基于XE164FN的户用并网型小功率风机控制系统的设计

本文以户用小功率风机并网系统设计为背景，以英飞凌公司实时处理器XE164FN为控制核心，介绍了风机并网控制系统实时控制系统设计，重点介绍重复控制与PI并网控制算法以及最大功率点跟踪控制的实现。给出了一般的重复控制算法设计流程以及MPPT设计实例，并自行搭建风机模拟平台，实现对上述控制算法的实际测试，验证了其可行性。

概述

出于对能源危机和环境日益恶化的担忧，可再生能源的开发和利用已越来越引起各国重视。风能作为目前最经济、最有应用前景的可再生能源之一。随着分布式发电与微网技术越来越受到重视，小型风力发电的市场份额正在高速增长。在小型风力发电市场中，由于小型离网风力发电需采用蓄电池，导致成本和维护费用高，因此其推广应用面临着很大挑战;而低成本高效节能的小型并网风力发电却逐渐受到重视，其需求量在日益增加。

本文从实用、高效、低成本的角度研究一种小型并网风力发电系统及控制策略，以期获得创新性成果。

整体设计方案

小型风能变换的系统硬件电路的设计，主要包括主电路的设计、采样电路的设计、驱动电路的设计、保护电路的设计以及微处理器开发板设计等。主电路的设计是至关重要的。合适的拓扑能为整个系统的实现提供很大的便利。采集电路对系统的各项性能指标有很大的影响。驱动电路和保护电路是系统稳定运行的保证。硬件电路的结构框图见图1，逆变采用典型的单向全桥逆变电路。

MPPT实现

最大功率跟踪电路采用Boost型DC-DC变换器，拓扑结构中采用升压斩波电路主要是为了拓宽风机的工作范围。由于在低风速时，整流电压会很低，但是风力发电系统对逆变器的输出电压幅值有一定的要求，所以需要加入升压电路，以便完成逆变并网过程。由于采用二极管整流是不可控的，因此要通过变换器控制永磁电机获得的直流电流来实现对转矩的控制。变换器工作在电感电流连续模式，能够根据软件的调节改变输出电压，等效地改变后面的负载，从而改变风机的转子电流，使风机的负载转矩改变而使转速增加或减少，进而寻找最大功率点，达到最大功率跟踪的目的。

使用三点比较法实现最大功率跟踪，即在风力机功率输出特性P-n曲线上从左往右依次取A、B、C三个点，nA和PA，nB和PB，nC和PC分别对应各点风机的工作转速和功率。设nB为初始最大转速nMAX，nD为一个预先设定的用于转速步长调整的常量(设为0.3 );在判断三个点转速值的调整方向时，可能出现如图2出现的几种情形。