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研究生:簡于翔
研究生(外文):Yu-Siang Jian
論文名稱:雙饋式感應風力發電機轉子側電流調節器參數之設計
論文名稱(外文):Design of Rotor Side Current Regulator for a Doubly-Fed Induction Generator
指導教授:許源浴許源浴引用關係
口試委員:楊金石張忠良劉添華廖聰明
口試日期:2016-06-25
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:電機工程學研究所
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:2016
畢業學年度:104
語文別:中文
論文頁數:80
中文關鍵詞:風力發電雙饋式感應發電機電流調節器極零點消去法最大功率追蹤故障穿越
外文關鍵詞:wind power generationdoubly-fed induction generatorrotor-side current regulatorpole-zero cancellationmaximum power trackingfault ride-through
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本論文主要目的在於研究與電力系統併聯之雙饋式感應發電機之轉子側電流調節器之設計。在過去的研究中,將雙饋式感應發電機轉子側電流調節器模型中的定子磁通視為常數;然後將定子磁通定在直軸來進行推導。但實際系統在發生小擾動或故障情況時,磁通將產生變化,如此定子磁通將不再能視為常數,因此本文基於定子磁通之變化重新推導轉子側電調節器之模型。並且探討當風機遇到風速變動及電壓降等干擾發生時,轉子側補償量及轉子側調節器對發電機響應之影響。
本論文以MATLAB/Simulink 軟體進行模擬,建立併網之雙饋式感應發電機模型,模擬結果顯示,和將定子磁通視為常數所推導之傳統模型相比,使用本文推導所得之前饋補償量及比例積分調節器,不論當風機遭受到風速變動或電壓降,都將能有效的控制轉子電流,並且獲得較好的發電機動態響應。

Design of rotor side current regulator of a doubly-fed induction generator (DFIG) connected to a power system is investigated in this thesis. In conventional design of the decoupled direct-axis and quadrature-axis current regulators for the rotor side converter of a DFIG, the derivative of the stator flux was usually neglected. In this thesis, a new feedforward compensator and a new proportional-integral (PI) regulator are derived by taking the derivative of the stator flux into account. By using the new rotor-side feedforward compensator and the new PI regulator, the dynamic responses of the generator subject to wind speed change and different voltage dips are studied.
The MATLAB/Simulink simulation software is used to simulate the dynamic performance of the grid-connected DFIG. The control parameters of the rotor-side PI regulator were designed by using pole-zero cancellation. The simulation results indicate that the proposed compensator and PI regulator offer better dynamic responses than the conventional current regulator neglecting stator flux transient when the DFIG is subjected to wind speed change and different voltage dips.

口試委員審定書 I
誌謝 II
中文摘要 III
ABSTRACT IV
目錄 V
圖目錄 VIII
表目錄 XI
符號對照表 XI
第一章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究目的與方法 3
1.4 論文內容概述 4
第二章 雙饋式感應風力發電機之理論分析 5
2.1 前言 5
2.2 風力發電原理 6
2.3 雙饋式感應風力發電機架構 10
2.4 系統側轉換器(GRID SIDE CONVERTER, GSC)分析 10
2.4.1 同步旋轉座標轉換法 10
2.4.2 系統側轉換器之數學模型建立 13
2.4.3 系統側轉換器控制方塊圖 13
2.5 轉子側轉換器(ROTOR SIDE CONVERTER,RSC)分析 16
2.5.1 定子磁通導向(Stator-Flux Orientation, SFO)分析 16
2.5.2 風機最佳動態曲線 19
2.5.3 轉子側轉換器之數學模型建立 20
2.5.4 轉子側轉換器控制方塊圖 22
2.5.5 轉子側電流閉迴路方塊圖之建立 24
第三章考慮發電機定子磁通暫態下雙饋式感應發電機之模型推導與
轉子側電流調節器參數之設計 25
3.1 前言 25
3.2 基於定子磁通暫態下轉子側電流調節器分析 25
3.2.1 基於定子磁通暫態下轉子側變流器數學模型之建立 25
3.2.2 基於定子磁通暫態下轉子側電流閉迴路方塊圖之建立 28
3.2.3 轉子側電流調節器之模型比較 29
3.3 轉子側之比例積分調節器之設計 30
第四章模擬結果與分析 32
4.1 前言 32
4.2 模擬架構 32
4.3 風機遭受風速變動之模擬結果與分析 34
4.3.1 最大功率追蹤操作點模擬 34
4.3.2 二階模型補償量二階模型電流調節器 36
4.3.3 二階模型補償量三階模型電流調節器 39
4.3.4 三階模型補償量二階模型電流調節器 42
4.3.5 三階模型補償量三階模型電流調節器 45
4.4 系統端發生電壓小擾動之模擬結果與分析 48
4.4.1 二階模型補償量二階模型電流調節器 48
4.4.2 二階模型補償量三階模型電流調節器 51
4.4.3 三階模型補償量二階模型電流調節器 53
4.4.4 三階模型補償量三階模型電流調節器 55
4.5 系統端發生三相短路電壓故障之模擬結果與分析 57
4.5.1 二階模型補償量二階模型電流調節器 57
4.5.2 二階模型補償量三階模型電流調節器 60
4.5.3 三階模型補償量二階模型電流調節器 63
4.5.4 三階模型補償量三階模型電流調節器 66
4.6 電流調節器交越頻率對於發電機響應之影響 69
4.6.1 風機遭受風速變動之模擬結果與分析 69
4.6.2 系統端發生電壓小擾動之模擬結果與分析 72
4.6.3 系統端發生三相短路電壓故障之模擬結果與分析 74
第五章結論與未來研究方向 77
5.1 結論 77
5.2 未來研究方向 78
參考文獻 79

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