臺灣博碩士論文加值系統

本文旨在研製小型垂直軸風力發電系統。在風力發電機部分，使用直流/直流升壓式截波器(DC/DC boost chopper)配合擾動觀察法及斜率攀爬法以達到最大功率追蹤控制，提高風力發電機之功率取用。蓄電池充電部分，則是直接使用前一級直流/直流升壓式截波器，配合最大功率追蹤控制對蓄電池充電，驗證風力發電機在各種風速下均可取用功率。最後，利用電壓源電壓控制型單相全橋式變流器(full bridge inverter)，作為直流/交流功率轉換，將直流電能轉換成交流電，供給單相獨立負載使用。

本文首先利用人工風道來量測風力發電機各項特性曲線，作為數位控制器設計之依據。硬體製作方面，採用數位信號處理器(DSP,TMS320LF2407A)為整體系統控制核心，減少硬體控制電路。本文已完成300W之小型垂直軸風力發電系統，於獨立運轉下，負載輸出交流電壓有效值約為110V、頻率為60Hz。

This thesis a small-scaled vertical axis wind power generation system was development. In the wind turbine side, the maximum power point tracking method was adopted to control the DC/DC boost chopper to achieve optimum maximum power output and enhance conversion efficiency. In the batteries side, a boost dc chopper was used to get the maximum power association with variation wind speed from the wind power generation system and supply power to batteries charge. Finally, DC power can be transformed into AC power by a single phase full-bridge inverter. The voltage source voltage control method was used to control the inverter for independent system.

In this thesis, the artificial wind tunnel was used to measure the characteristic curve of wind turbines to build the mathematical models. Then, a high-performance, low-cost digital signal processor (DSP,TMS320LF2407A) was adopted to implement the system for reducing the circuit components and cost. Experimental results for 300W small-scaled vertical axis wind power system. The rated output voltage is 110V, the frequency is 60Hz.

目錄
中文摘要…………………………………………………………… i
英文摘要…………………………………………………………… ii
致謝………………………………………………………………… iii
目錄………………………………………………………………… iv
表目錄……………………………………………………………… vii
圖目錄……………………………………………………………… viii
符號說明…………………………………………………………… xi
第一章 緒論…………………………………………………………… 1
1.1 前言……………………………………………………………… 1
1.2 研究背景與動機………………………………………………… 2
1.3 系統架構………………………………………………………… 3
第二章 風力發電系統架構介紹……………………………………… 5
2.1 前言……………………………………………………… 5
2.2 風力發電簡介與發電原理……………………………… 5
2.2.1 風力發電種類……………………………………… 6
2.2.2 風力發電機原理分析……………………………… 6
2.3 風力發電系統介紹……………………………………… 9
2.3.1 市電併聯型(grid-connected）風力發電系統… 9
2.3.2 緊急防災型(獨立＋併聯混合型) 風力發電系統…9
2.3.3 獨立型風力發電系統…………………………… 10
2.3.4 各種發電系統之比較…………………………… 11
2.4 本文風力發電系統介紹……………………………… 12
第三章 獨立型風力發電系統………………………………………… 13
3.1 前言………………………………………………………13
3.2 風力發電機………………………………………………13
3.3 風力發電機功率輸出特性分析…………………………14
3.4 最大功率追蹤……………………………………………16
3.4.1 最大功率追蹤控制法則……………………………17
3.4.1.1 擾動觀察法…………………………………17
3.4.1.2 斜率攀爬法…………………………………18
3.4.1.3 固定TSR法………………………………… 19
3.5 昇壓型截波器之基本原理與操作………………………20
3.6 單向全橋式變流器原理…………………………………25
第四章 硬體製作及程式規劃………………………………………… 26
4.1 前言…………………………………………………… 26
4.2 系統硬體架構圖…………………………………………26
4.3 數位信號處理器簡介……………………………………27
3.4.1 核心部分……………………………………………28
3.4.2 事件管理模組………………………………………28
3.4.3 周邊電路……………………………………………28
3.4.4 記憶體部分…………………………………………28
4.4 硬體電路…………………………………………………29
4.4.1 直流電壓偵測電路…………………………………29
4.4.2 交流電壓偵測電路…………………………………29
4.4.3 電流偵測電路………………………………………30
4.4.4 閘極絕緣雙級性電晶體（IGBT）驅動電路………31
4.5 軟體程式規劃……………………………………………32
4.5.1 系統控制規劃………………………………………32
4.5.2 風力發電系統最大功率追蹤流程…………………32
4.5.3 單相獨立型變流器控制流程………………………34
4.6 比例-積分控制器…………………………………………35
第五章 實測結果……………………………………………………… 38
5.1前言…………………………………………………………38
5.2最大功率追蹤部分…………………………………………38
5.3最大功率追蹤儲能…………………………………………43
5.4變流器模擬及實測結果……………………………………49
5.5單相全橋式獨立型風力發電系統實測結果………………52
第六章 結論與未來發展方向………………………………………… 56
參考文獻…………………………………………………………………57
簡歷………………………………………………………………………59

參考文獻
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