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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:蕭力瑋
研究生(外文):Li-Wei Hsiao
論文名稱:獨立型單相太陽能光伏換流器之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Stand-Alone Single-Phase PV Inverter
指導教授:謝冠群
指導教授(外文):Guan-Chyun Hsieh
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:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:光伏換流器正弦波波寬調變增量電導最大功率追蹤太陽能
外文關鍵詞:stand-alonePV inverterSPWMPIINC-MPPT
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本論文提出一種獨立型單相太陽能光伏換流器。系統的充電儲能裝置由功率增量-增量電導最大功率追蹤(PIINC-MPPT)搭配反馳轉換器和電池而組成,而電池、直流-直流推挽升壓轉換器及直流-交流全橋換流器組成輸出級。單極性正弦波波寬調變(SPWM)採用作為換流器的驅動信號,所提的電壓回授控制電路可以穩定輸出電壓。系統分析與設計均做詳細探討。最後並研製一1kW獨立型單相太陽能光伏換流器以驗證理論的估測,實驗結果證實本裝置的性能和預測值極為接近。


In this thesis, a stand-alone single-phase PV inverter is proposed. The energy stored system consists of a battery and a flyback converter with a new power-increment based incremental conductance maximum power point tracking (PIINC-MPPT). The output stage is composed of a battery, a push-pull boost converter, and a full-bridge inverter. A unipolar sinusoidal pulse-width modulation (SPWM) is adopted as a driver signal of the full-bridge inverter, and the voltage feedback can stable output voltage for the load. System analysis and design are conducted in detail. Finally, a 1kW stand-alone single phase PV inverter is designed and realized to assess the estimation. The experiment result shows better performance close to the predictions.


目錄
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 2
1.3 論文架構 3
太陽能電池與最大功率追蹤法 4
2.1 太陽能電池 4
2.1.1 太陽能電池種類 4
2.1.2 太陽能電池發電原理與結構[18] 5
2.1.3 太陽能電池特性[19] 6
2.2 太陽能最大功率追蹤法 15
獨立型太陽能發電系統 21
3.1變頻式增量電導太陽能最大功率充電器 21
3.1.1 交錯反馳式直流轉換器[28] 21
3.1.2 變頻式增量電導最大功率追蹤[27-28] 23
3.2 蓄電池特性 30
3.3 直流-直流升壓型轉換器 35
3.4 直流-交流換流器 41
3.4.1 單相電壓源型換流器 41
3.4.2 SPWM控制法與全橋式換流器[35] 42
3.5 換流器輸出LC濾波器[33,35] 49
系統分析 53
4.1 電壓控制電壓源型換流器之小訊號分析 53
4.2 控制器分析 58
設計考量 60
5.1 太陽能充電級 60
5.2 升壓器 61
5.3 換流器 62
5.4 SPWM控制器 63
5.5 驅動電路 64
5.6 元件估測與選用 65
實務設計與量測 68
6.1 設計範例 68
6.2 量測與討論 69
結論與未來展望 77
7.1 結論 77
7.2 未來展望 77
參考文獻 79

圖目錄
圖2-1 太陽能電池發電原理 9
圖2-2 太陽能電池結構 10
圖2-3 太陽能電池等效電路 11
圖2-4 照度對太陽能板輸出電壓與輸出電流關係 14
圖2-5 溫度對太陽能板輸出電壓與輸出電流關係 15
圖3-1 獨立型電壓源式太陽能發電系統方塊圖 21
圖3-2 交錯反馳式直流轉換器架構圖 22
圖3-3 交錯反馳式直流轉換器開關與充電電流波型 23
圖3-4 太陽能電池最大功率P_pv-V_pv與I_pv-V_pv之比較圖 25
圖3-5 增量電導法控制演算法 26
圖3-6 變頻式增量電導法控制演算法 29
圖3-7 定電壓充電法示意圖 31
圖3-8 定電流充電法示意圖 32
圖3-9 混合定電流與定電壓充電法示意圖 33
圖3-10 脈衝電流充電法示意圖 34
圖3-11 ReflexTM充電法示意圖 35
圖3-12 直流-直流之升壓型轉換器 36
圖3-13 推挽式轉換器之控制訊號及電感電壓與電流 36
圖3-14 Q_A 、D_A導通之等效電路 37
圖3-15 Q_A 、Q_B截止且D_A 、D_B導通之等效電路 37
圖3-16 Q_B 、D_B導通之等效電路 38
圖3-17 單相半橋式電壓源型換流器 42
圖3-18 單相全橋式電壓源型換流器 42
圖3-19 SPWM雙極性切換SPWM 44
圖3-20 SPWM雙極性切換各開關控制訊號 44
圖3-21 SPWM單極性切換 45
圖3-22 輸出與輸入電壓比值與m_a之關係 46
圖3-23 單極性切換各開關控制訊號(皆高頻) 47
圖3-24 單極性切換各開關控制訊號(含低頻) 48
圖3-25 單極性切換V_AB之電壓頻譜 49
圖4-1 獨立型電壓源式換流器系統等效電路圖 53
圖4-2 Q_1、Q_4導通之換流器等效電路 54
圖4-3 Q_1、Q_3或Q_2、Q_4導通之換流器等效電路 54
圖4-4 獨立型系統小訊號方塊圖 58
圖4-5 獨立型換流器電壓控制方塊圖 58
圖5-1 獨立型電壓源型太陽能發電系統 60
圖5-2 升壓電路之設計考量示意圖 61
圖5-3 輸出電壓與m_a之關係 62
圖5-4 全橋式換流器架構 63
圖5-5 本系統全橋式換流器各開關設計考量 64
圖5-6 TLP350驅動電路方式 65
圖6-1 蓄電池充電時太陽能板狀態圖(1000 W⁄m^2 、25℃) 70
圖6-2 蓄電池充電時太陽能板狀態圖(600 W⁄m^2 、25℃) 70
圖6-3 蓄電池充電時太陽能板狀態圖(300 W⁄m^2 、25℃) 71
圖6-4 系統輸出LC低通濾波器前後之波形(5 ms/div) 72
圖6-5 系統空載時之輸出波形(5 ms/div) 72
圖6-6 系統輕載時之輸出波形(5 ms/div) 73
圖6-7 系統中載時之輸出波形(5 ms/div) 74
圖6-8 系統重載時之輸出波形(5 ms/div) 74
圖6-9 系統整體效率曲線圖 75
圖6-10 系統實體電路 76

表目錄
表2-1 太陽能電池種類 5
表2-2 太陽能板規格表(1 kW⁄m^2 ,25℃) 14
表2-3 最大功率追蹤法之優缺點比較與應用[18] 20
表6-1 系統設計規格 68
表6-2 元件規格表 69
表6-3 控制器各訊號功能之比例數值設計 69
表6-4 各級轉換效率整理表 75

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