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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:曾議慶
研究生(外文):Yi-Ching Tseng
論文名稱:多功能太陽能光伏板模擬器之研製
論文名稱(外文):Implementation of a Multi-function PV Simulator
指導教授:梁瑞勳梁瑞勳引用關係
指導教授(外文):Ruey-Hsun Liang
口試委員:邱國珍陳政裕
口試委員(外文):Guo-Jen ChiouChen-Jeng Yu
口試日期:2014-07-24
學位類別:碩士
校院名稱:國立雲林科技大學
系所名稱:電機工程系
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:71
中文關鍵詞:直流-直流轉換器數位訊號控制器Labview太陽能光伏板模擬器
外文關鍵詞:DC/DC converterdigital signal controllerLabviewPV simulaor
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 本文研製一種使用直流-直流轉換器實現的多功能太陽能光伏板模擬器。本文應用太陽能電池數學模型以確定太陽能光伏板的工作點,並使用一工作點定位原理,將轉換器的責任週期定位到太陽能光伏板的工作點,使得轉換器的操作具有太陽能光伏板的輸出特性。本文的系統採用圖形化程式語言的儀器控制與分析軟體(Labview),設計一人機介面並搭配數位訊號控制器(dsPIC30F4011)實現模擬器的控制,而藉由操作人機介面使系統可模擬太陽能光伏板在單模組或雙模組的串
、並聯時,在不同的日照量和表面溫度下的輸出電壓、電流的特性,以及在額定功率範圍之內任何廠牌規格的太陽能光伏板。最後實際研製一功率因數修正器與額定功率為650 W之交錯式降壓型轉換器的多功能太陽能光伏板模擬器,並且藉由逐次的負載變動,描繪其I-V特性曲線,驗證模擬器的可行性。

  This thesis presents a multi-function PV simulator which is implemented by a dc-dc converter that uses a dc source to be an input. A solar cell mathematical model is used to know the operating point of solar panel and make the converter perform the same as solar panel by using a fixed position method to make sure the operating point. The control signal to the converter is realized by the HMI (Human Machine Interaction) in Labview with a digital signal controller. The HMI can simulate the characteristics of voltage and current for solar panel under different radiation and temperature in single module, double module in series and double module in parallel. According to the requirement, it can also choose every type of solar panel without exceeding rated power.
  Finally, a simulator with a PFC converter and a new interleaved buck converter having improved step-down conversion ratio that rated output power of 650 W are implemented. Depicting I-V characteristic curves with varying load to verify the feasibility of the simulator.

中文摘要 ------------------------------------------ i
英文摘要 ------------------------------------------ ii
誌謝 ------------------------------------------ iii
目錄 ------------------------------------------ iv
表目錄 ------------------------------------------ vii
圖目錄 ------------------------------------------ viii
第一章 緒論---------------------------------------- 1
1.1 研究目的與動機------------------------------ 1
1.2 論文大綱簡介-------------------------------- 3

第二章 太陽能光伏板發電介紹------------------------ 5
2.1 太陽能電池模型------------------------------ 5
2.2 太陽能光伏板特性曲線------------------------ 9
2.2.1 單模組太陽能光伏板日照量變化情形------------ 10
2.2.2 單模組太陽能光伏板表面溫度變化情形---------- 13
2.3 太陽能發電系統------------------------------ 16
2.3.1 太陽能光伏板雙模組串聯模式------------------ 19
2.3.2 太陽能光伏板雙模組並聯模式----------------- 21

第三章 多功能太陽能光伏板模擬器架構分析------------ 24
3.1 前言---------------------------------------- 24
3.2 系統架構------------------------------------ 24
3.3 交錯式降壓型轉換器-------------------------- 25
3.3.1 D ≤ 0.5時之穩態操作分析--------------------- 26
3.3.2 D > 0.5時之穩態操作分析--------------------- 31

第四章 多功能太陽能光伏板模擬器控制方法------------ 35
4.1 前言---------------------------------------- 35
4.2 工作點定位原理------------------------------ 35
4.3 系統控制之流程------------------------------ 38

第五章 人機介面與控制器之軟體規劃及週邊電路設計---- 39
5.1 數位訊號控制器dsPIC30F4011----------------- 39
5.2 控制器周邊硬體電路-------------------------- 39
5.2.1 dsPIC燒錄電路------------------------------ 40
5.2.2 RS232串列通訊電路-------------------------- 40
5.2.3 電壓回授電路-------------------------------- 41
5.2.4 電流回授電路-------------------------------- 42
5.2.5 功率開關訊號驅動電路------------------------ 43
5.2.6 數位訊號控制器軟體規劃---------------------- 44
5.3 Labview人機介面設計------------------------ 44
5.3.1 人機介面軟體控制規劃------------------------ 45

第六章 多功能太陽能光伏板模擬器實驗結果與分析------ 50
6.1 功率因數修正-------------------------------- 50
6.2 多功能太陽能光伏板模擬器單模組模擬---------- 53
6.3 多功能太陽能光伏板模擬器雙模組模擬---------- 61
6.3.1 多功能太陽能光伏板模擬器雙模組串聯模式模擬-- 62
6.3.2 多功能太陽能光伏板模擬器雙模組並聯模式模擬-- 63

第七章 結論與未來之展----------------------------- 66
7.1 結論---------------------------------------- 66
7.2 未來之展望---------------------------------- 66

附錄 系統規格與元件表---------------------------- 68
參考文獻------------------------------------------------------- 70



參考文獻

[1]D. Y. Jung, Y. H. Ji, S. H. Park, Y. C. Jung, and C. Y. Won, “Interleaved soft-switching boost converter for photovoltaic power-generation system,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 26, no. 4, pp.1137-1145, April 2011.
[2]梁瑞勳、周智帆、曾萬存, “採用Z源結構的光伏發電電力轉換系統之研製,”第十一屆台灣電力電子研討會暨展覽會,TPEC002,2012年9月。
[3]F. Adamo, F. Attivissimo, A. M. L. Lanzolla, and M. Spadavecchia, “Parameters estimation for a model of photovoltaic panels,” The 19th IMEKO World Congress Fundamental and Applied Metrology, pp. 964-967, September 2009.
[4]T. Marnoto, K. Sopian, W. R. W. Daud, M. Algoul, and A. Zaharim, “Mathematical model for determinimg the performance characteristics of multi-crystalline photovoltaic modules,” The 9th WSEAS International Conference on Mathematical and Computational Methods in Science and Engineering, pp. 79-84, November 2007.
[5]R. K. Nema, S. Nema, and G. Agnihotri, “Computer simulation based study of photovoltaic cells modules and their experimental verification,” International Journal of Recent Trends in Engineering, vol. 1, no. 3, pp. 151-156, May 2009.
[6]F. Yusivar, M. Y. Farabi, R. Suryadiningrat, W. W. Ananduta, and Y. Syaifudin,“Buck-converter photovoltaic simulator,” International Journal of Power Electronics and Drive System, vol. 1, no. 2, pp.156-167, December 2011.
[7]張健軒、卓建廷、林昇璋、林成, “高效率太陽光電能模擬器之研製,” 第七屆台灣電力電子研討會暨展覽會, pp.1201-1205, 2008年9月。
[8]梁瑞勳、曾議慶, “含多種形式的太陽能光伏板之模擬器研製,” 中華民國第三十四屆電力工程研討會, pp.1264-1269, 2013年12月。
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[10]周靜娟、吳明端、顏培仁, 圖控程式與自動量測使用Labview 7.X, 全華科技圖書, 2006年。
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[12]林建志, 具太陽能電池特性之電源供應器研製, 國立台灣科技大學電機工程系碩士論文, 2009年。
[13]鐘國峰, NURBS與DDA插值器在運動控制上的整合設計, 國立中山大學機械與機電工程學系碩士論文, 2004年。
[14] “dsPIC30F Family reference manual,” Microchip Technology Inc. 2006.
[15]“dsPIC30F4011/4012 Data sheet,” Microchip Technology Inc. 2010.
[16]曾百由, dsPIC數位訊號控制器原理與應用MPLAB C30開發實務, 宏友圖書開發股份有限公司, 2005年。

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