臺灣博碩士論文加值系統

本研究主要為研製擁有升壓模式與降壓模式之最大功率追蹤器，其基本結構為結合升壓與降壓轉換器。當輸入電壓高於輸出電壓時，操作在降壓模式，反之，則操作在升壓模式。當輸入電壓在高電壓與低電壓之間來回跳動，則利用輸入電壓與直流鏈電壓之差值進行電路模式的切換。本追蹤器之控制器採用微處理機TMS320LF2406A，其追蹤控制法為擾動觀察法；此外利用輸入電壓進行閉迴路控制，使輸入電壓達到最大功率點。本研究加入絕緣偵測功能，用來偵測最大功率追蹤器跟光電板之間的阻抗，可以提升最大功率追蹤器的安全性。最後實際研製一台2.5 kW的最大功率追蹤器，並量得轉換效率最高可達99%。藉由實測結果驗證，當輸入電壓轉變時，它能適時的進行模式切換，並且達到最大功率追蹤的功能。

This study is to design a maximum power point tracker (MPPT) with Buck/Boost operation mode. The basic structure is formed with Buck and Boost converters. When input voltage is higher than output voltage, the MPPT operates in buck mode; otherwise, it operates in boost mode. When input voltage changes between high voltage and low voltage, the mechanism of changing reference input voltage is adopted to switch the operation mode. This tracker controller uses microcontroller TMS320LF2406A, and the control algorithm is based on the perturb and observe method. In addition, the PV input voltage is controlled for achieving maximum power point tracking. This study adds an insulation check function to detect the resistance between PV panel frame and ground. It can improve the safety of the MPPT. A 2.5 kW MPPT has been implemented, and the highest conversion efficiency can reach 99%.

目錄
中文摘要 i
英文摘要 ii
目錄 iii
圖目錄 vi
表目錄 ix
第一章　序論 1
1-1 研究背景 1
1-2 研究動機與目的 4
1-3 論文大綱 5
第二章　太陽能發電系統介紹 6
2-1發電系統類型 6
2-2 光電板介紹 9
第三章 最大功率追蹤法 17
3-1 電壓回授法 18
3-2 功率回授法 18
3-3 擾動觀察法 18
3-4 增量電導法 19
3-5 實際測量法 20
3-6 三點權位法 21
3-7 本文所提追蹤法 22
第四章 最大功率追蹤器電路 23
4-1　電路結構 23
4-2 動作原理 24
4-2-1 降壓模式 24
4-2-2 升壓模式 27
4-3 周邊電路設計 29
4-3-1 降壓電路 29
4-3-2電流偵測電路 30
4-3-3開關驅動電路 31
4-3-4輔助電源電路 32
4-3-5 保護電路 35
4-4 絕緣偵測電路 36
第五章 軟體規劃 41
5-1 微處理器 41
5-2程式流程 43
5-3追蹤法控制流程 52
第六章 電路實測與效率分析 56
6-1 電阻模擬光電板之實測波形 58
6-1-1 升壓實測波形 59
6-1-2 轉態實測波形 61
6-2 光電板最大功率追蹤測試 61
6-2-1升壓實測波形 62
6-2-2降壓實測波形 64
6-3 電路效率分析 66
6-3-1 元件損耗分析 66
6-3-2 電路轉換效率 68
第七章 結論及未來研究方向 69
7-1 結論 69
7-2 未來研究方向 69
參考文獻 71

圖目錄
圖1. 1 九十八年台灣能源供給結構圖 2
圖2. 1 獨立型發電系統 6
圖2. 2 雙級架構之市電併聯型發電系統 7
圖2. 3 雙向市電併聯型 8
圖2. 4 混合輸入市電併聯系統 9
圖2. 5 太陽能電池種類 11
圖2. 6 太陽能電池之等效電路圖 12
圖2. 7 NU-S0E3E固定溫度下不同日照強度之P-V曲線和I-V曲線 15
圖2. 8 BP365在固定日照下之不同溫度的I-V曲線 15
圖3. 1 光電板P-V曲線示意圖 17
圖3. 2 光電板I-V曲線 20
圖4. 1 太陽能直流供電系統架構圖 23
圖4. 2 結合Buck與Boost之電路結構圖 24
圖4. 3 降壓轉換器電路圖 25
圖4. 4 降壓模式一 25
圖4. 5 降壓模式二 26
圖4. 6 電感電流在降壓模式之變化圖 26
圖4. 7 升壓轉換器電路圖 27
圖4. 8 升壓模式一 28
圖4. 9 升壓模式二 28
圖4. 10電感電流在升壓模式之變化圖 29
圖4. 11 降壓電路等效電路圖 30
圖4. 12 輸入端與輸出端共地 30
圖4. 13 HY-15P電流感測元件圖 31
圖4. 14 電流訊號一級放大電路圖 31
圖4. 15 開關驅動電路 32
圖4. 16 輔助電源電路圖 32
圖4. 17 返馳式電路結構圖 33
圖4. 18 UC3843電流偵測電路 34
圖4. 19 UC3843外部震盪電路 34
圖4. 20 硬體保護電路 35
圖4. 21 絕緣偵測電路等效電路圖 37
圖4. 22 光繼電器電路圖 38
圖4. 23絕緣偵測降壓電路 39
圖4. 24 考慮並聯電阻之絕緣偵測電路等效圖 39
圖4. 25 並聯兩台最大功率追蹤器之絕緣電阻等效電路圖 40
圖5. 1 TMS320LF2406 微處理機腳位功能圖 42
圖5. 2 主程式流程圖 44
圖5. 3 絕緣偵測副程式 45
圖5. 4 A/D取樣副程式流程圖 47
圖5. 5 轉態副程式流程圖 49
圖5. 6 功率降載副程式 51
圖5. 7 保護副程式流程圖 52
圖5. 8 追蹤控制法流程圖 55
圖5. 9 四種功率與電壓變化情形 55
圖6. 1 電阻棒模擬光電板之電路測試圖 56
圖6. 2 實際電路結構圖 58
圖6. 3 Vpv=200 V , P=2 kW 波形圖 59
圖6. 4 Vpv=300 V , P = 2 kW波形圖 60
圖6. 5 Vpv=300 V , P = 2.5 kW波形圖 60
圖6. 6 輸入電壓400 V轉態, Vo=380V , P=2 kW波形圖 61
圖6. 7 (a) 光電板230 V/970 W (b)光電板230 V/970 W展開圖 63
圖6. 8 (a)光電板220 V/1.5 kW (b)光電板220 V/1.5 kW展開圖 64
圖6. 9 (a)光電板534 V/800 W (b)光電板534 V/800 W 展開圖 65
圖6. 10 (a)光電板424 V/1.9 Kw (b)光電板424 V/1.9 kW 展開圖 66
圖6. 11 磁場強度(H)對磁通密度(G)之曲線圖 67
圖6. 12 升壓模式效率圖 68

表目錄
表1. 1 民國一百年再生能源 (太陽光電除外)發電設備電能躉購費率 3
表1. 2 民國一百年太陽光電發電設備電能躉購費率 3
表2. 1 NU-S0E3E 太陽能光電板電氣規格(1000W/m2,25℃) 14
表2. 2 開路電壓與短路電流特性比較 16
表3. 1 三點權位法之三種權位值變化 22
表4. 1 IEC62109-2 絕緣電阻規範 36
表6. 1 太陽能最大功率追蹤器電氣規格表 57
表6. 2 電路開關元件 58
表6. 3 AP200 規格(1000W/m2 , 25℃ , AM1.5) 62

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