本論文提出的獨立型激磁式同步風力發電系統，在發電機部分使用三相激磁式同步發電機，利用電壓可控的特性，藉由控制激磁電流，可以讓它發出穩定的電壓，及控制轉速，可以控制它所發電的頻率，使發電機可以發出穩定的電源給大型的電力設備使用。
本論文採用同軸連接的方式，利用聯軸器在三相激磁式同步發電機的後方接上穩速伺服馬達，直接控制發電的頻率。並利用定電壓控制策略，藉由控制三相激磁式同步發電機的激磁場，讓它發出穩定的電源給負載使用。
因為風能在自然界中是千變萬化的，所以我們在定電壓控制策略的架構下加入能量流管理控制策略，當風能輸入大於負載消耗時，就將多餘的風能存入電池當中，讓風能做更有效率的利用。
此外，本論文也提出最佳轉速起動切離控制策略，藉由控制穩速伺服馬達的轉速，調整它的轉速增量，讓系統在啟動與切離的過程中，降低穩速伺服馬達的功率消耗，達到節能的目標。

In this thesis, we build the stand-alone excited synchronous wind power generator system(SESWPGS). In the generator part of SESWPGS, we use a three-phase excited synchronous generator. By controlling the excited current , it can generate fixed voltage magnitude to the loads. Besides, if we control the speed of this generator, we can control the frequency of the electricity. Finally, it can generate the steady voltage with fixed magnitude and frequency.
The wind power generator system in this thesis is a coaxial coupling structure between the servo motor and the three-phase excited synchronous generator. By controlling the speed of the servo motor, we can control the frequency of the electricity which is generated by three-phase excited synchronous generator. By using fixed-voltage control strategy, we can control the excited current to control the voltage value which generated by this generator.
Because of random changes of the wind power, we add the power flow management control strategy(PFMCS) to SESWPGS. When the wind power is larger than the consumption of loads, we charge the redundant power to the battery. That can increase the utility rate of the wind power .
Furthermore, when SESWPGS startup and shutdown, we use startup and shutdown at optimum speed control strategy(SSOSCS). By controlling the speed of the servo motor in SESWPGS, we can avoid the electrical consumption of the servo motor during SESWPGS startup and shutdown.

論文審定書 i
誌謝 ii
中文摘要 iii
Abstract iv
目錄 v
圖次 ix
表次 xiv
第一章 緒論 1
1.1研究動機與背景 1
1.2研究方法 3
1.3論文內容概述 4
第二章 風力發電系統簡介 5
2.1 前言 5
2.2 各種主流風力發電機之簡介 5
2.2.1雙饋式感應發電機 5
2.2.2永磁式同步發電機 6
2.2.3激磁式同步發電機(本論文使用) 7
2.3各種主流風力發電機之優缺點 8
2.3.1雙饋式感應發電機 8
2.3.2永磁式同步發電機 9
2.3.2永磁式同步發電機 9
2.3.3激磁式同步發電機 (本論文使用) 10
2.3.4各種主流風力發電機之優缺點比較表 10
2.4 獨立型激磁式同步風力發電系統架構[11] 12
第三章系統數學模型與控制策略介紹 14
3.1 前言 14
3.2 獨立型激磁式同步風力發電系統之同軸連接架構 14
3.3 穩速伺服馬達數學模型[12] 16
3.4 激磁式同步發電機之數學模型[12] 20
3.4.1激磁式同步發電機之定子方程式 22
3.4.2激磁式同步發電機之轉子方程式 23
3.5 負載箱之數學模型[13] 24
3.6磷酸鋰鐵電池模組 25
3.7穩速伺服馬達之轉速控制方法 26
3.8 控制策略介紹 28
3.8.1 最佳轉速起動切離控制策略 28
3.8.2 定電壓控制策略 35
3.8.3 能量流管理控制策略 36
第四章 獨立型Matlab模擬 41
4.1前言 41
4.2風機端之模組 42
4.3穩速伺服馬達之模組驗證 43
4.4激磁式同步發電機模組驗證 44
4.5磷酸鋰鐵電池模擬 45
4.6最佳轉速起動切離控制策略之模擬 46
4.6.1起動之模擬 46
4.6.2切離之模擬 48
4.7定電壓控制策略之模擬 50
4.8能量流管理控制策略之模擬 53
第五章 系統韌體及周邊電路 59
5.1 MCU介紹及腳位的規劃 59
5.1.1 MCU簡介 59
5.1.2 MCU腳位的規劃 62
5.2 系統韌體流程圖 64
5.3 周邊電路介紹 68
5.3.1電流感測電路 68
5.3.2交流電壓感測電路 68
5.3.3直流電壓感測電路 69
5.3.4激磁場控制電路 70
5.3.5電池充電控制電路 71
5.3.6伺服馬達位置脈波命令電路 72
5.3.7光編碼器回授電路 72
5.3.8直流電源供應電路 73
5.3.9力矩隔離電路 74
5.3.10電磁接觸器控制電路 75
5.3.11伺服馬達驅動器之介面電路(驅動板電路) 76
5.4 PCB電路圖及電路板的規劃及製作 77
5.4.1 第一塊：驅動器周邊電路整合之電路板 78
5.4.2 第二塊：激磁場與電池充電控制兩用之電路板 81
5.4.3 第三塊：發電機功率感測之電路板[33] 84
第六章 實驗過程與結果 86
6.1 MITSUBISHI泛用型交流伺服馬達與驅動器之簡介 86
6.2 三相激磁式同步發電機之規格簡介 88
6.3負載箱之規格介紹 89
6.4磷酸鋰鐵電池之規格介紹 90
6.5獨立型激磁式同步風力發電系統-同軸連接架構 91
6.6實驗步驟及原理 93
6.7實驗結果 97
6.7.1起動實驗 97
6.7.2切離實驗 103
6.7.3定電壓控制策略之實驗 108
6.7.4能量流管理控制策略之實驗 112
第七章 結論與未來展望 119
7.1結論 119
7.1.1前言 119
7.1.2結論 120
7.2未來展望 121
參考文獻 122

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