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論文名稱 Title |
直接併網型勵磁式同步風力發電系統之自動參數校正 Direct Grid-Connected Excited Synchronous Wind Power System with Auto Parameter Calibration |
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系所名稱 Department |
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畢業學年期 Year, semester |
語文別 Language |
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學位類別 Degree |
頁數 Number of pages |
100 |
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研究生 Author |
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指導教授 Advisor |
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召集委員 Convenor |
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口試委員 Advisory Committee |
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口試日期 Date of Exam |
2016-07-07 |
繳交日期 Date of Submission |
2016-07-21 |
關鍵字 Keywords |
風力發電系統、伺服馬達控制、市電併聯、勵磁式同步發電機、自動參數校正、功因修正 Servo Motor Control, Grid connection, Excited Synchronous Generator, Power Factor Correction, Auto Parameter Calibration, Wind Turbine |
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統計 Statistics |
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中文摘要 |
本論文提出之直接併網型勵磁式風力發電系統採用傳統勵磁式同步發電機以同軸之方式連接一穩速伺服馬達為主要架構。利用勵磁式同步發電機不需要功率轉換器就能併網的特性,可直接輸出高壓且提高可靠度。 同軸連接之穩速伺服馬達用來調整發電機輸出之頻率相位,以達到市電及發電機電壓同步之併網準備,並在併網期間,進行功因修正,將電能有效的輸出至電網,過程中卻又盡可能的不消耗能量。並可在併網過程中透過馬達提供能量,增加發電機輸出功率。本論文亦提出自動參數校正策略,在整機過程中利用韌體校正系統參數,省去多餘的調校過程。搭配上韌體中的各式控制方法,讓風能可以有效地轉換成電能輸出至電網,由實驗結果驗證此系統優異的性能。 |
Abstract |
This thesis proposes the direct grid-connected excited synchronous wind power system by using traditional excited synchronous generator connected to a servo motor in coaxial framework. Because the excited synchronous generator doesn’t need power converter, it can operate in high voltage and reliability can be improved. The servo motor adjusted the frequency and the phase of the generator output to achieve the condition of grid connection, correcting the power factor during grid connected. However, the servo motor hardly consumes power. When grid is connected, the servo motor offers power to promote generator output. Besides, this thesis proposes auto parameter calibration, correcting parameter by the firmware, eliminating the unnecessary procedure. Through the control strategy, the system can convert the wind power to electrical power efficiently. |
目次 Table of Contents |
中文審定書 i 誌 謝 ii 摘 要 iii Abstract iv 目 錄 v 圖 次 viii 表 次 xi 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 常見發電機種類簡介 7 2.2.1 鼠籠式非同步感應發電機 7 2.2.2 雙饋式非同步感應發電機 8 2.2.3 永磁式同步發電機 9 2.2.4 勵磁式同步發電機 9 2.3本論文採用勵磁式同步發電機之原因 10 第三章 架構、控制方法及自動參數校正功能 12 3.1 直接併網型勵磁式同步風力發電系統架構 12 3.2 伺服馬達位置控制架構 13 3.3 啟動切離控制策略 14 3.4 定電壓控制策略 14 3.4.1馬達穩壓模式 15 3.4.1電池穩壓模式 15 3.5最大功率追蹤控制策略 16 3.6 同步及功因修正策略 17 3.7 系統參數自動校正策略 19 3.7.1 Z訊號及發電機電壓零交越點相位校正 19 3.7.2 Z系統穩速自動校正 21 第四章 數學模型推導及MATLAB模擬 22 4.1 控制端伺服馬達模型 23 4.1.1 伺服馬達數學模型推導 23 4.1.2 伺服馬達定轉速控制模型 27 4.1.3 強韌積分控制器 28 4.2 激磁式同步發電機模型 30 4.2.1 定子方程式 32 4.2.2 轉子方程式 32 4.3 市電併聯及負載箱模型 33 4.4 模擬結果分析 35 4.4.1 激磁式同步發電機模型驗證 35 4.4.2 啟動切離模擬 36 4.4.3 相位同步模擬 39 4.4.4 功因修正模擬 41 4.4.5 風能力矩變動模擬 43 第五章 系統韌體與週邊電路 46 5.1 微控制器介紹及腳位規劃 46 5.2 系統韌體流程圖 49 5.3微控制器電路板 54 5.3.1勵磁場電路板 57 5.3.2感測電路板 58 5.3.3馬達驅動電路板 59 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 61 5.4.3 負載箱 63 5.4.4 電池 65 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 參數自動校正實驗 74 6.2.4 同步及功因修正實驗 78 6.2.5 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 |
參考文獻 References |
[1] “《英派革新》蔡英文的永續能源政策”,民國104年 [2] 林育立,“全世界最優良風場:台灣海峽風機蓄勢待發“,民國104年 [3] 林大惠、張永源、黃聰文,“台灣離岸風電的規劃與現況”,民國104年 [4] Tzuen-Lih Chern, Ping-Lung Pan, Yu-Lun Chern, Wei-Ting Chern, Whei-Min Lin, Member, IEEE,Chih-Chiang Cheng, Jyh-Horng Chou, Senior Member, IEEE, and Long-Chen Chen,” Excitation Synchronous Wind Power Generators With Maximum Power Tracking Scheme”, IEEE TRANSACTIONS ON SUSTAINABLE ENERGY。 [5] 牛山 泉, “風力能源與風力發電系統設計”,民國 100 年。 [6] 台灣發明專利,發明人:陳遵立及其研究團隊“可應用於風力發電之激磁式同 步發電機最大功率追蹤控制方法” 發明證書第I 446138號),2014.~2034 [7] 美國發明專利,發明人:陳遵立及其研究團隊“Wind Power Generation System and Method for controlling Excitation Synchronous Generator thereof” 發明證 書第US 8,853,875 B2號,期限:2014~2034. [8] 日本發明專利,發明人:陳遵立及其研究團隊“風力発電システム及びその励 磁同期発電機の制御方法”,發明證書特許第5636412號。期限: 2014~2034 [9] 日本發明專利,發明人:陳遵立及其研究團隊”風力発電の励磁同期発電シス テム及びその制御方法” 發明證書特許第5712124號。期限: 2015~2035 [10] 中國發明專利,發明人:陳遵立及其研究團隊“励磁同步发电机最大功率追踪 控制方法”, 發明專利證書第1633667號, 期限: 2015~2035 [11] 台灣發明專利,發明人:陳遵立及其研究團隊“風力發電系統及其激磁式同步發電機的控制方法” 發明證書發明第 I488425號,期限: 2015~2032 [12] 中國發明專利,發明人:陳遵立及其研究團隊“风力发电系统的励磁式同步 发电机的控制方法”,發明專利證書第1934047號, 期限: 2016~2036。 [13] 林筱秋,“雙饋式感應發電機之低電壓忍受能力改善方法研究”,國立中山 大學電機工程學系碩士論文,民國99 年7 月。 [14] 吳東昇, “風力發電機之低電壓忍受能力分析比較” ,國立中山大學電機工程學系碩士論文,民國 102 年 9 月。 [15] 固也泰電子工業有限公司,固也泰發電機研習網 : http://edu.kutai.com.tw/gen.html [16] 趙安立,“無感測轉速控制驅動器應用於雙相半波無刷直流風扇馬達”,國 立中山 大學電機工程學系碩士論文,民國96 年7 月。 [17] 林敦頤,“強韌型積分結構控制電液壓伺服驅動器之研製”,國立中山大學 電機工程學系碩士論文,民國99 年9 月。 [18] 林柏峰, “離岸式風力發電與台灣”,民國 97 年3月。 [19] 三菱電機,伺服馬達與驅動器型錄: http://www.mitsubishielectric.com.tw/product_view/152 [20] Tzuen-Lih Chern, Jerome Chang, Geeng-Kwei Chang,”DSP-Based Integral Variable Structure Model Following Control for Brushless DC Motor Drivers”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS。 [21] 陳俊宇,“高效率無感測直流變頻壓縮機驅動器之研製”國立中山大學電機 工程學系碩士論文,民國98 年12 月。 [22] 陳遵立教授著,“交直流馬達控制講義”,中山大學電機系。 [23] 陳遵立,黃聰謀,蘇謙懷, “利用PI 控制器同步風力發電激磁控制 The Control Of Synchronism Wind Turbine using PI Controller”,2011 台灣風能學 術研討會,G2-007,台灣澎湖科技大學,2010 年12 月17 日。 [24] 陳韋廷, “創新風力發電系統之激磁式同步發電機之最大功率追蹤控制” ,國立中山大學電機工程學系碩士論文,民國102 年2 月。 [25] 蘇謙懷, “創新風力發電之激磁式同步發電機之穩定度控制”,國立中山大學電機工程學系碩士論文,民國102 年2 月。 [26] IEEE Guide,”Test Procedures for Synchronous Machines”IEEE Standards, 12 December 1995。 [27] WWW.ALLDATASHEET.COM, LM1117 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=LM1117 [28] WWW.ALLDATASHEET.COM, IRFP460 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=IRFP460 [29] WWW.ALLDATASHEET.COM, TLP250 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=TLP250 [30] 謝斌垚, “獨立型激磁式同步風力發電機之最佳系統運作及能量流管理控制策略”,國立中山大學電機工程學系碩士論文,民國104 年6月。 [31] WWW.ALLDATASHEET.COM, TL072 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=TL072 [32] WWW.ALLDATASHEET.COM, TL431 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=TL431 [33] LEM,電流感測元件: http://www.lem.com [34] WWW.ALLDATASHEET.COM, LM393 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=LM393 [35] 田又豪, “併網型激磁式同步風力發電系統之定電壓與最佳功率追蹤控制策略”,國立中山大學電機工程學系碩士論文,民國104 年6月。[36] WWW.ALLDATASHEET.COM, ULN2003 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=ULN2003 [37] WWW.ALLDATASHEET.COM, AM26LS32 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=AM26LS32 [38] WWW.ALLDATASHEET.COM, 6N137 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=6N137 [39] WWW.ALLDATASHEET.COM, 7407 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=7407 [40] WWW.ALLDATASHEET.COM, AM26LS31 datasheet: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=AM26LS31 [41] 張家豪, “併網型激磁式同步風力發電系統之啟動切離及功因修正控制策略”,國立中山大學電機工程學系碩士論文,民國104 年6月。 [42] 擎億股份有限公司(CIG Power),小型發電機頭客製化: http://www.cigpower.com/goods.php?catId=83 |
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