臺灣博碩士論文加值系統

本論文提出之具伺服馬達控制直接併網型勵磁式同步風力發電系統，主要架構採用勵磁式同步發電機，配合同軸連接之穩速伺服馬達，可以針對發電機輸出進行精確的控制，同時利用勵磁式同步發電機可直接以高壓輸出之特性，不僅能省略電力電子轉換器，也能增加系統可靠度，達到高品質及高效率的併網效果。
同軸連接之穩速伺服馬達可即時調整發電機輸出之頻率及相位，以達到市電併網標準，並於併網期間能夠持續進行功因修正，使輸出的電能可以更有效率地被應用；過程中，伺服馬達卻又能盡可能的不消耗能量，讓本系統對風能的應用達到最佳化。
本論文亦提出系統控制功因的策略；控制發電機電流相位落後市電電壓相位，造成兩者產生一固定相位差，進而達到控制功率因數的數值，並探討不同功因下對於發電機電流的影響。亦提出伺服馬達端除了平衡系統的功能外，亦可使伺服馬達端當作輸入端，透過伺服馬達提供不同的能量給系統，可以有效提升發電機的輸出功率。

This thesis proposes the direct grid-connected excited synchronous wind power system with servo motor control. The main structure of this system is using coupling to connect excited synchronous generator and servo motor in a coaxial framework. We can precisely control the generator output with the servo motor. Since the excited synchronous generator can operate in high voltage, the usage of power converter is no longer needed. Therefore, we can improve reliability, reach higher quality and achieve efficient grid connection.
The servo motor can adjust the frequency and phase of generator output in time to reach the requirement of grid connection. During the grid connection, the motor can improve the power factor so that the output can be applied more efficiently. The servo motor can remain very low power consumption in the process to optimize the application of the wind power.
This thesis also proposes a strategy to control the power factor of the system. The strategy controls the generator current phase to lag the main voltage phase and result in a fixed phase difference between the two in order to control the value of the power factor and discuss the influence on generator current in different power factors. It also proposes that the servo motor providing different energy to the system, which can effectively improve the output power of the generator.

論文審定書 i
誌 謝 ii
摘 要 iii
Abstract iv
目 錄 v
圖 次 viii
表 次 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及動機 1
1.2 系統描述與控制方法簡介 2
1.3 研究方法 2
1.4 內容概述 3
第二章 風力發電系統與發電機簡介 5
2.1 現行風力發電系統架構分類 5
2.2 直接併網型勵磁式同步風力發電系統架構 7
2.3 直接併網型勵磁式同步風力發電系統與雙饋式同步風力發電系統及永磁直驅式同步風力發電系統之比較 8
第三章 控制策略介紹 18
3.1 伺服馬達位置控制架構 18
3.2 最大功率追蹤控制策略 18
3.3 啟動切離控制策略 19
3.4 定電壓控制策略 21
3.5 同步及功因修正策略 22
3.5.1 功因修正策略架構 26
3.6 功因控制策略及架構 29
3.7 伺服馬達作輸入端提供能量 30
第四章 數學模型推導 32
4.1 控制端伺服馬達模型 32
4.1.1 伺服馬達數學模型推導 33
4.1.2 伺服馬達定轉速控制模型 37
4.2 勵磁式同步發電機模型 38
4.2.1 定子方程式 39
4.2.2 轉子方程式 40
4.3 市電併聯及負載箱模型 41
第五章 系統韌體與週邊電路 43
5.1 微控制器介紹及腳位規劃 43
5.2 系統韌體流程圖 47
5.3 微控制器電路 52
5.3.1 勵磁場電路 56
5.3.2 感測電路 57
5.3.3 馬達驅動電路 58
5.3.4 DAC電路 60
5.4 實驗平台建置 61
5.4.1 勵磁式同步發電機 61
5.4.2 伺服馬達 62
5.4.3 負載箱 64
第六章 實驗過程與結果分析 66
6.1 實驗步驟 66
6.2 實驗結果分析 68
6.2.1 啟動切離實驗 68
6.2.2 定電壓及最大功率追蹤實驗 70
6.2.3 同步及功因修正實驗 73
6.2.4 功因控制實驗 75
6.2.5 伺服馬達作輸入端提供能量實驗 78
6.2.6 實驗總結 81
第七章 結論與未來展望 83
7.1 結論 83
7.2 未來展望 84
參考文獻 85

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