風力發電系統MPPT特性測控系統設計
電子技術應用
呂富勇，王杰，杜彤，劉澤宇，徐佳瑞，王亞洲
南京信息工程大學 自動化學院
摘要： 在中小型永磁同步風力發電機中，橋式整流+DC/DC變換器拓撲具有結構簡單的優點，其中DC/DC電路有Boost和Buck兩種拓撲，探究兩者的最大功率點跟蹤（Maximum Power Point Tracking，MPPT）控制性能區別是對其優化設計的關鍵，測控系統是性能分析的重要手段。通過系統總體方案設計，確認了系統參數及指標；分析了四橋臂DC/DC拓撲，并基于高端電流采樣和隔離采樣技術實現了系統電壓、電流、功率和頻率的采集，設計了功率驅動及單片機控制電路；探討了適合單片機的MPPT爬坡搜索法軟件；給出了基于LabVIEW的上位機操控系統的軟件設計實現；搭建了測控系統，進行了MPPT和兩種拓撲測控結果對比實驗。實驗結果表明測控系統達到了設計目標。
中圖分類號：TP23 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.246085
中文引用格式： 呂富勇，王杰，杜彤，等. 風力發電系統MPPT特性測控系統設計[J]. 電子技術應用，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.
中文引用格式： 呂富勇，王杰，杜彤，等. 風力發電系統MPPT特性測控系統設計[J]. 電子技術應用，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]。風能作為可再生能源，具有成本低、分布廣等特點，已經成為人類生活與發展離不開的重要資源之一[2]。因為風力發電可以有效地利用風能產生電力，所以風力發電的研究越來越受人們的關注[3]。在中小型永磁同步風力發電機中常用的橋式整流+DC/DC電路結構所組成的風力發電機系統[4-5]中，利用Boost電路[6-9]和Buck電路[10-13]控制風力發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力發電系統MPPT特性分析與限制條件的研究，設計了一套風力發電系統MPPT特性測控系統，用于對特性進行分析、對比與研究，并通過理論分析，確定了測控系統的測控參數與指標。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開發平臺[15-16]完成。整個測控系統可以完成對橋式整流+DC/DC電路拓撲所組成的風力發電系統進行驅動控制和數據采集與處理。
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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 自動化學院，江蘇 南京 210044）
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