本文探討由風力發電機與燃料電池分散式發電系統建立而成之智慧型能源管理系統及其運轉性能，此系統包含風力發電系統、燃料電池發電系統、儲能系統以及智慧型控制器。風機和燃料電池為提供給系統的主要能源。本文利用MATLAB/Simulink來建立分散式發電系統控制的智慧型能源管理系統並模擬分析。為了使智慧型能源管理系統皆可操作在最大功率點以及系統實功率快速達到穩定的響應，本文提出的智慧型控制器，包含廣義迴歸類神經網路結合比例積分微分控制器與改良型模糊遞迴式類神經網路，將其應用於燃料電池發電系統與風力發電系統之最大功率追蹤。其中風力發電系統之葉片旋角控制器是利用改良型模糊遞迴式類神經網路，由控制器輸出的旋角，來控制風力渦輪機的輸出功率及發電機輸出功率，以達到最大功率追蹤。而燃料電池發電系統則利用廣義迴歸類神經網路結合比例積分微分控制器，由控制器輸出信號來控制直流/直流控昇壓器，以達到最大功率輸出。

In the thesis, a smart energy management system (SEMS) is constructed including wind power generators and fuel cells. There are wind power generation system, fuel cell generation system, energy storage system, and intelligent power controller inside the whole power system. The wind turbines and fuel cells supply the main power of the system. Matlab/Simulink is used to build a distributed generation smart energy management controlled system for simulation and analysis in the thesis. To reach the stable response of the real power in the system rapidly by making the SEMS be operated at the point of maximum power, a smart controller is presented including General Regression Neural Network combined with PID controller and Fuzzy Elman Neural Network (FENN). As the wind power generators, the pitch angle is controlled by FENN to reach the maximum power output. On the other hand, PID GRNN is used to control the DC/DC boost converter to reach the maximum power output of fuel cells.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖次 vii
表次 x
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機 1
1.3 本論文貢獻 2
1.4 論文架構 3
第二章 分散式發電系統之模型與原理 4
2.1 風力發電系統介紹 4
2.1.1 風能簡介 4
2.1.2 風力機發電與控制原理 4
2.1.3 感應發電機基本原理與數學模型 8
2.1.4 風力發電系統之工作模式 12
2.2 燃料電池發電系統介紹 14
2.2.1 燃料電池簡介 14
2.2.2 燃料電池之動作原理與特性 16
2.2.3 燃料電池發電系統之工作模式 21
2.3 升壓型直流/直流轉換器與直流/交流轉換器模型 21
2.3.1 升壓型直流/直流轉換器模型 21
2.3.2 直流/交流轉換器模型 23
2.3.3 直流/交流轉換器之數學模型 25
2.4 能量儲存系統 28
第三章 智慧型控制器之理論與應用 29
3.1 類神經網路控制架構 29
3.2 燃料電池控制器之設計 32
3.2.1廣義迴歸類神經網路結合比例積分微分控制器 32
3.2.2廣義迴歸類神經網路結合比例積分微分之設計 37
3.3風機旋角控制器之設計 39
3.3.1改良型遞迴式類神經網路架構 39
3.3.2模糊系統歸屬函數與規則庫介紹 43
3.3.3模糊系統測試結果 47
3.3.4改良型模糊遞迴式網路架構 48
第四章 分散式發電之最大功率追蹤控制 49
4.1 前言 49
4.2風力發電系統之最大功率追蹤設計原理 49
4.2.1旋角控制之設計原理 49
4.2.2模糊控制器於旋角控制之設計 50
4.2.3改良型遞迴式控制器於控制器於旋角控制之設計 51
4.2.4改良型模糊遞迴式控制器於旋角控制之設計 51
4.3燃料電池發電系統之最大功率追蹤設計原理 53
4.3.1燃料電池發電系統之最大功率追蹤控制 53
4.3.2 擾動觀察法最大功率追蹤之設計 54
4.3.3廣義迴歸類神經網路結合比例積分微分最大功率追蹤之設計 55
第五章 分散式發電系統之模擬結果 56
5.1 前言 56
5.2分散式發電系統架構 56
5.3 智慧型控制器效能分析 58
5.3.1燃料電池系統控制器比較 58
5.3.2風力發電系統控制器比較 60
5.4市電併聯型模擬與驗證 62
5.4.1環境因素固定分析 62
5.4.2 燃電溫度變化影響比較 63
5.4.3 風速變化影響分析 64
5.4.4 能源管理機組調度模擬分析 72
第六章 結論與未來研究方向 80
6.1 結論 80
6.2 未來研究方向 81
參考文獻 82

[1] S. R. Bull, “Renewable Energy Today and Tomorrow,” Proceedings of the IEEE, vol. 89, issue. 8, pp. 1216-1226, 2001.
[2] D. J. Cox and T.Davis, “Distributed Generation and Sensing for Intelligent Distributed Microgrids,” IEEE/SMC International Conference on System of Systems Engineering, Los Angeles, California, pp.5, 2006.
[3] R. H. Lasseter, “Microgrids,” IEEE Power Engneering Society Winter Meeting, vol. 1, pp. 305-308, 2002.
[4] J. G. Slootweg, S. W. H. de Hann, H. Polinder and W. L. Kling, “General Model for Representing Variable Speed Wind Turbines in Power System Dynamics Simulations,” IEEE Transactions Power Systems, vol. 18, no. 1, pp. 144-151, 2003.
[5] “SimPowerSystems for Use with Simulink,” MATLAB, 2009
[6] 張智凱，“應用智慧型最大功率追蹤控制於再生能源發電系統”，國立中山大學電機工程學研究所碩士學位論文，民國一百零一年八月。
[7] A. Grauers, “Efficiency of three wind energy generator systems,” IEEE Transactions Energy Conversion, vol. 11, no. 3, pp. 650-657, 1996.
[8] 張簡南益，“以智慧型控制理論為基礎之太陽能與柴油-風力複合發電功率控制系統之研製”，國立中山大學電機工程學研究所碩士學位論文，民國九十九年六月。
[9] 財團法人台灣經濟研究院 台灣燃料電池資訊網。
[10] Frano Barbir, “PEM Fuel Cells：Theory and Practice,” AmsterdamBoston Heidelberg London New York Oxford Paris San Diego San Francisco Singapore Sydney Tokyo, Chapter 1-3, 2005.
[11] E. Brillas, F. Alcaide and P. Cabot, ”A small-scale flow alkaline fuel cell for on-site production of hydrogen peroxide,“ Electrochimica Acta vol. 48, issue. 4, pp. 331-340, 2002.
[12] F. Moand W. Kinsner, “Wavelet Modelling of Transients in Power Systems,”IEEEConference on Communications, Power and Computing. WESCANEX 97Proceedings, pp.132-137,May.1997.
[13] Surya Santoso, J. Edward, W. Mack Grady, and Antony C. Parsons, “Power Quality Disturbance Waveform Recognition Using Wavelet-Based Neural Classifier-Part I:Theoretical Foundation,”IEEE Transactions onPower Delivery, vol.15, no.1, pp.222-228, Jan.2000.
[14] Surya Santoso, J. Edward, W. Mack Grady, and Antony C. Parsons, “Power Quality Disturbance Waveform Recognition Using Wavelet-Based Neural Classifier II: Application,”IEEE Transactions onPower Delivery, vol.15, no.1, pp.229-235, Jan.2000.
[15] Wei-Rong Chen, Qing-Quan Qian,and Xiao-Ru Wang, “Wavelet Neural Network Based Transient Fault Signal Detection and Identification,”Information Communications and Signal Processing 1997. ICICS Proceedings of 1997 International Conference onvol.3, pp.1377-1381,vol.3, 9-12 Sep.1997.
[16] 謝秉成，「智慧型電力品質事件辨識」，逢甲大學碩士論文，2002年。
[17] 周鵬程，“類神經網路入門”，全華科技圖書股份有限公司，民國95年1月。
[18] D.F. Specht, “Probabilistic Neural Network for Classification, Mapping, or Associative Memory, ” Proc. IEEE Int. Conf. Neural Network, San Diego, CA, vol.1, pp. 525-532, 1988.
[19] Specht, D. F., “A General Regression Neural Network,”IEEE Transaction on Neural Network, pp. 568-576, 1991.
[20] 鄭育皓，“應用模糊支撐向量機於電力系統故障類型與位置偵測”，國立中山大學電機工程學研究所碩士學位論文，民國一百零三年七月。
[21] Zunko, Povh and Weinhold, “Basic control of UPFC”, IEEE Transaction on Power Systems, vol. 12, no. 4, pp. 1734-1739, Nov. 1997.
[22] 盧強與孫原章，“電力系統非線性控制”，科學出版社，民國八十二年。
[23] Lin S C and Park J K., “RBF Network Based Sliding Mode Control,”IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics, pp.1957-1961, 1998.
[24] 洪志明，“智慧型無轉速感測器之風力發電系統最大功率追蹤控制”，國立中山大學電機工程學研究所博士學位論文，民國一百年八月。
[25] 李春林、歐庭嘉與李昭德，“直流電力系統混合再生能源於智慧型家電之應用”，行政院原子委員會核能研究所，2008年電力工程研討會。
[26] Caisheng Wang, Nehrir and M.H.,“Power Management of a Stand-Alone Wind/Photovoltaic/Fuel Cell Energy System,”IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 23, pp. 957-967, Sept. 2008.
[27] 王漢威，“應用智慧型轉速與旋角控制器於離岸式風力發電系統”，國立中山大學電機工程學研究所碩士學位論文，民國一百零三年七月。
[28] Leila Fallah Araghi, Farbod Setoudeh, “Stability of Fuzzy Elman Neural Network Using Joint Spectral Radius Spectral Radius of Matrix Dynamic Systems” Proceedings of the International MultiConference of Engineers and Computer Scientists 2009 Vol II, IMECS 2009, 2009。
[29] Vikas Kumar, Prerna Gaur, A.P. Mittal, “ANN based self tuned PID like adaptive controller design for high performance PMSM position control,” Division of Instrumentation and Control Engineering, Netaji Subhas Institute of Technology, 2014。
[30] http://www.moneydj.com/KMDJ/wiki/wikiViewer.aspx?keyid=eca54875-62a8-40aa-b303-6e8076b580d2
[31] A. J. Leo, A. K. Kush, “Santa Clara 2MW Fuel cell Demonstration Design, Construction, and Permitting Report,” Electric Power Research Institute, 1996。
[32] 洪語禪，「微電網內蓄電池儲能系統裝置最佳化」，碩士論文，國立台灣海洋大學電機工程研究所，民國一百零三年二月。
[33] 黃詩婷，「使用基因演算法進行微電網前一日機組排程」，碩士論文，國立台灣海洋大學電機工程研究所，民國一百三年六月。