MPPT контроллер для ветряка

Здравствуйте.
При конкретной скорости ветра максимум механической мощности достигается при конкретных оборотах винта, поэтому оптимальные обороты винта линейно зависят от скорости ветра. При этом механическая мощность винта кубически зависит от мощности ветра. А вот мощность электрогенератора имеет квадратичную зависимость от оборотов. Из-за этого возникает проблема согласования винта и генератора.
На форуме, посвященном самодельным ветрякам, мы решили преодолеть данную проблему, разработав MPPT контроллер для ветряка. Общий принцип его такой.
Электрогенератор, через диодный мост соединяется с понижающим DC-DC преобразователем, который заряжает АКБ. МК считывает частоту генератора, напряжение и силу тока и по определенному алгоритму изменяет скважность ШИМ DC-DC преобразователя.
По образованию я прикладной математик, работаю программистом. Для проверки работоспособности идеи написал программу, которая моделирует работу ветряка с таким контроллером. Моделирование показало, что явных проблем нет и идею можно признать рабочей.
Стал вопрос о реализации данного контроллера в “железе". Для первого экземпляра болы сформулировано следующее ТЗ.
Входное напряжение: 16-70В.
Напряжение АКБ: 10-14В.
Ток зарядки: до 20А.
Как-то так получилось, что основная тяжесть разработка контроллера легла на меня. Но проблема в том, что в электронике я толком не разбираюсь. Для изучения МК, купил PinBoard, так что МК будет ATMiko16(не знаю, хватит её или нет).
Что бы было проще, решил разрабатывать контроллер на части.
1) Разработка DC-DC преобразователя, управляемого МК.
2) Разработка измерительной части.
3) Разработка части, контролирующей зарядку АКБ.

Попробовал рассчитать понижающий DC-DC преобразователь. Формулы брал из статьи (http://www.sompeljournal.ru/images/arti ... 07_8_7.pdf). Частота 32кГц (ШИМ МК при тактовой частоте 8мГц). Получил такие результаты (файл во вложение). Появилось несколько вопросов
Глобальный.
Как думаете, насколько реально сделать такой контроллер?
По преобразователю.
1) Правильно ли я рассчитал номиналы деталей?
2) Можно ли использовать в данной схеме электролитические конденсаторы?
3) Посоветуйте, пожалуйста, драйвер для полевого транзистора.
4) На каком сердечнике лучше делать дроссель, ферритовом с зазором или сердечнике из порошкового железа?

Буду рад любой помощи.


./styles/iosyitistromyss/imageset/icon_topys_attach.gif" width="14" height="18
[17.5 Кб]

Я бы порекомендовал "железный" DC-DC, управляемый сигналом задания от МК... Задание можно формировать ЦАПом, можно ШИМом, отфильтрованным через ФНЧ... Тогда и частоту поднять можно, и МК перестает быть единственным, что удерживает схему от взрыва :) Плюс плдучаем большую разрядность задания, ибо сдается мне ШИМ на 32 кГц будет иметь какую разрядность? 8 бит? (не пользую меги, не знаю как там у них...)

0

Если я, как обычно, ничего не перепутал, то пример расчета преобразователя из статьи был проведен для P-канального полевика, а в xcl-ке был выбран для покупки N-канальный прибор.

0

Сообщение от sobokymk Если я, как обычно, ничего не перепутал, то пример расчета преобразователя из статьи был проведен для P-канального полевика, а в xcl-ке был выбран для покупки N-канальный прибор.

А такой полевик http://www.chipdip.ru/product/irf5210s/ подойдет?

Сообщение от M1X Плюс плдучаем большую разрядность задания, ибо сдается мне ШИМ на 32 кГц будет иметь какую разрядность? 8 бит? (не пользую меги, не знаю как там у них...)

Да, разрядность 8 бит, но это для наших целей вполне достаточно.

Сообщение от M1X Я бы порекомендовал "железный" DC-DC, управляемый сигналом задания от МК... Задание можно формировать ЦАПом, можно ШИМом, отфильтрованным через ФНЧ... Тогда и частоту поднять можно, и МК перестает быть единственным, что удерживает схему от взрыва :)

Получается, надо взять ШИМ контроллер и через вход для обратной связи рулить им с помощью МК, так? Правильно ли я понимаю, что в этом случаи отдельный драйвер для полевика не потребуется? Напишите, пожалуйста, какую микросхему можно для этого использовать.

Сообщение от M1X Я бы порекомендовал "железный" DC-DC, управляемый сигналом задания от МК...

будь добр, подскажи какую-то конкретную МС для примера

для ветра нужен широкий входной диапазон напряжений.
скажем вот есть NCP3155BDR2G, выходное напряжение задается делителем на вход FB1
и как сюда задание от МК прилепить?
у меня только такая мысль


http://**************************/download/file.php?id=17158&sid=196124ee67dc4a20a0 c72fc0b87e7b51

т.е. МК влияет на точку обратной связи, занижая или завышая уровень напруги в ней
подобрав резисторы, можно например ограничить влияние диапазоном, при котором на выходе будет от 12 до 15В

ок, даже если это правильно, нужно как то внешний ключ ставить. это возможно с любым ШИМ-контроллером или же нет?

0

можно прикрутить потенциометр с управлением по spi

0

ОУ на + обратную связь, на - шим с МК, и ни какой спи потенциометр не нужен.

0

а выход ОУ на FB1? сдается мне с тем же успехом можно и напрямую от МК на FB1 ШИМ подавать, только не вкурю сути затеи.
по моей схеме выше МК влияет на обратную связь в узком диапазоне,
при ШИМ 0% например FB1 дополнительно тянется к земле левым резистором (я их не обозначил к сожалению)
при ШИМ 100% FB1 тем же резистором тянется к питанию
при выходе МК из строя, зависании и т.п. никаких особо страшных факапов не происходит

0

По поводу отслеживания MPP есть у тексаса микросхемка BQ25504 для микромощных девайсов. Почитайте - может натолкнёт на какую-нибудь идею. Кратко суть: разрываем цепь, запоминаем напряжение х.х. И опираясь на это поддерживаем напряжение на заданном уровне - например, для солнечных батарей это примерно 80% от холостого хода.

0

...из готового не рассматривали? Викоровские DC-DC с ЧИМ, к примеру. Рабочая частота зависит от величины входного напряжения и от выходной нагрузки, и может изменяться в пределах от десятков кГц (высокое входное напряжение, малая нагрузка) до 1 МГц (низкое входное напряжение, полная нагрузка).

0

У меня есть небольшой опыт разработки MPPT, но для солнечных технологий, точнее для работы с PV-модулями. Делал на 15кВт.
Но насколько я изучал паралель с ветряками там схожая очень ситуация.
Могу сказать на что вам нужно обратить внимание (опираясь на PV):
- если конечно есть тех. возможность - для запуска очень желательно иметь реальный симулятор (я не знаю как бы я отлаживал без реального симулятора)
- начните с самого простого алгоритма P&O, INCCOND намного лучше, мне он больше понравился, устойчивее достигает максимума и лучше его удерживает.
- нужно иметь реализованный в программе PI-контроллер
Найдите для примера даташит от микрочипа с описанием MPPT алгоритмов (гугл+AN1521 Practical Guide to Ymptimenting Solar Panel MPPT Algorithms)
потом просто используете данные значения напряжений/токов входа и выхода, а дальше просто P&O или INCCOND.

0

Кстати, а если вариатор от скутера применить, может получится частоту механически поддерживать.

Отправлено с моего Nexus 7 через Tapatalk

0

про вариатор я думал, только для генератора на постоянных нигнитах обороты обычно маленькие (прямо с ветроколеса, до 400rpm где то), а вариатор нормально работать будет на сильно бОльших оборотах, либо нужен уже не от скутера, а модифицированный

0

Сообщение от projists.ork.uo Но насколько я изучал паралель с ветряками там схожая очень ситуация

схожа она во всем, кроме наличия еще одной переменной - частоты вращения генератора
для солнца есть внешнее воздействие (освещенность) + 2 параметра (ток и напряжение) = все просто
для ветра внешнее воздействие (ветер) + 3 параметра (ток, напряжение, частота)
и вот на разных скоростях вращения точка отбора макс.мощности разная
для текущей скорости определить не проблема, но к примеру если дать винту раскрутиться, то можно снимать больше

проблема совсем не такая простая, как с солнцем

upd:
мысль у меня пока такая, после пусконаладки установки, пущай она собирает себе статистику вида P=f(w)
т.е. ищет мгновенную точку макс.мощности и записывает ее себе как функцию от оборотов
тогда через какое то время по статистике можно будет понять, где у ДАННОГО винта и ДАННОГО генератора режим, к которому надо стремиться

0

еще хороша будет мс INA219 от Ti , которая сразу умеет измерять вольт/ампер/ватт

Сообщение от mishomys Сообщение от projists.ork.uo Но насколько я изучал паралель с ветряками там схожая очень ситуация

схожа она во всем, кроме наличия еще одной переменной - частоты вращения генератора
для солнца есть внешнее воздействие (освещенность) + 2 параметра (ток и напряжение) = все просто
для ветра внешнее воздействие (ветер) + 3 параметра (ток, напряжение, частота)
и вот на разных скоростях вращения точка отбора макс.мощности разная
для текущей скорости определить не проблема, но к примеру если дать винту раскрутиться, то можно снимать больше
На сайте TI есть статьи и мат.модели описываются, помоему я даже там код и формулы встречал.

Сообщение от mishomys проблема совсем не такая простая, как с солнцем

Ну эт вам лучше видно что там у вас более детально, я ж даже не знаю вашей схемы и как вы считаете своё мппт, то входа ветряка до dclink или сумарно от входе до грида. к томуже зависит какая у вас обратная связь итд. За бугром целые институты изучают эти системы и огромные статью пишут с расчетами и графиками...

Сообщение от mishomys upd: мысль у меня пока такая, после пусконаладки установки, пущай она собирает себе статистику вида P=f(w) т.е. ищет мгновенную точку макс.мощности и записывает ее себе как функцию от оборотов тогда через какое то время по статистике можно будет понять, где у ДАННОГО винта и ДАННОГО генератора режим, к которому надо стремиться

В этом случае есть не один важный момент 1) климатические коеффициенты, 2) индивидуальные калибровочные коэфициенты. 3) итд
Лучше всего базироваться на адаптивных алгоритмах, так что этот способ не самый красивый, обычно его стараются избегать.
Проводя аналогию: равносильно что по вашим таблицам будет указано что, зимой нужно носить шарф и шапку и перчатки(ведь зими ж и все логично), а тут вруг нате, в январе +15, вместо -20, и получается сами знаете что...
Только адаптивность, в другую сторону не смотрите.

0

Первый глупый вопрос- какой генератор у ветряка? С возбуждением на постоянных нигнитах или есть обмотка возбуждения? Надеюсь, генератор трехфазный? Есть ли возможность размещать силовую электронику возле генератора или надо размещать ее отдельно? Выход постоянка, однофазка 220, трехфазка или заряд аккумуляторной батареи?
Управление углом атаки лопастей есть?
Для небольшого ветряка в несколько сотне ватт мощности (на базе автомобильного генератора с ускоряющим редуктором или многополюсной тихоходной электрической машине) эффективнее всего позволить ветряку работать на оптимальных оборотах и нагрузке, т.е иметь трехфазный выход переменной частоты, а потом совместить схему трехфазного выпрямителя с MPPT - тогда нет потерь на диодном трехфазном выпрямителе. Но это решение требует установки силовой электроники около генератора. Иначе на трехфазном вращающемся токосьеме будут неоправданные потери (и энергетические, и финансовые). Кстати, силовая часть на роторе позволяет сделать бесконтактный индукционный токосъем.
MPPT на современном процессоре типа STM32 справится и с управлением силовой частью электроники, и с автоподстройкой MPPT под оптимальные параметры, и со сбором статистики.
Управление и информационный обмен с контроллером MPPT делается или беспроводной, или по ВЧ по силовому кабелю.

0