本文以戶用小功率風機并網(wǎng)系統(tǒng)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(wǎng)控制系統(tǒng)實時控制系統(tǒng)設計，重點介紹重復控制與PI并網(wǎng)控制算法以及最大功率點跟蹤控制的實現(xiàn)。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(xiàn)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(huán)境日益惡化的擔憂，可再生能源的開發(fā)和利用已越來越引起各國重視。風能作為目前最經(jīng)濟、最有應用前景的可再生能源之一。隨著分布式發(fā)電與微網(wǎng)技術越來越受到重視，小型風力發(fā)電的市場份額正在高速增長。在小型風力發(fā)電市場中，由于小型離網(wǎng)風力發(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很大挑戰(zhàn);而低成本高效節(jié)能的小型并網(wǎng)風力發(fā)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(wǎng)風力發(fā)電系統(tǒng)及控制策略，以期獲得創(chuàng)新性成果。

　　整體設計方案

　　小型風能變換的系統(tǒng)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(qū)動電路的設計、保護電路的設計以及微處理器開發(fā)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(tǒng)的實現(xiàn)提供很大的便利。采集電路對系統(tǒng)的各項性能指標有很大的影響。驅(qū)動電路和保護電路是系統(tǒng)穩(wěn)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(xiàn)

　　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(fā)電系統(tǒng)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(xiàn)對轉(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載，從而改變風機的轉(zhuǎn)子電流，使風機的負載轉(zhuǎn)矩改變而使轉(zhuǎn)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(xiàn)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(zhuǎn)速和功率。設nB為初始最大轉(zhuǎn)速nMAX，nD為一個預先設定的用于轉(zhuǎn)速步長調(diào)整的常量(設為0.3 );在判斷三個點轉(zhuǎn)速值的調(diào)整方向時，可能出現(xiàn)如圖2出現(xiàn)的幾種情形。