基于XE164FN的戶用并網型小功率風機控制系統的設計

　　本文以戶用小功率風機并網系統設計為背景，以英飛凌公司實時處理器XE164FN為控制核心，介紹了風機并網控制系統實時控制系統設計，重點介紹重復控制與PI并網控制算法以及最大功率點跟蹤控制的實現。給出了一般的重復控制算法設計流程以及MPPT設計實例，并自行搭建風機模擬平臺，實現對上述控制算法的實際測試，驗證了其可行性。

　　概述

　　出于對能源危機和環境日益惡化的擔憂，可再生能源的開發和利用已越來越引起各國重視。風能作為目前最經濟、最有應用前景的可再生能源之一。隨著分布式發電與微網技術越來越受到重視，小型風力發電的市場份額正在高速增長。在小型風力發電市場中，由于小型離網風力發電需采用蓄電池，導致成本和維護費用高，因此其推廣應用面臨著很大挑戰;而低成本高效節能的小型并網風力發電卻逐漸受到重視，其需求量在日益增加。

　　本文從實用、高效、低成本的角度研究一種小型并網風力發電系統及控制策略，以期獲得創新性成果。

　　整體設計方案

　　小型風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、驅動電路的設計、保護電路的設計以及微處理器開發板設計等。主電路的設計是至關重要的。合適的拓撲能為整個系統的實現提供很大的便利。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圖1，逆變采用典型的單向全橋逆變電路。

　　MPPT實現

　　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機的工作范圍。由于在低風速時，整流電壓會很低，但是風力發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獲得的直流電流來實現對轉矩的控制。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，從而改變風機的轉子電流，使風機的負載轉矩改變而使轉速增加或減少，進而尋找最大功率點，達到最大功率跟蹤的目的。

　　使用三點比較法實現最大功率跟蹤，即在風力機功率輸出特性P-n曲線上從左往右依次取A、B、C三個點，nA和PA，nB和PB，nC和PC分別對應各點風機的工作轉速和功率。設nB為初始最大轉速nMAX，nD為一個預先設定的用于轉速步長調整的常量(設為0.3 );在判斷三個點轉速值的調整方向時，可能出現如圖2出現的幾種情形。