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研究生:洪愷威
研究生(外文):Kai-wei Horng
論文名稱:實測法及EMTP模型於太陽光伏電池「部分遮蔽故障」之研究
論文名稱(外文):Measurement and EMTP Modeling of Photovoltaic Cells Applied to the Analysis of Partial Shading Faults
指導教授:王耀諄王耀諄引用關係
指導教授(外文):Yaw-juen Wang
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:73
中文關鍵詞:太陽光伏電池特性曲線太陽光伏系統模型最大功率追蹤技術部分遮蔽故障EMTP電磁暫態程式
外文關鍵詞:Photovoltaic System ModelsElectromagnetic Transients ProgramCharacteristic CurvesPartial Shading FaultsMaximum Power Point Tracker
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本文提出一個量測太陽光伏電池特性曲線的方法,並利用電磁暫態程式(Electromagnetic Transients Program , EMTP)建立1200W的太陽光伏系統模型,其中,包含了太陽光伏模組與陣列、DC-DC升壓式轉換器(Boost Converter)、最大功率追蹤技術、系統蓄電池及DC-AC單相全橋式變流器(Single-Phase Full-Bridge Inverter)等模型,並利用EMTP的Models對系統作動態模擬,最後,將本文中量測之方法應用於「部分遮蔽故障」之實驗。
A method for measuring the I-V characteristic curve of a photovoltaic (PV) cell is proposed in this thesis. Also presented are simulations of a PV generation system including PV modules, DC-DC converter, storage batteries and DC-AC inverter, using the EMTP. This is followed by a study on the partial shading faults of PV modules applying the aforementioned EMTP model of PV cells.
目 錄
頁次
中文摘要---------------------------------------------------------------------------------------- i
英文摘要---------------------------------------------------------------------------------------- ii
致謝---------------------------------------------------------------------------------------------- iii
目錄---------------------------------------------------------------------------------------------- iv
表目錄------------------------------------------------------------------------------------------- vi
圖目錄------------------------------------------------------------------------------------------- vii
符號說明---------------------------------------------------------------------------------------- xi

第一章 緒論---------------------------------------------------------------------------- 1
1.1 研究動機與目的------------------------------------------------------------- 1
1.2 研究方法---------------------------------------------------------------------- 3
1.3 國內外相關研究情形------------------------------------------------------- 4
1.4 論文大綱---------------------------------------------------------------------- 7

第二章 太陽光伏電池量測方法---------------------------------------------------- 8
2.1 前言---------------------------------------------------------------------------- 8
2.2 太陽光伏電池發電原理---------------------------------------------------- 8
2.3 太陽光伏電池種類---------------------------------------------------------- 11
2.4 太陽光伏電池等效電路---------------------------------------------------- 12
2.5 太陽光伏電池特性曲線---------------------------------------------------- 13
2.6 太陽光伏電池量測方法---------------------------------------------------- 15

第三章 太陽光伏供電系統EMTP建模與動態模擬---------------------------- 19
3.1 太陽光伏電池EMTP模型建立------------------------------------------- 19
3.2 太陽光伏電池EMTP模型電氣特性測試------------------------------- 26
3.2.1 日射量變化對太陽光伏電池之影響------------------------------------- 26
3.2.2 溫度變化對太陽光伏電池之影響---------------------------------------- 28
3.2.3 負載變化對太陽光伏電池之影響---------------------------------------- 30
3.3 1200瓦太陽光伏供電系統EMTP實力應用--------------------------- 32
3.3.1 太陽光伏陣列串併聯數的設計------------------------------------------- 33
3.3.2 DC-DC升壓式轉換器EMTP模型---------------------------------------34
3.3.3 蓄電池模型------------------------------------------------------------------- 39
3.3.4 最大功率追蹤技術---------------------------------------------------------- 40
3.4 太陽光伏供電系統動態模擬---------------------------------------------- 42
3.5 DC-AC變流器模型--------------------------------------------------------- 47
3.5.1 單相全橋式變流器---------------------------------------------------------- 47
3.5.2 濾波電路設計---------------------------------------------------------------- 52
3.5.2.1 諧波頻率之決定------------------------------------------------------------- 52
3.5.2.2 電感器之設計---------------------------------------------------------------- 52
3.5.2.3 電容器之設計---------------------------------------------------------------- 53

第四章 太陽光伏電池「部分遮蔽故障」探討---------------------------------- 55
4.1 何謂太陽光伏發電系統「部份遮蔽故障」---------------------------- 55
4.2 太陽光伏電池「部份遮蔽故障」量測實驗與模擬------------------- 58

第五章 結論與未來研究方向------------------------------------------------------- 66

參考文獻--------------------------------------------------------------------------------- 67

作者簡歷--------------------------------------------------------------------------------- 70
參 考 文 獻


1.Abete, A., E. Barbisio, F. Cane and P. Demartini, 1990, “Analysis of photovoltaic modules with protection diodes in presence of mismatching,” 21st IEEE PVSC, vol. 2, pp. 1005-1010.
2.Abete, A., F. Cane, C. Rizzitano, M. Tarantino, and R. Tomasini, 1991, “Performance testing procedures for photovoltaic modules in mismatching conditions,” 21st IEEE PVSC, vol.1, pp. 807 –811.
3.Adel S. Sedra, Kenneth C. Smith, 1991, Microelectronic Circuits, 3rd ed., Saunders College, New York.
4.Barbisio, E. 1996, “Improved three-quadrants voltage-to-current curve tracer by an LC load,” 25th IEEE PVSC, pp. 1283-1286.
5.Bishop, J. W., 1988, “Computer simulation of the effects of electrical mismatches in photovoltaic cell interconnection circuits,” Solar Cells, Vol. 25, pp. 73-89.
6.De Blas, M.A., J. L. Torres, E. Prieto, A. Garcia, 2002, “Selecting a suitable model for characterizing photovoltaic devices,” Renewable Energy, pp. 371-380.
7.Dubé, L. and I. Bonfanti, 1992, “MODELS: A New Simulation Tool in the EMTP,” European Transactions on Electric Power (ETEP), Vol. 2, No. 1, pp. 45-50.
8.Gow, J. A. and C. D. Manning, 1999, “Development of a Photovoltaic Array Model for Use in Power-electronics Simulation Studies,” IEE Proc.-Electric Power Application, Vol. 146, No. 2, pp. 193-200.
9.Huang, Ching-lien, et. al., 1997, “A Load Management System using Photovoltaic and Battery Energy Storage,” Proceeding of the National Science Council (Part A), Vol. 21, No. 1, pp. 85-95.
10.Huang, S. J. and F. S. Pai, 2001, “Design and operation of grid-connected photovoltaic system with power-factor control and active islanding detection,” IEE Proc.-Gener. Transm. Distrib., Vol. 148, No. 2, pp. 243-250.
11.Hussein, K. H., I. Muta, and Osakada, 1995, “Maximum Photovoltaic Power Tracking : An Algorithm For Rapidly Changing Atmospheric Conditions,” IEE Proc.-G, Vol. 142, No. 1.
12.King, D. L., J. K. Dudley, and W. E. Boyson, 1996, “PVSIM: a simulation program for phtovoltaic cells, modules and arrays,” 25th IEEE PVSC, 13-17, pp. 1295-1297.
13.Leuven, K. U. EMTP Center, 1987, Alternative Transients Program Rule Book , Leuven EMTP Center, Belgium.
14.Lashway, C., 1988, “Photovoltaic system testing techniques and results”, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 3, No. 3, pp. 503-506.
15.Lasnier, F. and T. G. Ang, 1990, Photovoltaic Engineering Handbook, New York, A. Hilger.
16.Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, 1989, Power Electronics. WILEY, New York.
17.Takakura, H., et. al., 1994, “Simulation calculation of solar array output connecting two sub-arrays with different azimuth angles,” 24th IEEE PVSC, vol. 1, pp. 840-843.
18.Takigawa, K., H. Kobayashi, E. Hashimoto, 1991, “Performance test and evaluation facility for photovoltaic inverters,” 22nd IEEE PVSC, Vol. 1, pp. 680-684.
19.Tomas Markvart, 2000, Solar Electricity, 2nd ed., New York, John Wiley & Sons.
20.Veissid, N., Nubile, P. and A. F. Beloto, 1994, “The Solar Cell Experiment of the First Brazilian Satellite: 500 Days of Data Analysis,” IEEE Photovoltaic Specialists Conference, pp. 2232 -2235 .
21.Zekry, A., A.Y. Al-Mazroo, 1996, “A distributed SPICE-model of a solar cell” ,IEEE Transactions on electron devices, Vol. 43, No. 5, pp. 691–700.
22.王耀諄、洪愷威,民國91年,“單晶矽太陽能電池實測與EMTP建模之研究”,第二十三屆電力工程研討會,中原大學主辦,中華民國,12月,頁275-279。
23.王耀諄、邱國偉,民國90年,“利用EMTP模擬光伏電力系統與最大功率追蹤控制器之暫態特性及短路故障”,九十年節約能源論文發表會論文專輯,台灣電力公司主辦,中華民國,5月24日,頁364-378。
24.王耀諄、吳明璋、黃文良,1998,“獨立太陽能發電系統之可靠度分析”,八十七年節約能源論文發表會論文專輯,台灣電力公司主辦,中華民國,頁390-399.
25.王耀諄、邱國偉,2001,“太陽能電池EMTP模型之建立”,電力電子技術雙月刊,頁32-43。
26.王志剛,1998,“能源政策白皮書”,經濟部能源委員會。
27.何信龍、關侃勝、蔡慶龍、吳黎明,1996,“太陽能最大功率追蹤技術於電力轉換器中的應用”,電力電子技術雙月刊,頁8-16。
28.沈志明,1997,“最大功率追蹤太陽能電力轉換器之研製”,國立雲林技術學院電機所碩士論文。
29.林忠榮、鄒宏基、華志強,1999,“電流轉換器應用於太陽能電池之最大功率追蹤”,電力電子技術雙月刊,頁38-53。
30.邱國偉,2002,“太陽能電力系統故障分析之研究”,國立雲林技術學院電機所碩士論文。
31.吳財福、何佩怡,1999,“太陽能與市電並聯供電系統之保護電路製作”,電力電子技術雙月刊,第52期,頁65-80。
32.陳建富、郭永超、梁從主,民國89年,“新型單極式光伏能量轉換系統”,中華民國第廿一屆電力工程研討會,台灣電力公司主辦,中華民國,11月18、19日,頁1092-1097。
33.陳建富等,1999,“單相三線式光伏能量轉換系統之研究”,電力電子技術,第50期,頁93-101。
34.經濟部能源會,民國90年,“太陽光電發電系統設計及施工”,太陽光電發電系統技術研討會資料,工研院工業材料所主辦,中華民國,6月28日。
35.胡忠興,民國90年,“太陽光能發電系統併聯電力網之技術”,九十年節約能源論文發表會論文專輯,台灣電力公司主辦,中華民國,5月24日。
36.華志強,1999,“太陽能發電系統之並聯控制”,太陽能學刊,第四卷,第二期。
37.梁適安,2001,交換式電源供應器之理論與實務設計,全華科技圖書股份有限公司。
38.經濟部能建會,民國91年,太陽光發電系統發展趨勢暨設計施工研討會資料,經濟部能源會協辦,中華民國,3月12-13日。
39.教育部、經濟部能委會,民國91年,太陽光電發電系統技術研討會資料,清雲技術學院、工研院工業材料所、桃園縣企業發展協會主辦,中華民國,6月13-14日。
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