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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:洪祥堡
論文名稱:小型直流微電網之設計
論文名稱(外文):Design of a Small Type DC Micro-grid
指導教授:鄭進興鄭進興引用關係
口試委員:廖聰明鄭進興黃昌圳
口試日期:2013-06-21
學位類別:碩士
校院名稱:逢甲大學
系所名稱:電機工程所
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:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:84
中文關鍵詞:直流微電網雙向直流/直流轉換器模糊控制動態調度
外文關鍵詞:DC micro-gridbidirectional DC/DC converterfuzzy controldynamic dispatch
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本文結合了多個小型再生能源,太陽能發電系統、風力發電系統以及燃料電池,建立了一個小型直流微電網,其中太陽能發電系統搭配了Buck轉換器,風力發電系統搭配了SEPIC轉換器,燃料電池搭配了Boost轉換器,將這些直流/直流轉換器並聯建立匯流排,並根據負載值的變化以及再生能源的變化使用模糊控制以及動態調度進行控制。在系統加入二次電池以及雙向直流/直流轉換器,並根據負載的功率進行充電或放電,並且使用了定電流-定電壓充電方法搭配模糊控制來提升充電的效率。最後模擬了再生能源變化、負載變化以及整體變化的情形來驗證此系統的可行性以及穩定性。
This thesis combines a number of small type renewable energy, photovoltaic system, wind generator system and fuel cells, to establish a small type DC micro-grid, where photovoltaic system with the buck converter, wind generator system with SEPIC converter, and fuel cells with boost converter, and these DC/DC converters are parallel to establish bus and control with fuzzy control and dynamic dispatch according to load change and renewable energy change. Adding secondary batteries with bidirectional DC/DC converter in the system to charge or discharge according to the power of load, and using the constant current-constant voltage charging method with fuzzy control to improve the charging efficiency. Finally, a simulation of renewable energy change, load change and change in the overall situation to verify the feasibility and the stability of this system.
致  謝 i
摘  要 ii
Abstract iii
目  錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
縮寫及符號對照表 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 1
1.3 國內外相關研究 2
1.4 本文架構 6
第二章 再生能源簡介 7
2.1 太陽能發電系統 7
2.2 風力發電系統 11
2.3 燃料電池發電系統 13
2.4 磷酸鋰鐵電池 16
2.4.1 充電方法 17
2.4.2 電量估測 19
第三章 硬體架構設計 21
3.1 直流/直流轉換器 21
3.1.1 降壓轉換器 21
3.1.2 昇壓轉換器 22
3.1.3 單極初級電感轉換器 23
3.2 雙向直流/直流轉換器 24
3.2.1 放電模式 25
3.2.2 充電模式 26
3.3 PWM脈寬調變控制器 28
3.3.1 開關集成電路TL494CN 28
3.3.2 光耦合器TLP250 28
3.4 資料擷取卡 29
3.5 數位訊號處理器 30
第四章 系統軟體架構 32
4.1 模糊控制設計 32
4.1.1 模糊理論簡介 32
4.1.2 負載功率模糊控制 33
4.1.3 定電流模式模糊設計 36
4.1.4 定電壓模式模糊設計 37
4.2 動態調度 40
第五章 實驗結果 45
5.1 再生能源變化測試與結果 48
5.1.1 太陽能發電(PV)改變,燃料電池(FC)固定 48
5.1.2 太陽能發電(PV)固定,燃料電池(FC)改變 49
5.1.3 風力發電(WG)固定,太陽能發電(PV)改變 49
5.1.4 風力發電(WG) 改變,太陽能發電(PV)固定 50
5.1.5 風力發電(WG)固定,燃料電池(FC)改變 51
5.1.6 風力發電(WG)改變,燃料電池(FC)固定 52
5.1.7 再生能源依序加入供電 53
5.2 負載端測試與結果 57
5.2.1 增加不同的負載量 57
5.2.2 減少不同的負載量 59
5.2.3 增加相同的負載量 62
5.2.4 減少相同的負載量 64
5.3 整體系統測試與結果 68
5.3.1 只有風力發電和燃料電池供電 68
5.3.2 太陽能發電和風力發電同時供電和斷電 72
5.3.3 太陽能發電和風力發電依序供電和斷電 76
第六章 結論與未來展望 80
6.1 結論 80
6.2 未來展望 80
參考文獻 81
作者簡介 84
[1] 漢翔公司動力與能源事業處,上網日期:2012年12月19日,http://cogen.aidc.com.tw/。
[2] T. F. El-Shatter, M. N. Eskander, and M. T. El-Hagry, “Energy Flow and Management of a Hybrid Wind/PV/Fuel Cell Generation System,” Energy Conversion and Management, vol. 47, no. 9-10, pp. 1264-1280, June 2006.
[3] H. Kakigano, Y. Miura, T. Ise, and R. Uchida, “DC Micro-grid for Super High Quality Distribution - System Configuration and Control of Distributed Generations and Energy Storage Devices,” 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp. 1-7, June 2006.
[4] F. A. Mohamed, and H. N. Koivo, “Online Management of Micro Grid with Battery Storage Using Multiobjective Optimization,” International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives, pp. 231-236, April 2007
[5] K. Kurohane, and T. Funabashi, “A Distributed DC Power System in an Isolated Island,” IEEE International Symposium on Industrial Electronics, pp. 1-6, July 2009.
[6] L. Xiaoping, D. Ming, H. Jianghong, H. Pingping, and P. Yali, “Dynamic Economic Dispatch for Microgrids Including Battery Energy Storage,” 2010 2nd IEEE International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems, pp. 914-917, June 2010.
[7] T. L. Vandoorn, B. Meersman, L. Degroote, B. Renders, and L.Vandevelde, “A Control Strategy for Islanded Microgrids With DC-link Voltage Control,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 26, no. 2, pp. 703-713, April 2011.
[8] B. N. Alajmi, K. H. Ahmed, S. J. Finney, and B. W. Williams, “ Fuzzy-Logic-Control Approach of a Modified Hill-Climbing Method for Maximum Power Point in Microgrid Standalone Photovoltaic System”, IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 4, pp. 1022-1030, Apirl 2011.
[9] L. Xu, and D. Chen, “ Control and Operation of a DC Microgrid with Variable Generation and Energy Storage,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 26, no. 4, pp. 2513-2522, October 2011.
[10]C. H. Chao, and J. J. Shieh, “ A New Control Strategy for Hybrid Fuel Cell-battery Power Systems with Improved Efficiency,” International Journal of Hydrogen Energy, Volume 37, Issue 17, pp. 13141–13146, September 2012.
[11]H. Kakigano, Y. Miura, and T. Ise, “Distribution Voltage Control for DC Microgrids Using Fuzzy Control and Gain-Scheduling Technique,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no.5, pp. 2246-2258, May 2013.
[12]羅運俊、何梓年、王長貴編著,張勝雄、林乃陽、梁財春編修,「太陽能發電技術與應用」,新文京開發出版股份有限公司,民國96年。
[13]藍志清,「太陽能動態偵測與尋跡定位技術」,逢甲大學自動控制工程所碩士論文,民國96年。
[14]吳財福、陳裕愷、張健軒,「太陽光電能供電與照明系統-第二版」,全華科技圖書股份有限公司,民國96年。
[15]張希良主編,郭興家、張勝雄、林矩民編修,「風力發電技術」,新文化開發出版股份有限公司,民國96年。
[16]黃鎮江編著,「燃料電池」,全華科技圖書股份有限公司,民國92年。
[17]維基百科,磷酸鋰鐵,上網日期:2013年5月20日,檢自http://zh.wikipedia.org/wiki/磷酸鋰鐵
[18]周承練,「使用內電動勢法於磷酸鋰鐵電池之電量估測」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,民國98年。
[19]R. W. Erickson, and D. Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics Second Edition, Kluwer Academic Publishers, 2001.
[20]蕭閔聰,「新型雙向直流至直流轉換器之分析與研製」,國立成功大學電機工程學系碩士論文,民國99年。
[21]TL494 datasheet,上網日期:2013年5月21日,檢自http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/motorola/TL494.pdf
[22]楊榮翔,「變頻洗衣機之直流無刷馬達驅動器設計與製作」,逢甲大學電機工程系碩士論文,民國100年。
[23]王文俊,「認識Fuzzy-第三版」,全華圖書股份有限公司,民國96年。
[24]林聖傑,「模糊邏輯搭配田口方法應用於壓電喇叭驅動器之製作」,逢甲大學電機工程系碩士論文,民國100年。
[25]廖泳棠,「電動車充電站直流微電網電力調度研究」,國立中山大學電機工程系碩士論文,民國101年。
[26]D. L. Travers, and R. J. Kaye, “Dynamic dispatch by constructive dynamic programming,” IEEE Transactions on Power Systems, vol. 13, no.1, pp.72-78, February 1998.
[27]廖慶榮,「作業研究 二版」,華泰文化事業股份有限公司,民國98年。
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