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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:呂學德
研究生(外文):Shiue-Der Lu
論文名稱:以同時擾動隨機近似法進行風場永磁同步發電機之最大功率追蹤控制
論文名稱(外文):MPPT control for permanent magnet synchronous generator in wind farm using simultaneous perturbation stochastic approximation algorithm
指導教授:洪穎怡洪穎怡引用關係
指導教授(外文):Ying-Yi Hong
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
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:2006
畢業學年度:94
語文別:中文
論文頁數:72
中文關鍵詞:頂端速度比同時擾動隨機近似法昇降壓直流轉換器風力發電系統三相全橋式整流器效能指數永磁同步發電機最大功率追蹤功率和責任週期比較斜率法
外文關鍵詞:wind-turbine generator system (WTGS)buck-boost converterpower slope methodmaximum-power-point-tracking (MPPT)Three-phase full bridge rectifierpermanent-magnet synchronous generator (PMSG)Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation (SPStip speed ratio (TSR)duty cycle slope methodcoefficient power (Cp)
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本文針對風力發電系統提出最大功率追蹤法則,整體系統架構包含了風力機、永磁同步發電機、三相全橋式整流器、昇降壓直流轉換器和固定負載,並由功率和責任週期比較斜率法,以及同時擾動隨機近似法,進行最大功率追蹤。
於風力發電系統之最大功率應用上,雖然同時擾動隨機近似法和傳統比例積分微分控制,其所調整之輸出控制參數皆為責任週期,但同時擾動隨機近似法,不僅不需設定 、 和 三個參數值,也不需使用到風速計、轉速計和風力機之特性曲線資料,即可使永磁同步發電機運轉於可變速度下之最佳轉速點,因而使風力發電系統發揮最大效能,更降低了系統成本。
根據模擬結果,不論風速如何變化,只要在風力機額定運轉風速區間,藉由本文之最大功率演算法和同時擾動隨機近似法,調整責任週期以間接控制風力發電機轉速,使頂端速度比和效能指數維持在最佳值附近。
This thesis focuses on maximum-power-point-tracking (MPPT) algorithm applying for wind-turbine generator system (WTGS). The system includes the wind-turbine, permanent-magnet synchronous generator (PMSG), three-phase full bridge rectifier, buck-boost converter and fixed load. By using duty cycle slope method, power slope method and Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation (SPSA), the maximum power tracking can be achieved.
To apply the maximum-power-tracking-algorithm in the wind-turbine generator system, the control parameter is the duty cycle of the converter. SPSA controller does not only need to set up the three parameter values , and , but also does not need anemometer, rotation encoder and characteristics of wind-generator. The proposed method enables the permanent-magnet synchronous generator to operate at variable speeds to achieve good performance. The wind-turbine generator system hence has high efficiency and reduces the system cost.
As shown in the Simulation results, no matter how the wind speed changes, the tip speed ratio (TSR) and coefficient power ( ) can be near the neighborhood of the optional values, by varying the rating speed of the wind-turbine via adjusting the duty cycles of converter once the wind-turbine generator is operated in its rated range.
目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-3 研究方法及步驟 4
1-4 本論文貢獻 5
1-5 本論文組織架構 6
第二章 風力發電簡介與系統架構 7
2-1 風之成因與分佈 7
2-2 風速之數學模型 9
2-2-1 風速的斜坡值 9
2-2-2 風速的強風值 10
2-2-3 風速的擾動值 10
2-3 風力發電原理 11
2-4 風力機架構 14
2-5 風力發電系統架構與控制原理 18
2-5-1 風力發電系統架構 18
2-5-2 永磁式同步發電機之等效電路數學模組 19
2-5-3 三相全橋式整流器 23
2-5-4 升降壓式直流轉換器 28
第三章 傳統最大功率追蹤控制法 32
3-1 前言 32
3-1-1 以頂端速度比為基礎之控制系統 32
3-1-2 以功率信號迴授為基礎之控制系統 33
3-2 轉速比較斜率法 33
3-3 同時擾動隨機近似演算法介紹 36
3-3-1 同時擾動隨機近似演算法數學模型 37
第四章 功率和責任週期比較斜率法與SPSA控制 41
4-1 前言 40
4-2 功率比較斜率法 40
4-3 責任週期比較斜率法 42
4-4 最佳功率點判斷法 46
4-5 同時擾動隨機近似之責任週期參數調整 47
4-5-1 裝置感測器之風力架構 47
4-5-2 無裝置感測器之風力架構 47
第五章 風力發電機動態模擬結果 51
5-1 前言 51
5-2 風力發電機之特性曲線 51
5-3 最大功率追蹤模擬結果 53
5-4 本章結論 65
第六章 結論與未來展望 66
參考文獻 67



圖目錄
圖2-1 韋伯分佈函數圖 7
圖2.2 風力渦輪機性能係數Cp之特之性曲線 13
圖2-3 風力渦輪機在各風速下之最大功率曲線圖 14
圖2.4 風力機內部架構圖 17
圖2.5 風力驅動永磁式同步機發電系統架構圖 18
圖2.6 圓柱型轉子結構 19
圖2.7 同步發電機等效電路 20
圖2.8 同步發電機各磁通分量與其相對應電勢之相量圖 21
圖2.9 三相全橋式整流器 23
圖2.10 具固定直流電流負載之三相整流器 24
圖2.11 固定直流電流負載之三相整流器電路波形 25
圖2.12 具固定直流電流之理想三相整流器之線電流 27
圖2.13 昇降壓式直流轉換器 28
圖2.14 昇降壓電路狀態(a)電容電壓波形;(b)電感電流波形;(c)開關導通;(d)開關截止 31
圖3.1 頂端速度比控制之方塊 32
圖3.2 功率信號迴授控制方塊 33
圖3.3 轉速比較斜率法 34
圖4-1 最大功率擷取控制流程 41
圖4.2 負載輸出功率和轉子轉速對應圖 42
圖4.3 不同風速下風力發電機之功率曲線 44
圖4.4 風力發電機之轉矩和速度特性圖 44
圖4.5 最大功率追蹤程序 45
圖4.6 裝置感測器之風力發電系統架構 49
圖4.7 無裝置感測器之風力發電系統架構 49
圖4.8 責任週期於右半面之情形 50
圖4.9 責任週期於左半面之情形 50
圖5.1 永磁同步發電機性能係數Cp之特性曲線 52
圖5.2 永磁同步發電機特性曲線圖(風速3~12 m/s) 52
圖5.3 可變風速下未控制之風力發電系統 54
圖5.4 低風速下傳統功率和責任週期比較斜率法 55
圖5.5 低風速下未裝置感測器之同時擾動隨機近似演算法 56
圖5.6 低風速下裝置感測器之最大功率追蹤 56
圖5.7 低至高風速下未控制之風力發電系統 58
圖5.8 低至高風速下傳統功率和責任週期比較斜率法 59
圖5.9 低至高風速下未裝置感測器之同時擾動隨機近似演算法 60
圖5.10 低至高風速下裝置感測器之最大功率追蹤 60
圖5.11 高風速下未控制之風力發電系統 62
圖5.12 高風速下傳統功率和責任週期比較斜率法 63
圖5.13 高風速下未裝置感測器之同時擾動隨機近似演算法 64
圖5.14 高風速下裝置感測器之最大功率追蹤 64






表目錄
表2.1 摩擦係數與地形型式關係 11
表2.2 永磁同步風力發電機規格 19
表5.1 低風速範圍之參數值 53
表5.2 低至高風速範圍之參數值 57
表5.3 高風速範圍之參數值 61
參考文獻

〔1〕法蘭茲.阿爾特,「台灣適合發展再生能源」,自由時報大紀元,民國95年6月2日。
〔2〕台灣電力公司,htpp://www.taipower.com.tw/。
〔3〕林惠敏,「風力發電廠啟用 全台第一家民營」,中國廣播公司,民國95年6月16日。
〔4〕何秉衡,江榮城,林水秀,許炎豐,郭宗益,陳永田,「風力發電之系統衝擊模擬分析」,中華民國第二十四屆電力工程研討會論文集,民國92年,pp. 307-311。
〔5〕E. Koutroulis, K. Kalaitzakis and N.C. Voulgaris, “Development of a microcontroller-based photovoltaic maximum power point tracking control system,” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 16, No. 1, pp. 46-54, Jan. 2001.
〔6〕K.H. Hussein, I. Muta, T. Hoshino and M. Osakada, “Maximum photovoltaic power tracking: an algorithm for rapidly changing atmospheric condition,” IEE Proceedings-Generation Transmission Distribution, Vol. 142, No. 1, pp. 59-64 Jan. 1995.
〔7〕J.H.R. Enslin, ”Maximum power point tracking: a cost saving necessity in solar energy systems,” Conference of IEEE IECON, Vol. 2, pp.1073-1077, 1990.
〔8〕M. Matsui, T. Kitano, D.H. Xu and Z.Q. Yang, ”A new maximum photovoltaic power tracking control scheme based on power equilibrium at DC link,” Proceedings of Industry Applications Conference, Vol. 2, pp.804-809, 1999.
〔9〕顏誌賢,單相三線式數位化光伏能量轉換系統,國立成功大學,電機工程研究所,碩士論文,民國90年5月。
〔10〕李政勳,小型太陽光電能能量轉換系統之研製,中山大學,電機工程研究所,碩士論文,民國91年6月。
〔11〕于俊傑,風力發電最大功率追蹤技術之研究,中原大學,電機工程研究所, 碩士論文,民國93年7月。
〔12〕J. Gow and C. D. Manning, “Controller Arrangement for Boost Converter Systems Sourced from Solar Photovoltaic Arrays or Other Maximum Power Sources,” IEE Proceedings-Electric Power Applications, Vol. 147, No. 1, Jan. 2000, pp.15-20.
〔13〕I. H. Altas and A. M. Sharaf, “A Novel On-Line MPP Search Algorithm for PV Arrays,” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 11, No.4, pp. 748-754, December 1996.
〔14〕C. Hua, J. Lin, and C. Shen, “Implementation of a DSP-Controlled Photovoltaic System with Peak Power Tracking,” IEEE Transaction on Industrial Electronics, Vol. 45, No. 1, pp. 99-107, February 1998.
〔15〕M. Veerachary, T. Senjyu, and K. Uezato, “Voltage-Based Maximum Power Point Tracking Control of PV System,” IEEE Transaction on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 38, No. 1, pp. 262-270, January 2002.
〔16〕Kelvin Tan, and Syed Islam, “Optimum Control Strategies in Energy Conversion of PMSG Wind Turbine System Without Mechanical Sensors, ” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.19, No. 2, pp.392-399, 2004.
〔17〕Quincy Wang, and Liuchen Chang, “An Intelligent Maximum Power Extraction Algorithm for Inverter-Based Variable Speed Wind Turbine Systems, ” IEEE Transactions on Power Electronics, Vol.19, No. 5, pp.1242-1249, 2004.
〔18〕M. G. Simoes, B. K. Bose, and R. J. Spiegal, “Fuzzy logic-based intelligent control of a variable speed cage machine wind generation system,”IEEE Trans. Power Electron., vol. PE-12, pp. 87–94, Jan. 1997.
〔19〕T. Tanaka and T. Toumiya, “Output control by Hill-Climbing method for a small wind power generating system,” Renewable Energy, vol. 12, no. 4, pp. 387–400, 1997.
〔20〕F. A. Farret, L.L. Pfitscher, and D. P. Bernardon, “An Heuristic Algorithm for Sensorless Power Maximization Applied to Small Asynchronous Wind Turbogenerators,” Proceedings of ISIE’2000 , 2000, pp. 179-184.
〔21〕Rajib Datta and V. T. Ranganathan, “A Method of Tracking the Peak Power Points for a Variable Speed Wind Energy Conversion System,” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 18, no. 1, pp. 163-168,2003
〔22〕A.A. Shaltout and A.F. El-Ramahi, “Maximum Power Tracking for a Wind Driven Induction Generator Connected to a Utility Network,” Applied Energy, Vol. 52, 1995, pp. 243-253.
〔23〕A. M. De Broe, S. Drouilhet, and V. Gevorgian, “A Peak Power Tracker for Small Wind Turbines in Battery Charging Applications,” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 14, No. 4, Dec. 1999, pp. 1630-1635.
〔24〕J. C. Spall, “A Stochastic Approximation Technique for Generating Maximum Likelihood Parameter Estimates,” Proceedings of the American Control Conference, Minneapolis, MN, pp. 1161-1167, 1987.
〔25〕Wei Guo, “Linear Quadratic Optimal Dual-stage Servo Control Systems for Hard Disk Drives,” Proc. of the American Control Conference, pp. 121-126, 1998.
〔26〕Teck B. Goh, “Design and Implementation of a Hard Disk Drive Servo System Using Robust and Perfect Tracking Approach,” Proceedings of the 38th Conference on Decision & Control Phoenix, Arizona USA. Dec. 1999.
〔27〕S. D. Hill and M. C. Fu, “Optimization of Discrete Event Systems via Simultaneous Perturbation Stochastic Approximation,” IIE Transactions., Vol. 29, pp. 233-243, 1997.
〔28〕D. W. Hutchison and S. D. Hill, “Simulation Optimization of Airline Delay with Constraints,” Proceedings of the 2001 Winter Simulation Conference, pp. 1017-1022, 2001.
〔29〕M. C. Fu, “A Tutorial Review of Techniques for Simulation Optimization,” Proceedings of the Winter Simulation Conference, 149-156, 1994.
〔30〕台灣太陽能及新能源學會,http://www.solar.org.tw/。
〔31〕Sathyajith Mathew, k. P. Pandey , Anil Kumar. V, “Analysis of Wind Regimes For Energy Estimation,” Renewable Energy25, pp. 381-399, 2002.
〔32〕Anderson, P. M., Bose, A. “Stability Simulation of Wind Turbine Systems, ” IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, 102(12), pp.1230-1236, 1983.
〔33〕Panofsky, H. A., Dutton, J. A. “Atmospheric Turbulence: Models and Methods for Engineering Applications,” John Wiley & Sons Inc., New York, 1984.
〔34〕Simiu, E., Scanlan, R. H. “Wind Effects on Structures : An Introduction to Wind Engineering,” 2nd edn , John Wiley & Sons Inc., New York, 1986
〔35〕A.M. De Broe, S. Drouilhet, and V. Gevorgian, “A Peak Power Tracker for Small Wind Turbines in Battery Charging Applications,” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 14, No. 4, Dec. 1999, pp. 1630-1635.
〔36〕M. Matsui, T. Kitano, Xu. De-hong, and Zhong-qing Yang, “A New Maximum Photovoltaic Power Tracking Control Scheme Based on Power Equilibrium at DC Link,” IEEE Industry Applications Conference, Vol. 2, 3-7, Oct. 1999.
〔37〕T. Burton , D. Sharpe, N. Jenkins ,E. Bossanyi, “Wind Energy,” John Wiley&Sons , Ltd. 2001.
〔38〕林顯宗,小容量風力發電機的研製,逢甲大學,電機工程學系研究所,碩士論文,民國91 年6 月。
〔39〕張英彬,曾相彬,曹登發,電機機械,文京圖書有限公司,民國89年。
〔40〕Andrew. M. Knight and Glenn E. Peters, “Simple Wind Energy Controller for an Expanded Operating Range, ” IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.20, No. 2, pp.459-466, 2005.
〔41〕江炫樟,電力電子學,全華科技圖書股份有限公司出版,民國88年。
〔42〕王順忠,電力電子學,東華書局出版,民國87年。
〔43〕G. L. Johnson, Wind Energy Systems. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 2003.
〔44〕M. Ermis, H. B. Ertan, E. Akpinar, and F. Ulgut, “Autonomous wind energy conversion systems with a simple controller for maximum-power transfer,” Proc. Inst. Elect. Eng. B, vol. 139, pp. 421–428, Sept. 1992.
〔45〕R. Chedid, F. Mrad, and M. Basma, “Intelligent control for wind energy conversion systems,” Wind Eng., vol. 22, no. 1, pp. 1–16, 1998.
〔46〕R. Hilloowala and A. M. Sharaf, “A rule-based fuzzy logic controller for a PWM inverter in a stand alone wind energy conversion scheme,” IEEE Trans. Ind. Applicat., vol. IA-32, pp. 57–65, Jan. 1996.
〔47〕R. Esmaili , L. Xu, and D. K. Nichols, “A New Control Method of Permanent Magnet Generator for Maximum Power Tracking in Wind Turbine Application,” IEEE Trans., pp. 1-6, 2005.
〔48〕Y.Maeda, A.Nakazawa and Y.Kanata, “Hardware Implementation of a Pulse Density Neural Network Using Simultaneous Perturbation Learning Rule,” Analog Integrated Circuits and Signal Processing, Vol. 18, No. 1, pp.1-10, 1999.
〔49〕Chang,W.S., I.H.Suh and T.W.Kim, “Analysis and design of two types of digital repetitive control systems,” Automatica, Vol. 31, No. 5, pp. 741-746, 1995.
〔50〕Eftichios Koutroulis and Kostas Kalaitzakis, “Design of a Maximum Power Tracking System for Wind-Energy-Conversion Applications, ” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol.53, No. 2, pp.486-494, 2006.
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1. [12]袁文宗(民83),「網路的發展與校園網路的規劃、管理」,電腦科技,36,20-22。
2. 仇小屏(2001)。非傳統作文命題探析。人文及社會學科教學通訊,12(4)。
3. [50]陳麗珠、吳政穎(1999),「層級分析法(AHP)應用於國民教育補助政策公平效果評估之研究」,教育政策論壇,第二卷第二期,1~35 頁。
4. [40]林麗萍(1996),「淺談校園網路規劃」,中學工藝教育月刊,29(7),15-20。
5. [26]賴溪松(1998)「資訊安全國家標準之應用與發展」,資訊安全通訊,第四卷第四期。
6. [18]陳仲彥(1996),「圖書館與終身學習社會」,高中圖書館季刊,(17),pp 38-43。
7. 杜榮琛(2003)。如何指導兒童寫詩。國教世紀,205,83-92。
8. 林雅慧(1999)。童詩的認識與寫作教學。教師之友,40(5),51-56。
9. 邱燮友(2002)。兒童詩的特色。中國語文,536,78-82。
10. 徐守濤(1986)。童詩教學的探討。國教天地,67,15-20。
11. 徐守濤(1991)。兒童詩歌的教育觀。東師語文學刊,4,121-144。
12. 夏婉雲(1992)。兒童詩寫作方法舉隅。研習資訊,9(4),67-72。
13. 張春榮(2003)。仿寫與創作。幼獅文藝,594, 60-61。
14. 張春榮(2006)。修辭教學設計。國文天地,21(12),4-10。
15. 張春榮(2006)。視覺智能-同一形象,不同想像。國文天地,22(2),107-112。