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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:李昭慶
研究生(外文):Lee, Chaoching
論文名稱:具負載阻抗估測之三相四線式換流器研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of Three-Phase Four-Wire Inverter with Load Impedance Estimation
指導教授:吳財福
指導教授(外文):Wu, Tsaifu
口試委員:陳裕愷黃怡碩吳毓恩余國瑞
口試日期:2012-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立中正大學
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:99
中文關鍵詞:三相四線式換流器不斷電系統
外文關鍵詞:three phase four wire inverterUPS
相關次數:
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本研究提出具寬廣電感變化與負載阻抗估測之三相四線式換流器的研製,此三相四線式換流器可滿足併網型與獨立型之再生能源交流供電系統。於獨立型系統中,由於有中性臂的存在,換流器可穩定三相不平衡或非線性負載輸出之弦波電壓。藉由負載阻抗之估測,控制器可以準確地追蹤交流弦波電壓準位,且允許寬廣的電感值變化,降低鐵心體積與成本。本控制法以兩相調變法為基礎,結合了無拍差控制(Dead-beat Control)和負載阻抗估測,負載阻抗的估測更導入了重複性控制(Repetitive Control)的概念來減少估測的誤差,以確保系統的穩定性。最後,本研究將控制法以 Matlab 模擬並實作一部10 kVA三相四線式換流器來驗證所提方法的可行性。
This thesis presents design and implementation of a three-phase four-wire inverter with load impedance estimation. The inverter can fulfill both grid-connected and stand-alone mode operations. In the stand-alone mode, the inverter with a neutral leg can generate sinusoidal output voltage for unbalanced load and nonlinear load. With the load impedance estimation, the controller can track the sinusoidal reference voltage accurately, and the inverter is allowed to have a wide inductance variation, reducing core loss and size significantly. The control law is derived based on the two-phase modulation (TPM) scheme with a dead-beat control and on-line load impedance estimation, in which the repetitive control concept is adopted to reduce the estimation tolerance. Computer simulation and experimental results from a 10 kVA three-phase four-wire inverter have been presented to confirm the feasibility of the inverter.
目錄
中文摘要……………………………………………………………………………….i
英文摘要………………………………………………………………………………ii
目錄…...………………………………………………………………………………iii
圖目錄……………………………………………………………………………..…..v
表目錄...……………………………………………………………………………..viii


第一章 緒論 1
1-1 研究背景與動機 1
1-2 文獻回顧 2
1-2-1 不斷電系統簡介 2
1-2-2 三相換流器簡介 4
1-2-3 電壓型控制法簡介 7
1-3 負載阻抗估測控制法 8
1-4 論文大綱 8
第二章 三相四線式換流器架構與動作原理 10
2-1 換流器系統架構 10
2-2 換流器動作原理 11
2-3 負載阻抗估測控制法推導 30
第三章 系統軟體規劃 35
3-1 系統軟體架構 35
3-2 控制流程規劃 36
3-2-1 微控制器RX62T簡介 36
3-2-2 控制流程 39
第四章 系統周邊電路設計 44
4-1 輔助電源 44
4-2 微控制器電壓保護電路 46
4-3 交流電電壓偵測電路 47
4-4 直流鏈電壓偵測電路 49
4-5 電感電流感測電路 49
4-6 開關隔離驅動電路 50
第五章 電路製作及其模擬與量測驗證 52
5-1 電氣規格 52
5-2 三相四線式換流器模擬系統建模 53
5-3 實務考量 56
5-3-1 電感值變化考量 56
5-3-2 開關死區補償 57
5-4 負載阻抗估測控制法模擬及實驗波形 60
5-4-1 電阻性負載模擬及實測波形 61
5-4-2 電感性負載模擬及實測波形 66
5-4-3 電容性負載模擬及實測波形 71
5-4-4 不平衡負載模擬及實測波形 75
5-4-5 整流性負載模擬及實測波形 79
第六章 結論與未來研究方向 82
6-1 結論 82
6-2 未來研究方向 83
參考文獻 85

參考文獻
[1]張鴻鈞, “不平衡負載之三相不斷電系統研製”,國立台灣科技大學電機工程研所碩士論文,民國91年。
[2]蔡國猷, 不斷電電源系統裝置指引(UPS、CVCF),建興,1997。
[3]韓鐘磊,電力急救站:UPS大蒐密,PCDIY雜誌,1999年12月份,148-154 頁。
[4]M. Beltrao de Rossiter Correa, C. B. Jacobina, E. R. C. da Silva and A.M. N. Lima, “A General PWM Strategy for Four-Switch Three-Phase Inverters,” IEEE Transactions on Power Electronics, pp.1618-16272006.
[5]C. Qiao and K. M. Smedley, “Three-Phase Grid-Connected Inverters Interface for Alternative Energy Sources with Unified Constant-Frequency Integration Control, ” IEEE Industry Applications Conference 2001, pp.2675-2682 vol.4.
[6]Y. Chen and K. M. Smedley, “Parallel Operation of One-Cycle Controlled Three-Phase PFC Rectifiers,” IEEE Transactions on Industrial Electronics 2007, pp.3217-3224.
[7]Y. Chen and K. M. Smedley, “One-Cycle-Controlled Three-Phase Grid-Connected Inverters and Their Parallel Operation,” IEEE Transactions on Industrial Electronics 2008, pp.663-671.
[8]R. Zhang, V. H. Prasad, D. Boroyevich and F.C. Lee ” Three-Dimensional Space Vector Modulation for Four-Leg Voltage-Source Converters,” IEEE Transactions on Power Electronics 2002, pp.314-326.
[9]E. Demirkutlu and A. M. Hava ”A Scalar Resonant-Filter-Bank-Based Output-Voltage Control Method and a Scalar Minimum-Switching-Loss Discontinuous PWM Method for the Four-Leg-Inverter-Based Three-phase Four-Wire Power Supply,” IEEE Transactions on Industry Applications 2009, pp.982-991.
[10]林庭世,“三相三線式雙向換流器研製”,國中正大學電機工程研究所碩士論文,民國99年。
[11]楊志祥, “以80196MC微控制器為基礎之換流器研製” ,國中正大學電機工程研究所碩士論文,民國89年。
[12]M. P. Kazmierkowski and L. Malesani, “Current Control Techniques for Three-Phase Voltage-Source PWM Converters: A Survey,” IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 45, no. 5, pp. 691-703, Oct. 1998.
[13]R. Zhang, D. Boroyevich, V. H. Prasad, H. Mao, F. C. Lee, and S. Dubovsky, “A Three-phase Inverter with A Neutral Leg with Space Vector Modulation,” APEC, vol. 2, pp. 857-863, Feb. 1997.
[14]O. Ojo and P. M. Kshirsagar, “Concise Modulation Strategies for Four-Leg Voltage Source Inverters,” IEEE Trans. on Power Electronics, vol. 19, no. 1, pp. 46-53, Jan. 2004.
[15]M. A. Perales, M. M. Prats, R. Portillo, J. L. Mora, J. I. Leon, and L. G. Franquelo, "Three-Dimensional Space Vector Modulation in abc Coordinates for Four-Leg Voltage Source Converters," IEEE Power Electronics Letters, vol. 1, no. 4, pp. 104-109, Dec. 2003.
[16]K. M. Smedley and C. Qiao, “Unified costant-frequency integration control of three-phase power factor corrected rectifiers, active power filters and grid-connected inverters,” U.S. Patent 6545887, Apr. 8, 2003.
[17]蔡宇傑,“三相雙向換流器系統之控制器周邊與通訊介面研製”,國中正大學電機工程研究所碩士論文,民國100年。
[18]魏敬修,“直流微電網雙向換流器之建模與控制”,國中正大學電機工程研究所碩士論文,民國100年。

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