，并自行搭建風(fēng)機模擬平臺，實(shí)現對上述控制算法的實(shí)際測試，驗證了其可行性。

　　概述

　　出于對能源危機和環(huán)境日益惡化的擔憂(yōu)，可再生能源的開(kāi)發(fā)和利用已越來(lái)越引起各國重視。風(fēng)能作為目前最經(jīng)濟、最有應用前景的可再生能源之一。隨著(zhù)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(cháng)。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，導致成本和維護費用高，因此其推廣應用面臨著(zhù)很大挑戰;而低成本高效節能的小型并網(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)電系統及控制策略，以期獲得創(chuàng )新性成果。

　　整體設計方案

　　小型風(fēng)能變換的系統硬件電路的設計，主要包括主電路的設計、采樣電路的設計、驅動(dòng)電路的設計、保護電路的設計以及微處理器開(kāi)發(fā)板設計等。主電路的設計是至關(guān)重要的。合適的拓撲能為整個(gè)系統的實(shí)現提供很大的便利。采集電路對系統的各項性能指標有很大的影響。驅動(dòng)電路和保護電路是系統穩定運行的保證。硬件電路的結構框圖見(jiàn)圖1，逆變采用典型的單向全橋逆變電路。

　　MPPT實(shí)現

　　最大功率跟蹤電路采用Boost型DC-DC變換器，拓撲結構中采用升壓斬波電路主要是為了拓寬風(fēng)機的工作范圍。由于在低風(fēng)速時(shí)，整流電壓會(huì )很低，但是風(fēng)力發(fā)電系統對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(guò)程。由于采用二極管整流是不可控的，因此要通過(guò)變換器控制永磁電機獲得的直流電流來(lái)實(shí)現對轉矩的控制。變換器工作在電感電流連續模式，能夠根據軟件的調節改變輸出電壓，等效地改變后面的負載，從而改變風(fēng)機的轉子電流，使風(fēng)機的負載轉矩改變而使轉速增加或減少，進(jìn)而尋找最大功率點(diǎn)，達到最大功率跟蹤的目的。

　　使用三點(diǎn)比較法實(shí)現最大功率跟蹤，即在風(fēng)力機功率輸出特性P-n曲線(xiàn)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分別對應各點(diǎn)風(fēng)機的工作轉速和功率。設nB為初始最大轉速nMAX，nD為一個(gè)預先設定的用于轉速步長(cháng)調整的常量(設為0.3 );在判斷三個(gè)點(diǎn)轉速值的調整方向時(shí)，可能出現如圖2出現的幾種情形。