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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:梁威志
研究生(外文):Wei-ChihLiang
論文名稱:新型適應性最大功率追蹤演算法之三相風能轉換系統
論文名稱(外文):A Three-Phase Wind Energy Conversion System with Novel Adaptive MPPT Algorithm
指導教授:張簡樂仁
指導教授(外文):Le-Ren Chang-Chien
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:電機工程學系碩博士班
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:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:114
中文關鍵詞:最大功率追蹤風能轉換系統背對背轉換器
外文關鍵詞:Maximum power point tracking (MPPT)Wind energy conversion system (WECS)Back-to-back converter
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本文旨在提出一套新型適應性最大功率追蹤演算法,並應用於採用永磁式同步發電機與背對背架構之三相風能轉換系統。最大功率點追蹤技術可概分為兩種類型,一是利用擾動的方式追蹤最大功率點追蹤最大功率點的觀察型;另一種則是直接追蹤風渦輪機理想最大功率點的查表型。這兩種類型的演算法各自有著不同的優缺點,且有優缺點互補的特性。因此本文欲提出一套新型適應性最大功率追蹤演算法,其結合了各類型演算法的優點並改善其缺點。此演算法被實現於三相風能轉換系統中,藉由發電機端AC/DC轉換器控制永磁式同步發電機的轉子轉速,確保風渦輪機運作於最大功率點轉速。最後,本文將透過風渦輪機動力模擬器之測試,實際驗證該演算法最大功率追蹤之效能。
This thesis aims to develop a novel adaptive maximum power point tracking (MPPT) algorithm that is applied to the permanent magnet synchronous generator (PMSG) and back-to-back topology based three-phase wind energy conversion system (WECS).
Topologically speaking, the MPPT algorithm can be classified into two types. One is to track the optimal power point by perturbing the electric power; the other is to reach the optimal power output by tracing the turbine power curve. Each approach has its pros and cons and they are usually the complement from one to the other. Therefore, this thesis attempts to propose a novel adaptive MPPT algorithm which keeps the merits of these two types and avoid their drawbacks. The MPPT algorithm is applied to the generator-side AC/DC converter of the three-phase WECS for controlling rotor speed of the PMSG to ensure that the wind turbine is running at optimal power output. Evaluation of the proposed MPPT algorithm is shown using the wind turbine emulator.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 系統架構與貢獻 3
1.3 本文大綱 5
第二章 新型適應性最大功率追蹤演算法 7
2.1 前言 7
2.2 風渦輪機特性 8
2.2.1 風渦輪機氣動力模型 8
2.2.2 最大功率曲線特性分析 10
2.3 各式最大功率追蹤演算法分析與比較 13
2.3.1 傳統最大功率追蹤演算法 13
2.3.2 改良式最大功率追蹤演算法 15
2.4 風渦輪機動作模式分析 24
2.4.1 擾動變數 24
2.4.2 定風速擾動分析 26
2.4.3 變風速擾動分析 28
2.5 新型適應性最大功率追蹤演算法 32
2.5.1 新型適應性最大功率追蹤演算法架構 32
2.5.2 峰值偵測模式 34
2.5.3 定轉矩模式 39
2.5.4 適應性追蹤模式 40
2.6 新型適應性最大功率追蹤演算法模擬 41
2.7 結語 42
第三章 三相風能轉換系統架構與控制 44
3.1 前言 44
3.2 qd0座標軸轉換 48
3.3 三相電壓源脈寬調變轉換器 51
3.3.1 開關切換狀態 51
3.3.2 空間向量脈寬調變 53
3.4 發電機端AC/DC轉換器 60
3.4.1 永磁式同步發電機數學模型 60
3.4.2 AC/DC轉換器控制 62
3.4.3 無機械式感測器之相位角偵測 67
3.5 電網端DC/AC變流器 68
3.5.1 電網端DC/AC變流器數學模型 68
3.5.2 DC/AC變流器控制 70
3.5.3 鎖相迴路 74
3.6 結語 75
第四章 硬體電路製作與軟體規劃 76
4.1 前言 76
4.2 硬體電路 77
4.2.1 永磁式同步發電機 77
4.2.2 背對背電源轉換器 78
4.2.3 電壓電流信號回授電路 78
4.2.4 數位訊號控制器與週邊電路 80
4.3 控制軟體規劃 84
4.3.1 發電機端AC/DC轉換器之控制程式 84
4.3.2 電網端DC/AC變流器之控制程式 89
4.4 結語 93
第五章 實體電路測試與結果 94
5.1 前言 94
5.2 發電機端AC/DC轉換器實測結果 96
5.3 電網端DC/AC變流器實測結果 100
5.4 新型適應性最大功率追蹤演算法實測結果 105
5.4.1 定風速實測結果 105
5.4.2 變風速實測結果 107
5.5 結語 109
第六章 結論與未來展望 110
6.1 結論 110
6.2 未來展望 111
參考文獻 112

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