小型风力发电系统集成控制的设计与实现

风力发电是可再生能源发电技术之一,小型风力发电系统是解决我国边远缺电地区人们用电问题的重要途径。由于风能和负载具有随机性和不确定性,给小型风力发电系统控制带来一些困难。本文针对小型风力发电系统研究包括最大功率控制、蓄电池充放电控制和负载跟踪控制的集成控制策略及其系统设计与实现,以期实现系统的优化及可靠运行。 论文首先介绍了课题的背景、目的和意义,综述了国内外风力发电的发展概况,概括总结了风力发电相关技术的发展状况;论述了小型风力发电系统的基本组成和各部分的作用,着重分析了风力机的运行特性和采用DC/DC变换器实现系统输出功率调节的原理。 其次,在支持集成控制系统结构的基础上,把小型风力发电系统作为一个整体,分析了系统的能量流动关系,得出了系统运行的工作模式及相互转换关系,并给出了包含最大功率控制、蓄电池充放电控制和负载跟踪控制的集成控制策略。 最后,对控制系统的主电路和外围电路的结构和参数进行了详细设计,选用C8051F410单片机作为控制单元,采用霍尔元件来控制电流和电压,并搭建了系统硬件电路;给出了控制系统的程序结构及主程序、中断服务程序和子程序的流程图,编制了相应的C程序代码;对系统硬件和软件进行了调试,得到了不同风速和负载条件下的最大功率跟踪控制、负载跟踪控制及蓄电池充放电控制的实验结果,取得了良好的控制效果;实验结果初步验证了系统软硬件设计的合理性及小型风力发电系统集成控制的可行性。