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研究生:戴宏原
研究生(外文):Hung-Yuan Tai
論文名稱:新型風力發電快速充電方法之研究
論文名稱(外文):The Study of Novel Battery Charging Method for Wind Power System
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
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:2009
畢業學年度:97
語文別:中文
論文頁數:108
中文關鍵詞:再生能源電池充電法獨立型風力發電系統永磁式風力發電機
外文關鍵詞:renewable energybattery chargerstand-alone wind power systempermanent magnet synchronous wind power generator
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中文摘要

近年來因溫室氣體排放造成全球暖化,所引起的氣候變遷在全球造成異常自
然災害。有鑑於再生能源對未來世界經濟與環境永續發展的重要性,各先進國家
皆全力推動再生能源的發展計畫。風力發電是再生能源中,技術成熟且已商業化
的一種能源,而獨立型小型風力發電系統之應用亦日益增加。良好的快速充電控
制方法能有助於將風能更有效的儲存於電池中。
本論文將提出適用於獨立型小型風力發電系統之新型快速充電方法,此研究
方法具有最大功率追蹤技術並較傳統充電方法節省充電時間,且依風力發電機之
不同的功率輸出而分為四種不同之充電控制模式。本論文亦發展一套永磁式同步
風力發電系統之硬體雛形,以驗證本論文所提之新型快速充電方法之可行性。
Abstract

The greenhouse emissions have resulted in the serious climate changes, recently. This will also result in the natural disasters in the world. Owing to the importance of the renewable energy for the future economy development and the environment protection, the promotion of the renewable energy is very important and it has become to be the policy of many countries. Wind power is one of the important renewable energies and its cost is lowest in comparison with other renewable energies. Hence, large scale grid-connected wind power generator has been widely used in the world. Stand-alone small wind power also becomes popular in recent year. A well-design battery charger can effectively store the wind power in the battery.
In this dissertation, a novel battery charging method for the stand-alone small wind power system is proposed. The proposed method divides into four operational control modes depended on the different output power of wind power generator and the condition of battery set. The proposed method has the performance of maximum power point tracking, and it can save the battery charging time in comparison with the conventional charging methods. A prototype based on the permanent magnet synchronous wind power generator is developed to verify the performance of the proposed novel battery charging method. The experimental results verify that the performance of the proposed method is as expected.
目錄
中文摘要 i
英文摘要(Abstract) ii
誌謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 ix
符 號 說 明 xii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目標 3
1.3 論文架構 4
第二章 風力發電機特性簡介 6
2.1 風力發電機原理與特性 6
2.2 永磁式同步發電機 8
2.3 風力發電機最大功率追蹤方法 11
2.3.1 最佳點近似估測法 11
2.3.2 擾動觀察法 12
2.3.3 電流型擾動觀察法 14
2.3.4 電流頻率型擾動觀察法 16
2.3.5 比較斜率法 18
2.3.6 直接改變責任週期法 18
第三章 鉛酸電池及充電法則介紹 21
3.1 鉛酸電池的簡介 21
3.2 鉛酸電池介紹 23
3.2.1 鉛酸電池的內部結構 23
3.2.2 鉛酸電池的化學原理 25
3.2.3 電池之等效模型 28
3.2.4 鉛酸電池的壽命診斷及使用介紹 29
3.2.5 電池的容量估算 31
3.2.6 電池的老化 31
3.3 電池的充電法則 32
3.3.1 電池充電法簡介 32
3.3.2 定電流充電法 32
3.3.3 定電壓充電法 33
3.3.4 混合定電流╱定電壓充電法 34
3.3.5 脈衝電流充電法 35
3.3.6 REFLEX充電法 36
第四章 系統設計與工作原理分析 37
4.1 系統架構 37
4.2 工作原理 39
4.2.1 傳統充電方法 39
4.2.2新型快速充電方法 40
4.2.2.1 工作模式一 41
4.2.2.2 工作模式二 42
4.2.2.3 工作模式三 42
4.2.2.4 工作模式四 44
4.3 硬體電路分析 46
4.3.1微控制器 46
4.3.2 PWM驅動電路 47
4.3.3 取樣回授電路 47
4.3.3.1直流電流回授電路 47
4.3.3.2直流電壓回授電路 48
4.3.4 升壓轉換器 48
4.4 韌體控制流程 52
4.4.1主控制程式流程 52
4.4.2 判斷充電模式之副程式流程 53
4.4.3 工作模式一控制流程 56
4.4.4 工作模式二控制流程 58
4.4.5 工作模式三控制流程 59
4.4.6 工作模式四控制流程 60
4.4.7 最大功率追蹤控制流程 62
第五章 充放電實測結果 64
5.1 實測風力發電機之特性 64
5.2 直接耦合三項感應電動機帶動風力發電機 65
5.3 實測結果 69
5.3.1 本論文提出新型風力發電之快速充電方法之實測結果 70
5.3.1.1 實測工作模式一 70
5.3.1.2 實測工作模式二 71
5.3.1.3 實測工作模式三 74
5.3.1.4 實測工作模式四 75
5.3.2 全程充電過程 77
5.3.2.1 傳統具最大功率追蹤風力發電系統之充電方法實測分析 77
5.3.2.2 本論文提出具最大功率追蹤之風力發電系統之新式充電方法
實測分析 79
5.3.2.3 整體充放電實測結果分析 81
5.4 實測電路介紹 84
第六章 結論與未來研究方向 85
6.1 總結 85
6.2 未來研究方向 86
參考文獻 87
參考文獻

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