臺灣博碩士論文加值系統

文獻指出鉛酸電池採用脈衝充電及脈衝放電方法能提供鉛酸電池休息時間，有助於電池緩和化學反應，因而可以提高電池使用壽命、放電總容量、及效率，亦可減短充電時間。本文提出一套實現鉛酸電池脈衝充放電技術於獨立型太陽能發電之系統。在太陽光電池電力輸出部分，採用直流/直流昇壓型轉換器配合擾動觀察法，以達成太陽光電池最大功率輸出追蹤控制，提高太陽光電池之利用。系統蓄電池方面，採用深循環式鉛酸電池，而在蓄電池充放電電路部分採用雙向脈衝式充放電電路，以維持太陽光電池與負載間之功率平衡，除提供穩定直流電壓給後級單相全橋式變流器使用外，並能獲得脈衝式充電與脈衝式放電的優點。單相全橋式變流器採用單極性電壓切換方法，將直流電能轉換成交流電，供給單相交流負載使用。本文以數位信號處理器(TMS320LF2407A)為控制核心，完成容量為800W的獨立型太陽光電系統，所有的控制流程皆以數位信號處理器完成，並且透過實測結果以驗證系統之可行性。

The literatures reveal that a relax time for the electrochemical reaction in charge and discharge process of Lead-Acid Batteries using pulse technology will prolong the life of battery, reduce the charging time, increase the capacity of discharge, and improve the efficiency. Therefore, the aim of this paper is to improve the performance and reduce the cost of solar-electric generation by realizing the pulse charge and discharge technologies of Lead-Acid battery in a standing alone Photovoltaic power System. In the maximum power point tracking control of the solar cells, the dc to dc boost converter with the perturbation method is used to improve the utility rate of the solar cells. Lead-Acid Batteries are used in the system, and then a pulse charge and discharge bidirectional circuit is proposed to storage the energy into the Lead-Acid batteries when the output power of the cells is larger than the need of the load, and to provide the energy from the Lead-Acid batteries when the output power is smaller than the load. Therefore, one of the functions of the bidirectional circuit is to stable the input voltage of the single phase full bridge inverter. The single phase full bridge inverter with unipolar switching strategy is also built to converter the dc source to a 60 Hz 110 V ac supply for an ac load. Finally, a standing alone photovoltaic power system with 800 W output power has been developed and used the TMS320LF2407 as the control core. Several experiments were conducted to validate this algorithm. The results of experiments show that the pulse charge and discharge bidirectional circuit works properly and the standing alone photovoltaic power system is able to provide the ac power for an ac load.

目錄
明志科技大學碩士學位論文指導教授推薦書 i
明志科技大學碩士學位論文口試委員審定書 ii
明志科技大學學位論文授權書 iii
誌謝 iv
摘要 v
Abstract vi
目錄 vii
表目錄 x
圖目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與方法 2
1.3 文獻探討 3
1.4 論文大綱 6
第二章 太陽能發電系統 7
2.1 太陽能電池 7
2.2 太陽能系統種類 10
2.3 太陽能電池端直流對直流轉換系統 11
2.3.1 直流對直流轉換器架構 11
2.3.2 最大功率點追蹤 13
2.4 蓄電池系統 23
2.4.1 蓄電池之種類、特性及性能 23
2.4.2 鉛酸電池之充電方式 24
2.5 負載端之直流對交流轉換系統 28
2.5.1 換流器電路 28
2.5.2 調變之方法 29
第三章 蓄電池脈衝充放電系統之探討 33
3.1 蓄電池脈衝充電之電路種類 33
3.1.1 脈衝充電之昇壓型轉換器 33
3.1.2 脈衝充電之昇降壓型轉換器 34
3.2 雙向型定電壓及定電流充放電轉換器 36
3.3 雙向型脈衝充放電轉換器 39
第四章 獨立型太陽能發電系統之研製 47
4.1系統數位信號處理器簡介 47
4.1.1 系統TMS320LF2407A週邊模組應用與介紹 49
4.1.2 事件管理模組(Event Manager)部份 50
4.1.3 類比/數位轉換器(ADC：Analog-to-Digital Converter) 51
4.1.4 同步功率開關信號之電力轉換器 53
4.2 系統之架構 54
4.3 最大功率追蹤之電路架構及軟體控制 58
4.4 蓄電池充放電電路及軟體控制 60
4.5 換流器電路及軟體控制 62
第五章 實測結果 65
5.1 獨立型系統規格 65
5.2 太陽能獨立型系統蓄電池充放電之實測 68
5.3 換流器電路之實測 74
5.4 太陽能獨立型系統最大功率追蹤之實測 76
5.5 太陽能獨立型系統負載工作狀態之實測 78
5.6 太陽能獨立型系統負載變動之實測 85
5.7 實測結果 94
第六章 結論及未來研究方向 95
6.1 結論 95
6-2 未來研究方向 95
參考文獻 97


表目錄
表 2.1太陽光電池之單板電氣規格(1KW/M2,25℃) 8
表 2.2 常用電池的特性比較 23
表5.1 系統規格表 65
表5.2 系統昇壓型轉換器元件規格表 65
表5.3 系統雙向充放電轉換器元件規格表 66
表5.4 系統全橋式換流器元件規格表 66
表5.5 獨立型太陽光電系統功率分配狀態表 79
表5.6 獨立型太陽光電系統負載變動狀態表 85

 
圖目錄
圖 2.1 太陽光電池的溫度特性 9
圖 2.2 太陽光電池的日照特性 9
圖 2.3 獨立型發電系統 10
圖 2.4 併聯型發電系統 11
圖 2.5 第一級昇壓型轉換電路 12
圖 2.6 第一級降壓型轉換電路 12
圖 2.7 第一級昇降壓型轉換電路 13
圖 2.8 功率回授法控制方塊圖 14
圖 2.9 擾動觀察法控制方塊圖 15
圖 2.10 最大功率追蹤控制主程式流程圖 16
圖 2.11 最大功率追蹤控制副程式流程圖 17
圖 2.12 增量電導法控制方塊圖 18
圖 2.13 增量電導法的控制流程圖 19
圖 2.14 增量電導法追蹤情況示意圖 20
圖 2.15 三點權位比較法最大功率點附近資料型態 21
圖 2.16 三點權位比較法照度變化時資料型態 21
圖 2.17 三點權位比較法控制流程圖 22
圖 2.18 定電流充電法之電壓電流曲線圖 25
圖 2.19 定電壓充電法之電壓電流曲線圖 25
圖 2.20 定電流定電壓充電法之電壓電流曲線圖 26
圖 2.21 脈衝充電法之電流曲線圖 27
圖2.22 REFLEX充電法之電流曲線圖 27
圖 2.23 單相橋式變流器的基本架構(A)半橋式、(B)全橋式 28
圖2.24 PWM雙電壓極性切換 30
圖2.25 PWM單極性電壓切換 32
圖3.1 修正後的BOOST直流轉換器 33
圖3.2 修正後BOOST直流轉換器輸出電流波形 34
圖3.3 修正後BUCK-BOOST直流轉換器 35
圖3.4 修正後BUCK-BOOST直流轉換器輸出電流波形 35
圖3.5 由降壓型與升壓型轉換器整合而成的雙向充放電轉換器 36
圖3.6 雙向型充放電電路 37
圖3.7 雙向充放電轉換器工作在充電模式 38
圖3.8 雙向充放電轉換器工作在放電模式 38
圖3.9 升降壓轉換器 39
圖3.10 功率開關Q1在導通時之等效電路 39
圖3.11 功率開關Q1在截止時之等效電路 40
圖3.12 雙向昇降壓脈衝充放電轉換器 42
圖3.13 功率開關Q2導通之等效電路 43
圖3.14 功率開關Q2截止之等效電路 43
圖3.15 雙向升降壓脈衝充放電轉換器電感與輸出波形 44
圖3.16 功率開關Q1導通之等效電路 45
圖3.17 功率開關Q1截止之等效電路 45
圖4.1 TMS320LF2407A之架構圖 48
圖4.2 數位信號處理器之系統規劃方塊圖 49
圖4.3 事件管理之通用計時器內部方塊圖 50
圖4.4 TIMER1與TIMER3之連續上下數模式 51
圖4.5 一組16通道串聯排序ADC模式 52
圖4.6 兩組8通道串聯排序ADC模式 52
圖4.7 同步PWM切換信號 53
圖 4.8 系統架構 54
圖4.9 系統主程式流程 57
圖4.10 系統最大功率追蹤電路圖 58
圖4.11 雙向昇降壓脈衝充放電電路圖 60
圖4.12 雙向充/放電電路控制流程圖 61
圖4.13 市電60HZ正弦波 63
圖4.14 正弦脈波寬度調變流程圖 63
圖4.15 單極性電壓切換信號(正半週狀態) 64
圖4.16 單極性電壓切換信號(負半週狀態) 64
圖5.1 系統架構實體圖 66
圖5.2 六顆串聯之深循環鉛酸電池實體圖 67
圖5.3 四片串聯之太陽能板實體圖 67
圖5.4 鉛酸電池脈衝放電工作在2A 68
圖5.5鉛酸電池脈衝放電工作在6A 69
圖5.6 鉛酸電池脈衝放電工作在7.5A 70
圖5.7 鉛酸電池脈衝充電工作在1A 71
圖5.8 鉛酸電池脈衝充電工作在2A 72
圖5.9 鉛酸電池脈衝充電工作在3A 73
圖5.10 換流器輸出功率50W狀態 74
圖5.11 換流器輸出功率75W狀態 75
圖5.12 換流器輸出功率170W狀態 75
圖5.13 最大功率追蹤工作在25W 76
圖5.14 最大功率追蹤工作在90W 77
圖5.15 最大功率追蹤工作在200W 77
圖5.16 系統狀態一實測波形圖 81
圖5.17 系統狀態二實測波形圖 82
圖5.18 系統狀態三實測波形圖 82
圖5.19 系統狀態四實測波形圖 83
圖5.20 系統狀態五實測波形圖 83
圖5.21 系統狀態六實測波形圖 84
圖5.22 系統狀態七實測波形圖 84
圖5.23 系統狀態一(負載0W到60W)實測波形圖 86
圖5.24 系統狀態一(負載60W到0W)實測波形圖 87
圖5.25 系統狀態一(負載60W到100W)實測波形圖 87
圖5.26 系統狀態二(負載0W到60W)實測波形圖 88
圖5.27 系統狀態二(負載60W到0W)實測波形圖 89
圖5.28 系統狀態二(負載60W到100W)實測波形圖 89
圖5.29 系統狀態三(負載0W到60W)實測波形圖 90
圖5.30 系統狀態三(負載60W到0W)實測波形圖 91
圖5.31 系統狀態三(負載60W到100W)實測波形圖 91
圖5.32 系統狀態四(負載0W到60W)實測波形圖 92
圖5.33 系統狀態四(負載60W到0W)實測波形圖 93
圖5.34 系統狀態四(負載60W到100W)實測波形圖 93

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