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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:朱介正
研究生(外文):Jie-Jeng Ju
論文名稱:適用於不同容量變流器之並聯控制之研究
論文名稱(外文):Control method for the parallel connected DC-to-AC inverters with different capacity
指導教授:吳坤德
指導教授(外文):Kuen-Der Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:變流器並聯環流
外文關鍵詞:inverterparallel-connectedcirculating current
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本論文將提出一種不同容量的變流器並聯運轉之控制方法,此方法為利用變流器之控制於變流器的輸出端加入一虛擬阻抗,藉由此虛擬阻抗來調整並聯變流器間之輸出電流,使各個變流器輸出電流達到依自身容量能力分配負載電流的均容效果,進而抑制變流器並聯運轉時產生之環流問題;本方法具有各變流器間可不須外加負載電流分配中心來分配各變流器間之電流,除可增加變流器在並聯運轉時之可靠度外,且具有控制電路簡單之優點。本論文除了進行電腦模擬外,最後並建立兩組利用DSP控制之變流器硬體雛型並進行並聯運轉之實測以驗證本論文所提出之方法的可行性,由模擬及實測結果發現本論文所提出變流器並聯運轉之控制方法能準確依分流控制命令,使輸出電流達到預期效果。
In this thesis, a control method for the parallel connected DC-to-AC inverters with different capacity is proposed. This control method can distribute the load current in accordance with one's own capacity and suppress the circulating current among the parallel-connected DC/AC inverters automatically by inserting a virtual resistor in the output of DC/AC inverter. In order to verify the performance of the proposed control method, computer simulation is made. The simulation results show that the proposed system has the desired performance.
Finally, two DSP controlled DC/AC inverters are developed and tested. The experimental results show that the performance of the proposed control method for the parallel connected DC-to-AC inverters with different capacity is as the expected.
目 錄
中文摘要…………………………………………………………………………….….i
英文摘要……………………………………………………………………………….ii
誌謝……………………………………………………………………………………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論文大綱…………………………………………………………………………4
第二章 單相變流器之基本架構………………………………………………………5
2.1半橋式變流器……………………………………………………………………6
2.2全橋式變流器…………………………….………………………...……………6
2.2.1雙極性PWM切換………………………………………….………….…7
2.2.2單極性PWM切換……………………………………..…………………8
第三章 變流器模組之分析與設計……………………………….….……..………...11
3.1變流器模組系統方塊圖與架構圖…………………..………………..………...11
3.2功率級…………………………………….……………………………….…….13
3.3控制電路………………………………………………………..……………….14
3.3.1差動放大電路………………………..………………….………………15
3.3.2數位信號處理器(TMS320LF2407)…………………………………16
3.3.3電壓提昇電路………………………………………...…………………18
3.3.4信號隔離與驅動電路………………………………….…..……………18
3.3.5電源電路…………………………………………………………………19
第四章 變流器並聯系統設計……………………………………..………………….20
4.1並聯系統概論………………………………………………………………..…..20
4.2主動分流控制法……………………………………………..…………………..21
4.2.1控制器架構…………………………………………………...…………..21
4.2.2電流規劃方式…………………………………………...………………..24
4.3下降法……………………………………………………………………..……..27
4.3.1Q-V下降法……………………………………………………………….28
4.3.2P-ω下降法………………………………………………………………..29
4.4變流器並聯運轉控制………………………………………..…………………..32
第五章 模擬結果………………………………………………..…………………….42
5.1單模組變流器模擬…………………………………………..………………….42
5.2兩組變流器並聯運轉模擬結果………………………………..……………….45
5.3討論…………………………………………….………………..………………55
第六章 實測結果………………………………………………..…………………….59
6.1單模組變流器實測…………………………………………..………………….59
6.2雙變流器並聯運轉實測結果…………………………………..……………….63
6.3暫態與非理想狀態…………………………………………..…………………..73
第七章 結論……………………………………………………………………..…….77
參考文獻………………………………………..…..………………………………….79

表目錄
表4.1 內迴路調整架構之優缺點……………………………………………………22
表4.2 外迴路調整架構之優缺點……………………………………………………23
表4.3 外部控制器之優缺點…………………………………………………………24
表4.4 主動分流控制法之優缺點……………………………………………………26
表4.5 下降法之優缺點………………………………………………………………31
表4.6 系統參數對於變流器操作情況之影響………………………………………33
表5.1 單模組變流器系統模擬參數表………………………………………………42
表5.2 各負載類型於不同容量時之分流效果模擬結果……………………………55
表6.1 電阻性負載於不同容量時之分流效果………………………………………68
表6.2 電感性負載於不同容量時之分流效果………………………………………70
表6.3 整流性負載於不同容量時之分流效果………………………………………72
表6.4 各負載類型於不同容量時之分流效果實測結果……………………………73
表7.1 變流器並聯方法優缺點比較……………………………………………..…..78

圖目錄
圖2.1 變流器之電力電路方塊圖………………………………………….5
圖2.2 半橋式變流器……………………………………………………..…………..6
圖2.3 全橋式變流器……………………………………………………..…..………7
圖2.4 雙極性脈寬調變技術…………………………………………………………8
圖2.5 單極性脈寬調變技術…………………………………………………9
圖3.1 單模組變流器之系統方塊圖…………………………………………….…..12
圖3.2 單模組變流器之系統架構圖…………………………………………..……..12
圖3.3 單模組變流器之硬體電路方塊圖……………………………………..……..15
圖3.4 差動放大電路…………………………………………………………..……..16
圖3.5 變流器控制方塊圖………………………………………………………..…..17
圖3.6 電壓提昇電路…………………………………………………………..……..18
圖3.7 隔離電路………………………………………………………………..……..19
圖3.8 電源電路………………………………………………………………………19
圖4.1 變流器並聯運轉等效電路圖…………………………………………..……..21
圖4.2 內迴路調整架構………………………………………………………..……..22
圖4.3 外迴路調整架構………………………………………………………..……..23
圖4.4 外部控制器架構………………………………………………………..……..24
圖4.5 權重電流分配控制方塊….………………………………………..……..25
圖4.6 主樸式電流規劃法………..………………………………………..……..25
圖4.7 傳統式下降法…………………………………………………………..……..27
圖4.8 下降法……………………………………………..………………..….29
圖4.9 下降法…………………………………………..………………..…….30
圖4.10 線上改變電壓迴路增益控制方塊……………………..…………..……….31
圖4.11 變流器並聯運轉控制方塊圖…..……………………………………..…….33
圖4.12 變流器並聯運轉架構圖……………………………………………..……….36
圖4.13零交越偵測與同步處理程式流程圖…..…………………………..……….37
圖4.14 主程式流程圖………………………………………………………..……….38
圖4.15 中斷副程式流程圖………………………………………………..………….39
圖4.16 均方根值程式流程圖………………………………………………………...40
圖4.17 電壓與電流控制迴路信號程式流程圖………………………………………41
圖5.1 單模組電阻性負載之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)負載電流,(c)變流
器輸出電壓之頻譜……………….…………………………………………..43
圖5.2 單模組電感性負載之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)負載電流,(c)變流
器輸出電壓之頻譜…………………………….……………………………..44
圖5.3 單模組整流性負載之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)負載電流,(c)變流
器輸出電壓之頻譜…………………………….……………………………..45
圖5.4 兩組變流器電阻性負載1比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)總
負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流器
輸出電壓頻譜.........................................................................................................46
圖5.5 兩組變流器電阻性負載2比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)總
負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流器
輸出電壓頻譜.........................................................................................................47
圖5.6 兩組變流器電阻性負載3比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)總
負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流器
輸出電壓頻譜.........................................................................................................48
圖5.7 兩組變流器於電感性負載1比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流
器輸出電壓頻譜.....................................................................................................49
圖5.8 兩組變流器於電感性負載2比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流
器輸出電壓頻譜.....................................................................................................50
圖5.9 兩組變流器於電感性負載3比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流
器輸出電壓頻譜.....................................................................................................51
圖5.10 兩組變流器於整流性負載1比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流
器輸出電壓頻譜.....................................................................................................52
圖5.11 兩組變流器於整流性負載2比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流
器輸出電壓頻譜.....................................................................................................53
圖5.12 兩組變流器於整流性負載3比1分流之模擬結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流,(e) 變流
器輸出電壓頻譜.....................................................................................................54
圖5.13兩組同容量變流器濾波電感不同時於電阻性負載分流誤差曲線模擬結果
.................................................................................................................................56
圖5.14兩組不同容量變流器濾波電感不同時於電阻性負載分流誤差曲線模擬結果
...................................................................................................................................56
圖5.15兩組不同容量變流器濾波電感不同時於電阻性負載分流誤差曲線模擬結果
...................................................................................................................................57
圖5.16兩組同容量變流器濾波電感不同時於非線性負載分流誤差曲線模擬結果
...................................................................................................................................57
圖5.17兩組不同容量變流器濾波電感不同時於非線性負載分流誤差曲線模擬結果
...................................................................................................................................58
圖5.18兩組不同容量變流器濾波電感不同時於非線性負載分流誤差曲線模擬結果
...................................................................................................................................58
圖6.1 單模組於空載下之變流器輸出電壓實測結果...................................................59
圖6.2 單模組電阻性負載半載下之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)負載電流..60
圖6.3 單模組電阻性負載滿載下之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)負載電流...60 圖6.4 單模組變流器在線性負載(滿載)下之頻譜實測結果................................61
圖6.5 單模組於電感性負載下之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)負載電流...61
圖6.6 單模組變流器在電感性負載下之頻譜實測結果............................................62
圖6.7 單模組於整流性負載下之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)負載電流…62
圖6.8 單模組變流器在整流性負載下之頻譜實測結果............................................63
圖6.9 兩組變流器電阻性負載(半載)1比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,
(b)總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流…....64
圖6.10 兩組變流器電阻性負載(滿載)1比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,
(b)總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流…....64
圖6.11 兩組變流器電阻性負載(半載)2比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,
(b)總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流…....65
圖6.12兩組變流器電阻性負載(滿載)2比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,
(b)總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流…....66
圖6.13兩組變流器電阻性負載(半載)3比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,
(b)總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流…….67
圖6.14兩組變流器電阻性負載(滿載)3比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,
(b)總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流…….67
圖6.15兩組變流器於電感性負載1比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流……….69
圖6.16兩組變流器於電感性負載2比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流……….70
圖6.17兩組變流器於電感性負載3比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流……….70
圖6.18兩組變流器於整流性負載1比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流……….71
圖6.19兩組變流器於整流性負載2比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流……….72
圖6.20兩組變流器於整流性負載3比1分流之實測結果,(a)變流器輸出電壓,(b)
總負載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流……….72
圖6.21兩組變流器並聯於負載50%至100%變動暫態,(a)變流器輸出電壓,(b)總負
載電流,(c) 變流器#1輸出電流,(d) 變流器#2輸出電流…………….73
圖6.22兩組同容量變流器濾波電感不同時於電阻性負載分流誤差曲線實測結果
...................................................................................................................................74
圖6.23兩組不同容量變流器濾波電感不同時於電阻性負載分流誤差曲線實測結果
...................................................................................................................................75
圖6.24兩組不同容量變流器濾波電感不同時於電阻性負載分流誤差曲線實測結果
...................................................................................................................................75
圖6.25兩組同容量變流器濾波電感不同時於非線性負載分流誤差曲線實測結果
...................................................................................................................................76
圖6.26兩組不同容量變流器濾波電感不同時於非線性負載分流誤差曲線實測結果
...................................................................................................................................76
圖6.27兩組不同容量變流器濾波電感不同時於非線性負載分流誤差曲線實測結果
...................................................................................................................................76
參考文獻
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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