一、項目概述

1.1 引言

能源 、環境是當今人類生存和發展所要解決的緊迫問題。能源的發展按照可持續發展戰略原則，在開發利用常規能源的同時，應更加注重開發利用對生態有利的新型能源，如風能、太陽能、潮汐能、水能等。風力發電由于清潔無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經濟效益和社會效益，已受到世界各國政府的高度重視。中國陸地風能資源的理論開發值為3226 GW，近海風能是陸地的3倍，50m高區域風能是l0m高區域的2倍,風能資源十分豐富。因此,風力發電是我國未來能源發展的一個重要方向。在風力發電系統中，為了保證風力發電機輸出穩定電能，控制器的合理設計是十分重要的。

獨立運行的小型風力發電系統由于不需要并網發電，系統輸出必須隨著負載的變化而變化，由于風能的隨機性和不穩定性以及負載的變化大大地增加了系統的復雜性。研究控制系統的目的就是盡量保持系統的輸出在我們希望的范圍之內。在獨立運行小型風力發電系統中風速和負載作為輸入是不斷變化的，因此系統應該通過調節來適應風速變化，滿足負載需要，并使整個系統運行在安全合理的范圍之內。

1.2 項目背景/選題動機

風力發電由于清潔無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經濟效益和社會效益，已受到世界各國政府的高度重視

二、需求分析

2.1 功能要求

蓄電池是整個風電系統中較薄弱的環節而且運行周期短，這就給小型風電系統的推廣使用造成了一定難度。所以在獨立運行風電系統有不同于其它系統的控制特點，其特殊性表現在:

（1)受風能的隨機性和不穩定性的影響，需要用電的時候不一定有風，不需要用電的時候風速可能很大，并且捕獲的風能大于負載用電量時，可能造成風力機轉速過大，導致飛車;電流過大，導致發電機過載，燒毀線圈;

（2)蓄電池的充電電源來自于風力發電機，但風力發電系統的設計發電量是有限的，容易造成低風速時，蓄電池欠充;高風速時，蓄電池過充。

對系統的控制應達到以下幾點要求:

1、能夠跟蹤最大功率;（風力發電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風力發電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優化控制策略）

2.2 性能要求

對系統的控制應達到以下幾點要求:

1、能夠跟蹤最大功率;（風力發電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風力發電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優化控制策略）

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理（除圖片外需有文字介紹）

系統硬件結構框圖

本文提出的風力發電系統結構,如圖2所示，實現了負載跟蹤和充放電集成控制.它主要包括風力機、三相永磁同步發電機、橋式整流器、DC/DC變換器、蓄電池、逆變器、驅動電路以及控制系統幾個組成部分.風力機驅動永磁同步發電機發電,所發出的交流電經整流后給蓄電池充電或供給負載;逆變器將蓄電池或斬波器輸出的直流電變換成交流電供負載使用;DC/DC變換器用來改變風力發電機的負載特性,調節發電機輸出功率和控制蓄電池充放電;卸荷負載用來保護風力發電機組.

3.2 硬件平臺選用及資源配置

主控制器用Atmega，驅動器件用TC4427E,輔助電源用UC3845.

3.3系統軟件架構

3.4 系統軟件流程（除圖片外需有文字介紹）

人為地施加轉速擾動變化量,根據發電機輸出功率的變化確定風機轉速的控制增量,通過控制發電機電磁轉矩使得風機轉速趨于給定,反復執行上述搜索策略,直到風電系統運行在最大功率點。由于不同風速下,風機的轉速—功率曲線呈類拋物線關系,搜索法通過不斷改變風機轉速控制風電系統的運行點沿拋物線變化, 直到自動搜索到發電機的最優轉速點。

3.5 系統預計實現結果

1、能夠跟蹤最大功率;（風力發電機組的最大功率跟蹤控制）

2、使風力發電機組的輸出功率與負載功率相匹配;

3、對蓄電池合理充電，防止過充或過放;（蓄電池組的優化控制策略）

在獨立運行小型風力發電系統中風速和負載作為輸入是不斷變化的，因此系統應該通過調節來適應風速變化，滿足負載需要，并使整個系統運行在安全合理的范圍之內,保證風力發電機輸出穩定電能。

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