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研究生: 鄭培展
Cheng, Pei-Chan
論文名稱: 以FPGA為基礎之市電併聯型1.2kW風力發電電能轉換系統研製
Design and implementation of an FPGA based grid-connected 1.2kW wind power conversion system.
指導教授: 楊宏澤
Yang, H.T.
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 市併型風力發電系統改良型三點權位法FPGA
外文關鍵詞: Grid Connected Wind Generation System, Modified Three Point Weight Comparison Method, FPGA
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  • 再生能源雖具發展成為最重要之電能來源之一的潛力,惟具發電成本過高、轉換效率較低之缺點。本文乃研製一可應用於具儲能設備之市併型風力發電電能轉換系統,其中改良系統架構及最大功率追蹤控制法,使系統具有較低成本、較高轉換效率的特點,並藉由可規劃邏輯閘陣列(FPGA)程式發展器,透過硬體描述語言(Verilog HDL)撰寫程式進行系統控制。本系統針對風力發電機特性進行最大功率追蹤控制,以電池配合調控輸出電量,其中改變傳統雙向電能轉換器架構,利用上下兩功率開關的調控使其在原有充放電控制功能外,亦取代傳統升壓電路功率開關的動作,達到簡化系統架構並提升效能、降低成本的目的。另本文提出改良式三點權位法,將功率變化量作為參數控制權值訂定的依據,此法可使運轉點更貼近最大功率曲線,增加原有三點權位法的追蹤速度及準確性,提高最大功率追蹤的效率。本文所提系統架構及控制方法經實際測試於1.2kW電能轉換系統證實具有最大功率追蹤及電池充放電功能外,並可獨立供電給負載電能,或與市電併聯進行實虛功的輸出控制。

    Though renewable energy possesses the potential becoming one of most important power energy resources, its cost is high and efficiency is still low. The thesis intends to design and implement a grid-connected wind power conversion system with energy storage device. With simplified system architecture and improved maximum power point tracking (MPPT) control scheme, the proposed system has the advantages of lower cost and higher conversion efficiency. The controller used for the system is field programmable gate array (FPGA) program device developed in hardware description language (Verilog HDL). Depending on the characteristics of wind turbine generation, the MPPT control is conducted with the output power regulated by batteries. The structure of traditional bi-directional converter is improved by using only upper and lower power switches to achieve both original charging/discharging control purpose and replace the active power switch of the traditional boost converter. Not only the performance of the system is enhanced, but the cost can be reduced. Besides, a modified Three Point Weight Comparison (TPWC) Method is proposed in the thesis. It uses the variation rate of the power output as a weight-tuning control parameter. The maximum power curve can be tacked closer with higher tracking speed and efficiency than the original TPWC Method. The proposed system structure and control method have been verified on a practical 1.2kW wind-power conversion system. The experimental results show that the enhanced MPPT control and battery charging/discharging functions can be achieved for off-grid and on-grid operations, where real and reactive power output can be controlled according to system requirements.

    摘 要 IV 圖目錄 X 表目錄 XV 第一章 緒論 1 1-1 研究背景及動機 1 1-2 文獻回顧 5 1-3 研究目的與方法 8 1-4 本文貢獻 9 1-5 論文組織 10 第二章 風力發電系統 11 2-1 本章簡介 11 2-2 風力發電機種類 11 2-3 風力發電機特性 13 2-4 DC-DC電能轉換器 15 2-4-1 DC-DC電能轉換器 15 2-4-2 雙向直流電能轉換器 18 2-5 DC-AC電能轉換器 22 2-6 最大功率追蹤法 26 2-6-1 擾動觀察法 26 2-6-2 增量電導法 28 2-6-3 三點權位法 30 2-7 本章結論 33 第三章 所提電能轉換器架構與設計 34 3-1 本章簡介 34 3-2 所提系統架構與特色 34 3-3 所提最大功率追蹤控制方法 42 3-4 FPGA控制器設計 46 3-4-1 電壓&電流數位訊號控制(ADC) 50 3-4-2 最大功率追蹤控制(MPPT) 53 3-4-3 電池充放電控制(Charge control) 54 3-4-4直流電壓電流輸出控制 (DC Voltage & Current Control) 56 3-4-5交流電壓電流輸出控制(AC Voltage & Current Control) 58 3-4-6 脈波寬度調變器(PWM) 60 3-4-7 正弦波脈波寬度調變器(SPWM) 61 3-5 系統電路設計方法 62 3-5-1 電力電路設計 62 3-5-2 回授電路設計 67 3-6 本章結論 69 第四章 系統電路製作與實驗結果 70 4-1 本章簡介 70 4-2 系統規格 70 4-3 數值模擬結果 73 4-3-1 本文所提電能轉換器數值模擬 73 4-3-2 最大功率追蹤控制 75 4-4 實驗結果與討論 77 4-4-1 最大功率追蹤控制 80 4-4-2 電池充放電控制 82 4-4-3 市電併聯控制 83 4-4-4 獨立供電模式 86 4-5 本章結論 89 第五章 結論與未來研究方向 90 5-1 結論 90 5-2 未來研究方向 91 參考文獻 92

    參考文獻
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    下載圖示 校內:2015-08-26公開
    校外:2015-08-26公開
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