基于μC／OS—Ⅱ和DSP的開關磁阻電機風力發電系統

  田傳幫，趙德安

(江蘇大學，江蘇鎮江212013)

    摘要：主要分析了實時操作系統μC／OS一1I移植到DSP芯片上所要完成的工作，并在μC／OS—II操作系統平臺上編制了開關磁阻電機風力發電系統的控制程序。在6相(12／10)結構3 kW開關磁阻電機風力發電系統上進行了實驗。實驗結果表明：μC／OS  Ⅱ在開關磁阻電機控制系統中的應用以及開關磁阻電機用于風力發電系統是可行的。

    關鍵詞：μC／OS-Ⅱ；實時操作系統；移植；DSP；開關磁阻電機風力發電系統

    中圖分類號：TM352  文獻標識碼：A  文章編號：1004—7018(2008)08—0020—03

0引  言

    在能源短缺和環境趨向惡化的今天，風能作為一種可再生清潔能源，日益為世界各國所重視和開發。由于風能開發有著巨大的經濟、社會、環保價值和發展前景，近20年來風電技術有了巨大的進步，風電開發在各種能源開發中增速最快。發電機是風力發電機組中將風能轉化為電能的重要裝置，它不僅直接影響輸出電能的質量和效率，也影響整個風電轉換系統的性能和裝置結構的復雜性。風能是低密度能源，具有不穩定和隨機性特點。控制技術是風力機安全高效運行的關鍵，因此研制適合于風電轉換、運行可靠、效率高、控制且供電性能良好的發電機系統和先進的控制技術是風力發電推廣應用的關鍵。

    開關磁阻發電機不僅具有結構簡單、能量密度高、過載能力強、動靜態性能好、可靠性和效率高、容錯性好的特點，而且還有價格低、效率高和適應能力強等優點。伴隨著微處理器的發展，DSP逐步顯示出高速計算能力，可增加采樣速度和完成復雜的控制算法。模糊控制、神經網絡控制等算法逐步被引人到控制系統中。在前后臺系統上編寫系統控制程序變越來越困難，并且程序的可讀性也會變差，在有些實時性要求很高的應用場合，前后臺程序根本不能實現。因而，本文將μC／OS-Ⅱ系統引入到實時性要求較高的開關磁阻電機風力發電系統中。

1開關磁阻電機風力發電系統組成

1．1開關磁阻電機發電原理

    線性條件下，開關磁阻電機(以下簡稱SR電機)某一相瞬時電磁轉矩表達式：

由式(1)可知，SR電機電磁轉矩的方向不受相電流方向的影響，僅取決于電感隨轉角的變化(圖11--)決定的：若相電流處于圖12--區間時，產生正轉矩，對應圖1在θ₂～θ₃區域，SR電機工作在電動狀態(SRM)；若相電流處于圖13--的區間時，則產生負轉矩，即對應圖1在θ₄～θ₅區域，SR電機工作在發電狀態(SRG)。即只要根據轉子位置來控制主開關通斷角度，以改變相電流的幅值和寬度，就可以產生不同大小和方向的電磁轉矩，實現SR電機的可逆運行．

    線性條件下，SR電機的單相電流的典型波形如圖l所示。

    θ_on～θ_off區間為勵磁階段，相電流i(t)由外接電源Us激勵產生，并稱在θ_off處的相電流大小Ih為勵磁電流，它反映了sRG勵磁強度和儲存磁場能量的大小，此階段sRG吸收電能，存儲磁能和機械能。θ>θoff區間為發電階段，相電流i(t)通過續流二極管由SRG內部流出，把機械能和磁能轉化為電能釋放出來，此階段的續流相電流是不可直接控制的。很

顯然，SRG的輸出功率為發電功率和勵磁功率之差，因此為了實現凈功率輸出，發電階段電流必須足夠大。

1．2 SR電機風力發電系統硬件

    SR電機風力發電系統硬件^[1-3]框圖如圖2所示。以TMS320F2812 D，sP為核心，DsP通過捕獲單元得到位置反饋信號，確定轉子位置和轉速，讀取AD采樣得到的母線電流、電池電壓、判斷系統工況，決定各相導通、關斷情況，輸出的6相觸發信號經保護電路和電流斬波電路放大隔離輸出；系統的工況經DsP數據總線(DB)接口輸出顯示。

2基于μC／0S-Ⅱ嵌入式平臺下系統軟件結構

    基于前后臺系統的主要功能包括速度計算反饋量采集I／O和AD輸入、電流環控制、位置計算、電機相位切換、速度控制環計算等。從程序結構可看出，該程序設計