本論文為提出一創新風能發電控制架構，以求簡化系統架構和提高系統效率。我們將風能發電系統採用同軸連接，捨去了傳統風能發電系統齒輪箱，減少系統能量損耗和系統重量。發電系統部分採用了激磁式同步發電機，使用同步發電機可以避免感應發電機控制延遲的問題，因為採用激磁發電機可以移除後端AC-DC-AC電路直接將電力輸出進電網，減少後端控制電路的損耗。本論文另外提出了最大功率追蹤控制架構，藉此兩點提高整個風能發電系統的轉換效率，使輸入風能有效地轉換成電能。

The thesis proposed a novel wind power control structure, It simplifies system framework and improves system efficiency. We used coaxial coupling in wind power system, which removes the gear-box in the traditional wind power system, hence reduced energy loss and system weight. We used synchronous generator in generation system to avoid induction generator control delay. Because the use of excitation generator removes the AC-DC-AC circuit, the generator output can be connected to grid directly ,hence reduces the loss of the control circuit. In addition, the thesis proposed a Maximum Power Tracking Control with excitation synchronous generator, which improves the conversion efficiency of the wind power generation system. Wind power transforms electric power efficiently.

中文審定書.......................................................................i
英文審定書......................................................................ii
誌謝.................................................................................iii
中文摘要.........................................................................iv
英文摘要..........................................................................v
目　錄.............................................................................vi
圖　次.............................................................................ix
表　次............................................................................xii
第一章 緒論.................................................................... 1
1.1 研究動機與背景........................................................ 1
1.2 研究方法與系統描述................................................. 1
1.3 論文內容概述............................................................ 2
第二章 風能發電系統與發電機簡介................................. 3
2.1 風能發電系統種類..................................................... 3
2.1-1 非同步鼠籠式發電機.............................................. 3
2.1-2 雙饋式感應發電機................................................ 3
2.1-3 永磁式同步發電機................................................ 4
2.1-4 激磁式同步發電機................................................ 5
2.2 激磁式同步發電機之物理模型................................ 5
第三章 最大功率追蹤激磁控制數學推導模型............. 7
3.1 風力發電系統子分塊簡介....................................... 7
3.2 風機力矩變動分析................................................... 8
3.3控制端伺服馬達................................................. .......8
3.3-1 馬達模型推導........................................................9
3.3-2 控制端馬達定轉速模擬......................................13
3.3-3 強韌積分控制器..................................................13
3.4激磁式同步發電機之數學模型............................. 15
3.4-1 定子方程式..........................................................16
3.4-2 轉子方程式..........................................................16
3.5發電機激磁控制...................................................... 17
3.5-1 定功率控制啟動..................................................17
3.4-2 最大功率追蹤控制..............................................18
3.6負載箱模擬.............................................................. 19
第四章 最大功率追蹤控制MATLAB模擬.................... 21
4.1 控制端伺服馬達穩速控制...................................... 21
4.2 發電機固定激磁電壓驗證模型.............................. 23
4.3 發電機激磁定功率控制架構.................................. 25
4.4風能發電系統最大功率追蹤架構............................27
4.4-1 風能輸入步階變動之系統響應...........................27
4.4-2 風能輸入弦波擾動之系統響應...........................32
第五章 硬體電路實現與實驗結果分析........................ 36
5.1控制晶片簡介............................................................37
5.2風能發電系統控制電路簡介....................................39
5.2-1 激磁場控制電路...................................................40
5.2-2 發電機輸出功率回授電路...................................41
5.2-3 馬達功率偵測電路...............................................43
5.3實驗步驟....................................................................43
5.4實驗結果分析............................................................45
第六章 結論與未來展望................................................ 54
6.1結論............................................................................54
6.2未來展望....................................................................55
參考文獻......................................................................... 56

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