《電子技術(shù)應(yīng)用》
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风力发电系统MPPT特性测控系统设计
电子技术应用
吕富勇，王杰，杜彤，刘泽宇，徐佳瑞，王亚洲
南京信息工程大学 自动化学院
摘要： 在中小型永磁同步风力发电机中，桥式整流+DC/DC变换器拓扑具有结构简单的优点，其中DC/DC电路有Boost和Buck两种拓扑，探究两者的最大功率点跟踪（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制性能区别是对其优化设计的关键，测控系统是性能分析的重要手段。通过系统总体方案设计，确认了系统参数及指标；分析了四桥臂DC/DC拓扑，并基于高端电流采样和隔离采样技术实现了系统电压、电流、功率和频率的采集，设计了功率驱动及单片机控制电路；探讨了适合单片机的MPPT爬坡搜索法软件；给出了基于LabVIEW的上位机操控系统的软件设计实现；搭建了测控系统，进行了MPPT和两种拓扑测控结果对比实验。实验结果表明测控系统达到了设计目标。
中圖分類號：TP23 文獻標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246085
中文引用格式： 呂富勇，王杰，杜彤，等. 風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)MPPT特性測控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(5)：26-32.
英文引用格式： Lv Fuyong，Wang Jie，Du Tong，et al. Design of MPPT characteristic measurement and control system for wind power generation system[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(5)：26-32.
Design of MPPT characteristic measurement and control system for wind power generation system
Lv Fuyong，Wang Jie，Du Tong，Liu Zeyu，Xu Jiarui，Wang Yazhou
College of Automation， Nanjing University of Information Science and Technology
Abstract： In small and medium-sized permanent magnet synchronous wind turbines, the bridge rectifier + DC / DC converter topology has the advantages of simple structure. The DC / DC circuit has Boost and Buck topologies. Exploring the difference between the maximum power point tracking ( MPPT ) control performance of the two is the key to its optimal design. The measurement and control system is an important means of performance analysis. Through the overall scheme design of the system, the system parameters and indexes are confirmed. The four-leg DC / DC topology is analyzed, and the acquisition of system voltage, current, power and frequency is realized based on high-end current sampling and isolated sampling technology. The power drive and single chip microcomputer control circuit are designed. The software of MPPT climbing search method suitable for single chip microcomputer is discussed. The software design and implementation of the upper computer control system based on LabVIEW is given. The measurement and control system is built, and the MPPT and two topology measurement and control results are compared. The experimental results show that the measurement and control system has achieved the design goal.
Key words : LabVIEW；wind power generation system；DC/DC converter；measurement and control system；data acquisition and processing

引言

時代背景下，國家正在推動對可再生能源的研究[1]。風(fēng)能作為可再生能源，具有成本低、分布廣等特點，已經(jīng)成為人類生活與發(fā)展離不開的重要資源之一[2]。因為風(fēng)力發(fā)電可以有效地利用風(fēng)能產(chǎn)生電力，所以風(fēng)力發(fā)電的研究越來越受人們的關(guān)注[3]。在中小型永磁同步風(fēng)力發(fā)電機中常用的橋式整流+DC/DC電路結(jié)構(gòu)所組成的風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)[4-5]中，利用Boost電路[6-9]和Buck電路[10-13]控制風(fēng)力發(fā)電機進行最大功率點跟蹤(Maximum Power Point Tracking,MPPT)控制是常用的控制方法。

由文獻可知，Boost與Buck有不同的應(yīng)用場景，但目前對于兩種拓撲控制下的工作特性分析和對比較少。針對分別在兩種拓撲控制下的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)MPPT特性分析與限制條件的研究，設(shè)計了一套風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)MPPT特性測控系統(tǒng)，用于對特性進行分析、對比與研究，并通過理論分析，確定了測控系統(tǒng)的測控參數(shù)與指標(biāo)。硬件部分，搭建橋式整流+ DC/DC電路、檢測電路和控制電路。軟件部分利用STC32G[14]單片機NI的LabVIEW開發(fā)平臺[15-16]完成。整個測控系統(tǒng)可以完成對橋式整流+DC/DC電路拓撲所組成的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進行驅(qū)動控制和數(shù)據(jù)采集與處理。


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作者信息：

呂富勇，王杰，杜彤，劉澤宇，徐佳瑞，王亞洲

（南京信息工程大學(xué) 自動化學(xué)院，江蘇 南京 210044）


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