直驱式风力发电机组自适应控制电路设计（软件）

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

其主要优点有：接口和编程方便； DSP系统以数字处理为基础，受环境温度、湿

度、噪声、电磁场的干扰和影响较小，可靠性高；数字系统的性能基本不受元器件参数性能变化的影响；精度高，16位数字系统可以达到10 -5的精度；数字部件有高度的规范性，便于大规模集成。

其不足之处在于：DSP技术更新的速度快，数学知识要求多，开发和调试工具还不尽完善；且价格较贵，开发成本高。

在保证性能的基础上，结合降低开发成本和周期的原则上，对以上三种微处理器进行考察：51系列单片机功能有限，不适合做上位机；96系列的单片机功能强大，价格适中，开发成本低、周期也短；DSP具有很强的功能，但从经济层面考虑，则没有必要。综合以上分析，选择96系列单片机做为上位机微处理器。

3.2控制系统整体构成

由于此系统采用PWM整流器后接电压源型PWM逆变器型拓扑结构。故采用监督式的计算机控制系统，由单片机担当上位机的任务，负责协调监管两个DSP控制器的工作。其基本结构如图 3.1 所示。

87C196KBDSP#18155DSP#2直驱式风力发电系统

图3.1 直驱式风力发电系统控制框图

两个直接控制器皆是以DSP芯片为核心，分别控制发电机侧变流器与电网侧变流器。在系统正常的工作的状态下，发电机侧控制器的任务是实现高功率因数的整流，并维持直流侧电压的稳定；而电网侧控制器的任务则是最大功率的并网逆变，追踪电网的小范围变化，向电网提供高质量电能。低电压穿越时，接受上位机的控制，执行一系列的滑模算法，维持机组的并网运行。

上位机采用16位的单片机87C196KC，负责监视系统的状态，及时适应环境的变

- 7 -

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

化，出现故障时提供适当保护，给定控制器的给定值。单片机控制系统的方框结构图如图3.2所示。霍尔传感器采集系统信号，信号调理电路将信号调理成单片机可以处理的形式后输入P0口，单片机进行相应的A/D转换、滤波和标度变换等处理，得到的结果作为自适应控制算法的依据。单片机与DSP的通信则通过8155并口芯片来实现。

霍尔传感器0信号调理DSP#187C96KC霍尔传感器1信号调理8155霍尔传感器2信号调理DSP#2 图3.2 单片机控制系统方框结构图

- 8 -

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

第四章 直驱式风力发电机组软件系统设计

4.1软件系统总体方案

整个直驱式风力机组软件控制系统由三大模块组成，2个DSP直接控制器模块和1个上位机监管模块。本文的主题是上位机监管模块的软件系统设计。

本软件系统则是由4个子模块组成，分别为主程序模块、自适应控制模块、数据采集与处理模块和通信模块。

主程序模块的主要功能是完成发电系统的启动过程，转入自适应控制过程及实现一些附属功能。

自适应控制模块的功能是实现机组在正常状态和低电压状态之间适时有效的转换。它将运用数据采集与处理子程序得到系统的运行状态参数，通过自适应控制算法选择合适的控制算法，利用通信子程序传输给2个DSP控制器。

数据采集与处理模块采用87C196KC自身的10位ADC转换器完成数据的采集，并采用软件滤波算法使数据更为可信，然后在完成标度变换后，存于片内RAM中供其它程序使用。

通信模块采用的是8155并口芯片。8155具有操作简单，功能强的特点，很适合用近距离的板级通信。

4.2主程序的设计

4.2.1系统地址空间的分配

在进行单片机汇编编程前，首先要了解并分配好地址空间，如下是本应用系统的地址空间的分配：

（1）片内RAM的分配：

001AH-002FH：定义为中间结果存放区； 0030H-003FH：数据采集与处理专用区； 0040H-004FH：通信数据专用区； 00E0H以下：堆栈数据区。 （2）EEPROM空间的分配： 2080H起：主程序存放区；

2400H起：自适应控制子程序存放区； 3000H起：数据采集与处理子程序存放区； 3800H起：通信子程序存放区。 （3）I/O地址的分配：

- 9 -

湖南科技大学本科生毕业设计（论文）

7E00H-7EFFH：并口芯片8155片内RAM空间； 7F00H-7F05H；并口芯片8155各寄存器的地址。 4.2.2主程序的编程思路

主程序的第一部分是进行一系列的初始化操作，包括变量的定义、椎栈的设定和数据的装载。初始化完成后，开始进入发电机组并网发电的启动阶段，此阶段包括2个步骤：首先要让机侧变流器进行PI整流，对直流侧的蓄电池充电，并维持其稳定；然后使网侧变流器PI逆变向电网馈能。其中包括对数据的采集与处理、对转换条件的判断和与DSP的通信几个子步骤。 4.2.3主程序流程图

开始初始化数据采集子程序是否开始整流？Y通信子程序N数据采集子程序是否开始逆变？Y通信子程序N自适应子程序结束

图4.1主程序流程图

- 10 -