一种新电流补偿算法风力发电方法及其控制器技术

本发明专利技术公开了一种基于新电流补偿算法的风力发电方法，包括以下步骤，S1搭建boost拓扑结构和硬件电路；所述硬件电路包括MCU；S2假设电感电流工作在DCM模式下，由三角波电流的平均公式、电感理论计算得出风机的输入平均电流I；S3控制MCU输出一个合适的PWM波，驱动MOS管让电感工作在斩波状态，并减去信号延迟，记录此时的PWM占空比Ton；S4实时采集风机输入电压、蓄电池电压；S5对电感量做适当的补偿工作；S6把步骤S3、S4、S5的结果带入到公式⑤，计算I的值；S7把计算得到的I值带入到MPPT算法实现风力发电。本发明专利技术得到的电流测量范围和精度可以提高一个数量级，尤其适合对小电流的采样补偿，本发明专利技术适用性好，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种新电流补偿算法风力发电方法及其控制器
本专利技术涉及风力发电领域，具体是一种新电流补偿算法风力发电方法及其控制器。
技术介绍
风力发电机必须配备一个风力发电机控制器才能完成能量的采集和风机安全运行管理工作。为了提高风机发电效率，现在普遍都采用MPPT(最大功率跟踪)技术来提升风机发电效果。在执行MPPT算法时，一般都需要采集风机的输入电压、输入电流、转速等数据来完成。输入电压和转速由于变化幅度，幅值比较大，相对比较容易采集得到，采集的精度也高；对于输入电流来说就没有那么简单了，由于电流采集一般都是采用回路串联电阻来采样的(相对成本比较低，如果采用霍尔传感器等，则成本高很多)，由于电流采样是在充电回路里串联电阻，电阻的大小影响输入损耗，间接带来控制器散热问题和风机输入效率问题，还会影响电流采样精度和动态范围。为了减少损耗，电流采样电阻一般都很小，比如1mΩ，当输入电流为0.1A时，输入的电压为0.1mV；如果输入0.01A时，输入的电压为0.01mV。在应用中考虑到成本要求，一般运放都采用LM324，LM358等运放来担任放大工作，即使采用双电源供电，由于受运放的输入偏置误差影响，无法准确放大低于2mv左右的输入电压。经过实践测试：电流小于0.2A时候，放大器基本放大不了。即使采用高性能的运算放大器，由于受工作时的外部噪声影响(控制器很多部件都工作在大电流开关状态)，也会影响信号的准确放大；并且成本高。有些厂家为了改善小信号输入的放大效果，会在信号输入端叠加一个小的电压信号，使放大器离开此失误放大区来检测输入小电流。此种方法可以改善小信号的准确性，但是需要使用前把叠加的信号进行减除补偿(一般都是用单片机A/D数字化进行)，由于运放对温度相对敏感，温度不同，补偿量也会有所不同，由于温度带来的信号漂移，有时候让检测得不偿失，所以在电流信号较小时，很少采用此方法。MPPT算法目的是提高风机的发电量，让风机在最大功率跟踪点下工作，所以需要采集风机的输入功率，由于功率＝电压*电流，如果电流采样不准，就会造成跟踪出来的风机总是在失速状态下运行，实际输出的功率会比最佳功率少，严重的话，风机失速运行现象会加剧，由于MPPT算法在硬件上是依靠PWM模式来实现的，PWM模式就是脉宽调制模式，对风机来说，PWM调制的部件就是风机的输入负载，由于采样电流信息测量不准确，造成给定的风机负载过大或过小。实践效果就是，风机给控制器拖住了，转速上不去，发不出什么电来，或者转速上去了，但是抽取的电能很少。所以解决电流采样问题，MPPT算法才能顺利完成，并达到真正辅助优化风机发电的效果。
技术实现思路
为解决上述现有技术的缺陷，本专利技术提供一种基于新电流补偿算法的风力发电方法及其控制器。本专利技术得到的电流测量范围和精度可以提高一个数量级，尤其适合对小电流的采样补偿，本专利技术适用性好，成本低。为实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于新电流补偿算法的风力发电方法，包括以下步骤，S1搭建boost拓扑结构和硬件电路；所述boost拓扑结构包括三相整流桥、滤波电容C、电感L、二极管D、MOS管Q、蓄电池GB；所述硬件电路包括boost升压电路、boost升压输出驱动器、电池电压采样电路、风机输入电压采样电路、MCU；S2假设电感电流工作在DCM模式下，由三角波电流的平均公式、电感理论计算得出风机的输入平均电流I：公式有效约束条件为：S3控制MCU输出一个合适的PWM波，驱动MOS管让电感工作在斩波状态，并减去信号延迟，记录此时的PWM占空比Ton；S4实时采集风机输入电压、蓄电池电压；S5对电感量做适当的补偿工作；S6把步骤S3、S4、S5的结果带入到公式⑤，由MCU计算I的值；S7把计算得到的I值带入到MPPT算法实现风力发电。优选的，步骤S1中，所述boost拓扑结构为风机带MPPT的升压型输入拓扑结构，包括三相整流桥、滤波电容C、电感L、二极管D、MOS管Q、蓄电池GB；所述三相整流桥的输入端和风机相连，输出端一路接地，另一路接滤波电容C的正极；所述滤波电容C的正极接电感L正极，所述电感L负极接二极管D正极，所述二极管D正极接MOS管Q正极，所述二极管D负极接蓄电池GB正极，所述滤波电容C负极、MOS管负极、蓄电池负极均接地。优选的，步骤S1中，所述boost升压电路包括电容C47、电容C48、电感L3、二极管D4、MOS管Q29，所述MOS管Q29的S极和电容C48的负极均接地，MOS管Q29的D极接二极管D4的3口，电感L3接二极管D4的1口，二极管D4的3口和1口互连，电感L3的另一端接电容C47，电容C47接地，电容C48的正极和二极管D4的2口均接24V电源；所述boost升压输出驱动器由三极管Q27、三极管Q28、三极管Q30、三极管Q20、电阻R43、电阻R76、电阻R77、电阻R80、电阻R81组成；所述三极管Q20的基极连接电阻R43、电阻R76，所述电阻R76、三极管Q20的发射极、三极管Q30的集电极接地，所述三极管Q20的集电极同时连接三极管Q30的基极、三极管Q27的基极、电阻R77，所述电阻R77和三极管Q27的集电极均接三极管Q28的集电极，三极管Q27的发射极接三极管Q28的基极，三极管Q28的发射极和三极管Q30的发射极均接电阻R80，所述电阻R80接电阻R81，所述电阻R80和电阻R81均接G极，所述电阻R81接地，所述三极管Q27、三极管Q28、三极管Q20均采用NPN型，所述三极管Q30采用PNP型；所述电池电压采样电路由电阻R31，电阻R75，电容C39，二极管D21组成；所述电阻R31一端接24V电源，一端同时接电阻R75、二极管D21的负极、电容C39，所述电阻R75、二极管D21、电容C39呈并联连接后接地；所述风机输入电压采样电路由电阻R5，电阻R6，电容C4，二极管D22组成；所述电阻R6、电容C4、二极管D22并联后接地，所述二极管D22的负极接电阻R5；所述MCU的P0-2/AN5引脚接风机输入电压采样电路，MCU的P0-1/AN6引脚接电池电压采样电路。优选的，步骤S2中，三角波电流的平均公式为：Idc＝(D*Im)/2①，其中，D为PWM占空比，Im为电感峰值电流；D＝(Ton+Toff)/T②其中，Ton为开通时间，Toff为电流续流段下降为0的时间，T为PWM周期；所述电感理论为：Ton＝(Im*L)/Uin③Toff＝(Im*L)/(Uo-Uin)④其中，L为电感量，Uin为风机整流后的输入电流，Uo为输出的电压，对离网充电系统来说就是蓄电池电压。优选的，步骤S3中，MCU的PWM输出到MOS管打开的延迟补偿，在MOS管驱动硬件定下来时，此部分信号延迟是固定的，在计算PWM占空比Ton时，需要把此部分延迟减除，否则结果会带来较大偏差。优选的，步骤S4中，对风机输入电压采样时，使用滤波器得到平滑的直流电压。通过采用上述技术方案，由于风机输入的电压是三相整流滤波后的带有纹波的直流电压，因此在电压采样时，需要使用滤波器得到平滑的直流电压。优选的，步骤S5中，电感L采用铁硅铝磁芯。通过采用上述技术方案，由于电感是一个非线性的器件，电感量受温度、直流偏置等影响，会改变电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新电流补偿算法风力发电方法，其特征在于：包括以下步骤，S1搭建boost拓扑结构和硬件电路；所述boost拓扑结构包括三相整流桥、滤波电容C、电感L、二极管D、MOS管Q、蓄电池GB；所述硬件电路包括boost升压电路、boost升压输出驱动器、电池电压采样电路、风机输入电压采样电路、MCU；S2假设电感电流工作在DCM模式下，由三角波电流的平均公式、电感理论计算得出风机的输入平均电流I：

【技术特征摘要】
1.一种新电流补偿算法风力发电方法，其特征在于：包括以下步骤，S1搭建boost拓扑结构和硬件电路；所述boost拓扑结构包括三相整流桥、滤波电容C、电感L、二极管D、MOS管Q、蓄电池GB；所述硬件电路包括boost升压电路、boost升压输出驱动器、电池电压采样电路、风机输入电压采样电路、MCU；S2假设电感电流工作在DCM模式下，由三角波电流的平均公式、电感理论计算得出风机的输入平均电流I：公式有效约束条件为：S3控制MCU输出一个合适的PWM波，驱动MOS管让电感工作在斩波状态，并减去信号延迟，记录此时的PWM占空比Ton；S4实时采集风机输入电压、蓄电池电压；S5对电感量做适当的补偿工作；S6把步骤S3、S4、S5的结果带入到公式⑤，由MCU计算I的值；S7由计算得到的I值实现MPPT算法。2.根据权利要求1所述的一种新电流补偿算法风力发电方法，其特征在于：步骤S1中，所述boost拓扑结构为风机带MPPT的升压型输入拓扑结构，包括三相整流桥、滤波电容C、电感L、二极管D、MOS管Q、蓄电池GB；所述三相整流桥的输入端和风机相连，输出端一路接地，另一路接滤波电容C的正极；所述滤波电容C的正极接电感L正极，所述电感L负极接二极管D正极，所述二极管D正极接MOS管Q正极，所述二极管D负极接蓄电池GB正极，所述滤波电容C负极、MOS管负极、蓄电池负极均接地。3.根据权利要求1所述的一种新电流补偿算法风力发电方法，其特征在于：步骤S1中，所述boost升压电路由电容C47、电容C48、电感L3、二极管D4、MOS管Q29组成；所述电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春乐，
申请(专利权)人：无锡曼克斯电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32