离网风力发电使用灵活、初投资小、清洁安全,适合解决边远地区的生产生活用电难题。此外,在我国内陆地区也有着丰富的风能资源,发展离网风电,对促进生态建设,改善用能结构,有着积极意义。目前,离网风力发电亟待解决的两个问题：一是研究高效的最大风能捕获控制技术,以提高风能利用,进一步降低风电成本；二是减少输出电压波动,提高用户电能质量。为此,本文设计了一种独立运行的离网风力发电控制系统：一方面改进了一种最大风能捕获控制方法,提高风能利用；另一方面,给出了一种能量协调控制策略,实现系统能量供需平衡,从而减少了输出电压波动。第一,在分析离网风力发电数学模型基础上,推导出一种不测转速的控制结构。结合模糊控制对非线性系统的良好适应能力以及PI控制的稳定、快速优点,设计了一种模糊、PI实现的爬山搜索算法。该算法利用模糊逻辑来确定参考搜索步长,再由PI调节电压闭环,跟踪参考搜索步长,实现快速、有效的最大风能捕获控制。利用Lyapnov理论,分析了该方法的稳定性。在Simulink平台上,对比分析了经典爬山算法和改进方法。结果表明,改进算法搜索效率提高了约30%。第二,设计了一种能量协调控制方法,该方法统一协调风力发电机、储能、卸荷以及负载,实现了能量供需平衡,稳定了输出电压。通过分析造成输出电压波动的原因,得出稳定直流母线电压,即可实现系统能量平衡。风力发电机依据负载需求、储能系统状态,在最大功率追踪、恒定功率以及遇限切除三种模式间切换。设计了由超级电容、蓄电池构成的储能形式。由蓄电池来缓冲低频波动,超级电容缓冲高频波动。采用这种方式,不仅提高了能量利用效率,还减少了蓄电池充放电次数,延长了蓄电池使用寿命。第三,详细阐述了离网风力发电系统硬件电路设计过程,包括设计思路、原理说明以及参数选择。硬件部分主要包括主电路、检测电路、市电切入以及LED照明负载。主电路将波动的风能转换为负载可利用的电能。检测电路,将电压、电流等模拟量转换为数字量,供DSP计算使用。在有市电接入或者柴油发电条件下,当风电、蓄电池供电不足时,设计的市电切入将自动接入市电或柴油发电,确保负载稳定工作。本文以LED照明作为负载,设计了一种高效、低温升的人体探测LED驱动电路。第四,以德州仪器生产的DSP芯片TMS320F2808为控制核心,将本文控制策略数字化实现。在软件编制过程中,应用了模块化设计理念。首先将控制功能分区,功能相同的单元作为一个模块。其次,按照模块功能编制相关软件。最后,设计了一种非抢占式多任务调度方式,对各功能模块进行调度。第五,分析了在系统调试过程中遇到的问题及解决办法。对总体软件、硬件进行了测试,测量结果验证了设计方案的可行性。