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研究生:林琦龍
研究生(外文):Chi-Long Lin
論文名稱:小型垂直軸風力發電市電併聯系統之研製
論文名稱(外文):Design and Implementation of a Grid-connected Small-scaled Vertical Axis Wind Power System
指導教授:呂文隆
學位類別:碩士
校院名稱:健行科技大學
系所名稱:電機工程系碩士班
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:74
中文關鍵詞:風力發電系統最大功率追蹤串聯昇壓型直流截波器市電併聯
外文關鍵詞:wind power generation systemmaximum power point trackingseries boost DC choppergrid-connected
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本論文旨在研製小型垂直軸風力發電市電併聯系統。採用套裝軟體(PSIM)建置300W垂直軸風力發電機模型,並且依照模擬與分析的結果作為實測系統設計與程式控制之基礎。
本文採用之風力發電系統,先將風力發電機輸出之交流電整流為直流電,再以串聯昇壓型直流截波器搭配斜率攀爬法,使300W小型垂直軸風力發電機在不同風速下,均能維持在最大功率輸出,交流側則以智慧型功率模組建置單相全橋式變流器,將直流電轉換成110V交流電再與市電併聯。
首先,本文使用人工風洞量測風力發電機之輸出特性,擬合與建構風力發電機數學模型,利用套裝軟體完成模擬與分析,並採用數位信號處理器(TMS320F28335)為控制核心,完成300W小型垂直軸風力發電市電併聯系統之雛型,並以實測驗證理論之正確。


This thesis focuses on design and implementation of a grid-connected small-scaled vertical axis wind power generation system. A 300W vertical axis wind turbine model was built by Powersim (PSIM) software. The simulation and analysis results were used to design the control algorithms and programs for system testing.
Firstly, the AC power of wind turbine output was rectified into DC power, the hill-climbing method was adapted to control series boost DC chopper for maximum power point tracking. Finally, the DC power was transformed into AC power by a single phase full-bridge inverter using smart power module for grid connected control.
The wind turbine mathematics model was built from experimental data of wind tunnel laboratory for simulation and analysis. Based on simulation results, a digital signal processor (DSP, TMS320F28335) was used to implement a 300W grid-connected small-scaled vertical axis wind power generation system prototype to verify the theory.


摘  要 i
Abstract ii
致 謝 iii
目  錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
符號說明 x
第一章 緒論 1
1.1前言 1
1.2研究動機 3
1.3論文架構 4
第二章 風力發電系統介紹 5
2.1 簡介 5
2.1.1 風力發電機類型 5
2.1.2 風力發電原理與分析 8
2.2風力發電系統介紹 11
2.2.1 市電併聯型風力發電系統 11
2.2.2 獨立型風力發電系統 12
2.2.3 防災型風力發電系統 13
2.3 最大功率追蹤(Maximum Power Point Tracking , MPPT) 14
2.3.1 斜率攀爬法 15
第三章 垂直軸風力發電系統之模擬與分析 18
3.1 風力發電機模組 20
3.2 風力發電系統架構 22
3.2.1 昇壓型截波器[9,11] 23
3.2.2 最大功率追蹤 28
3.2.3 單相全橋式變流器 29
3.3 模擬結果與分析 32
第四章 系統硬體設計與程式規劃 37
4.1 數位信號處理器 37
4.2 智慧型功率模組[21] 39
4.3 L-C濾波器[13] 41
4.4 智慧型功率模組之電流保護 43
4.5 功率電晶體驅動電路 44
4.6 直流電壓偵測電路 45
4.7 直流電流偵測電路 46
4.8 交流電流偵測電路 47
4.9 市電零點偵測電路 48
4.10 電路板設計 49
4.11 軟體程式規劃 52
4.11.1 系統主程式規劃 52
4.11.2單相全橋式變流器副程式 54
4.11.3 偵測頻率副程式規劃 56
4.11.4比例-積分控制器 57
第五章 實測結果 59
5.1最大功率追蹤控制實測結果 59
5.2市電併聯型單相全橋式變流器之實測結果 64
5.3小型垂直軸風力發電市電併聯型系統實測結果 66
第六章 結論與未來發展方向 71
6.1結論 71
6.2未來發展方向 71
參考文獻 72
簡歷 74

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[11]黃崇倫,「太陽光電能市電併聯轉換器之研製」,國立雲林科技大學,碩士論文,民國97年6月。
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[13]詹士鋐,「單相全橋零電壓整流無變壓器式市電併聯型變流器之研製」,健行科技大學,碩士論文,民國102年5月。
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