臺灣博碩士論文加值系統

近年來，隨著工業界對電力電子產品廣泛的使用，而這些電力轉換器大部分是為非線性負載，他們會對電力系統帶來諧波電流、電壓閃爍以及電壓雜訊等問題。
在本論文中提出三種中性點箝位之電力轉換器應用於在線式不斷電系統的架構，其中包括中性點交流開關箝位之電力轉換器、中性點二極體箝位之電力轉換器以及中性點電容箝位之電力轉換器。最後以Matlab中的Simulink加以模擬，來驗證所提出三種中性點箝位電路確實具備高功因及高效率的特性。

In recent years, power electronic products are widely used in the industry. Most of these converters are non-linear loads，which bring power system unexpected current harmonics, voltage flicker and voltage noise, etc.
In this thesis, three categories of neutral point clamped power converters are constructed for a single-phase on-line uninterruptible power supply system. They are includes neutral point AC switch clamped converter, neutral point diode clamped converter and capacitance clamped converter. Finally, simulations based on Matlab/Simulink are presented to demonstrate the performance of the adopted neutral point clamped power converters. The results revealed that the adopted models have the characteristics of high power factor, and high efficiency.

中文摘要 --------------------------------------------------- i
英文摘要 --------------------------------------------------- ii
誌謝 --------------------------------------------------- iii
目錄 --------------------------------------------------- iv
表目錄 --------------------------------------------------- x
圖目錄 --------------------------------------------------- xi
符號說明 --------------------------------------------------- xviii
一、 導論----------------------------------------------- 1
1-1 電力品質探討--------------------------------------- 1
1-1-1 電力諧波(Harmonics) ------------------------------- 1
1-1-2 電壓閃爍(Voltage flickers) ------------------------ 1
1-1-3 電壓驟降(Voltage sag)、電壓昇(Voltage swell) ------ 2
1-1-4 過電壓(Over voltage) ------------------------------ 2
1-1-5 低電壓(Low voltage) ------------------------------- 2
1-1-6 電力中斷------------------------------------------- 2
1-2 電力品質改善--------------------------------------- 5
二、 轉換器技術分析------------------------------------- 7
2-1 主動濾波器----------------------------------------- 7
2-1-1 並聯型主動濾波器----------------------------------- 8
2-1-2 串聯型主動濾波器----------------------------------- 8
2-1-3 串、並聯混合型主動濾波器--------------------------- 9
2-1-3-1 串聯式主動濾波器與並聯式主動濾波器之結合----------- 9
2-1-3-2 串聯式主動濾波器與被動濾波器之結合----------------- 9
2-1-3-3 並聯式主動濾波器與並聯式被動濾波器之結合----------- 10
2-1-3-4 並聯被動式濾波器串上主動濾波器之結合--------------- 11
2-2 不斷電系統----------------------------------------- 12
2-2-1 在線式不斷電系統----------------------------------- 13
2-2-2 離線式不斷電系統----------------------------------- 13
三、 二階中性點箝位器之設計—電路架構分析--------------- 15
3-1 轉換器的階數定義----------------------------------- 15
3-2 中性點交流開關箝位器之電路架構--架構1------------- 16
3-2-1 前言----------------------------------------------- 16
3-2-2 雙向性功率傳輸單臂中性點交流開關箝位架構轉換器
--架構1-(a) ---------------------------------------16
3-2-2-1 雙向性功率傳輸單臂中性點交流開關箝位架構轉換器
電路特性------------------------------------------- 22
3-2-3 中性點交流開關箝位Unipolar PWM轉換器-------------- 22
3-2-3-1 單臂半橋中性點交流開關箝位之直流/交流轉換器架構
--架構1-(b) ---------------------------------------22
3-2-4 中性點交流開關箝位架構之在線式不斷電結構----------- 26
3-2-4-1 直流昇/降壓式截波器設計之不斷電系統--架構1-(c)---- 27
3-3 中性點二極體箝位器之電路架構--架構2--------------- 30
3-3-1 前言----------------------------------------------- 30
3-3-2 雙向性功率傳輸單臂中性點二極體箝位架構轉換器
--架構2-(a) ---------------------------------------30
3-3-2-1 雙向性功率傳輸單臂中性點二極體箝位架構轉換器
電路特性------------------------------------------- 34
3-3-3 中性點二極體箝位Unipolar PWM轉換器---------------- 35
3-3-3-1 單臂半橋中性點二極體箝位之直流/交流轉換器架構
--架構2-(b) ---------------------------------------36
3-3-4 中性點二極體箝位架構之在線式不斷電結構------------- 39
3-4 中性點電容箝位之電路架構--架構3------------------- 40
3-4-1 前言----------------------------------------------- 40
3-4-2 雙向性功率傳輸單臂中性點電容箝位架構轉換器
--架構3-(a) -------------------------------------- 40
3-4-2-1 雙向性功率傳輸單臂中性點二極體箝位架構轉換器
電路特性------------------------------------------- 45
3-4-3 中性點電容箝位Unipolar PWM轉換器------------------ 46
3-4-3-1 單臂半橋中性點電容箝位之直流/交流轉換器架構
--架構3-(b) -------------------------------------- 47
四、 電力品質改善器之設計------------------------------- 52
4-1 功因修正器之設計----------------------------------- 52
4-1-1 中性點交流開關箝位器功因修正器之設計--------------- 52
4-1-1-1 順向功率之開關控制切換表之建立--------------------- 52
4-1-1-2 反饋功率之開關控制切換表之建立--------------------- 54
4-1-2 中性點二極體開關箝位器功因修正器之設計------------- 55
4-1-2-1 順向功率之開關控制切換表之建立--------------------- 55
4-1-3 中性點電容開關箝位器功因修正器之設計--------------- 56
4-1-3-1 順向功率之開關控制切換表之建立--------------------- 56
4-1-4 功因修正器設計------------------------------------- 58
4-2 電壓調整器之設計----------------------------------- 59
4-3 在線式不斷電系統的設計----------------------------- 59
4-3-1 蓄電池充、放電模式--------------------------------- 60
4-3-2 蓄電池充、放電控制模式 ---------------------------- 61
五、 模擬結果------------------------------------------- 62
5-1 中性點交流開關箝位器之電路架構--架構1--------------62
5-1-1 負載端為純電阻(R=10Ω) ---------------------------- 63
5-1-1-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 63
5-1-1-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 64
5-1-1-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 64
5-1-2 R-L負載(R=10Ω、 =10mH) -------------------------- 66
5-1-2-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 66
5-1-2-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 67
5-1-2-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 67
5-1-3 負載端為非線性負載(R=20Ω、C=330μF)--------------- 69
5-1-3-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 69
5-1-3-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 70
5-1-3-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 70
5-1-4 輸入端為：電壓昇(110 ��130 ��110 )--------- 72
5-1-4-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 72
5-1-4-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 73
5-1-4-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 73
5-1-5 輸入端為：電壓驟降(110 ��90 ��110 )-------- 75
5-1-5-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 75
5-1-5-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 76
5-1-5-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 76
5-1-6 輸入端為：諧波電壓(含有3、5次諧波) --------------- 78
5-1-6-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 78
5-1-6-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 79
5-1-6-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 79
5-1-7 輸入端為：閃爍電壓--------------------------------- 81
5-1-7-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 81
5-1-7-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 82
5-1-7-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 82
5-2 中性點二極體箝位之電路架構--架構2----------------- 84
5-2-1 負載端為純電阻(R=10Ω) ---------------------------- 85
5-2-1-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 85
5-2-1-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 86
5-2-1-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 86
5-2-2 R-L負載(R=10Ω、 =10mH) -------------------------- 88
5-2-2-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 88
5-2-2-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 89
5-2-2-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 89
5-2-3 負載端為非線性負載(R=20Ω、C=330μF)--------------- 91
5-2-3-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 91
5-2-3-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 92
5-2-3-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 92
5-2-4 輸入端為：電壓昇(110 ��130 ��110 )--------- 94
5-2-4-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 94
5-2-4-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 95
5-2-4-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 95
5-2-5 輸入端為：電壓驟降(110 ��90 ��110 )-------- 97
5-2-5-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 97
5-2-5-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 98
5-2-5-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 98
5-2-6 輸入端為：諧波電壓(含有3、5次諧波) --------------- 100
5-2-6-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 100
5-2-6-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 101
5-2-6-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 101
5-2-7 輸入端為：閃爍電壓--------------------------------- 103
5-2-7-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 103
5-2-7-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 104
5-2-7-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 104
5-3 中性點電容箝位器之電路架構--架構3----------------- 106
5-3-1 負載端為純電阻(R=10Ω) ---------------------------- 107
5-3-1-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 107
5-3-1-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 108
5-3-1-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 108
5-3-2 R-L負載(R=10Ω、 =10mH) -------------------------- 110
5-3-2-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 110
5-3-2-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 111
5-3-2-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 111
5-3-3 負載端為非線性負載(R=20Ω、C=330μF)--------------- 113
5-3-3-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 113
5-3-3-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 114
5-3-3-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 114
5-3-4 輸入端為：電壓昇(110 ��130 ��110 )--------- 116
5-3-4-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 116
5-3-4-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 117
5-3-4-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 117
5-3-5 輸入端為：電壓驟降(110 ��90 ��110 )-------- 119
5-3-5-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 119
5-3-5-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 120
5-3-5-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 120
5-3-6 輸入端為：諧波電壓(含有3、5次諧波) --------------- 122
5-3-6-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 122
5-3-6-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 123
5-3-6-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 123
5-3-7 輸入端為：閃爍電壓--------------------------------- 125
5-3-7-1 交流/直流/交流轉換器前級模擬----------------------- 125
5-3-7-2 交流/直流/交流轉換器後級模擬----------------------- 126
5-3-7-3 蓄電池動作模擬------------------------------------- 126
六、 結 論--------------------------------------------- 128
參 考 文 獻-------------------------------------------------------129
自 傳------------------------------------------------------------130

[1]江榮城，2000，電力品質實務，二版，全華科技圖書，台北
[2]D.L. Tennenhouse et al., 1997,” A survey of active network research”, IEEE Communications Magazine, Volume: 35, pp. 80-86.
[3]G.-H. Choe and M.-H. Park, 1988,” A new inijection method for AC harmonic elimination by active power filter”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume: 35, pp. 141-147.
[4]Z.P. Fang, 1998,” Application issues of active power filters”, IEEE Industry Applications Magazine, Volume: 4, pp. 21-30
[5]B.S. Kamal and Ambrish Chandra, 1999,” A Review of Active Filters for Power Quality Improvement”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume: 46, pp. 960-966.
[6]S.Y(Ron) Hui, et al., 2000” A Bidirectional AC-DC Power Converter with Power Factor Correction”, IEEE Transactions on Power Electronics, Volume: 15, pp. 942-949
[7]Sergio Serena, et al., 2001” A Single-Phase Active Power Filter with Double-Edge Integration Control”, IEEE Transactions on Industrial Electronics Society, Volume: 27, pp. 949-953.
[8]Elias Rodriguez, et al., 1999” A Novel Single-Stage Single-Phase DC Uninterruptible Power Supply with Power-Factor Correction”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume: 46, pp. 1137-1147.
[9]K.Hirachi, et al., 1997” A High-Frequency-Linked Single Phase UPS with Power Factor Correction Scheme”, Proc.IEEE ISIE’97, pp. 1137-1147.
[10]湯奕隆，2002，”不中斷電源設備之選擇與應用”，電機月刊，第十二卷，第三期，頁174-190，三月。
[11]吳晉昌 等，2002，”電壓控制型互動式不斷電電源系統”，電機月刊，第十二卷，第三期，頁148-157，三月。
[12] 洪宗良，2002，中性點交流開關箝位轉換器之研製，國立雲林科技大學，碩士論文
[13] 陳政德，2001，中性點箝位電力轉換器之研究與製作，國立雲林科技大學，碩士論文