本論文提出一創新的風力發電系統架構，以簡化風力發電系統的架構和提升風力發電系統的效率。此風力發電系統採用同軸連接，在發電機的部分，本論文使用激磁式同步發電機，不須使用轉換電路，便可將其輸出功率與市電併聯。

本論文另外提出最大功率追蹤控制策略，使得激磁式同步發電機的輸出功率能夠追蹤風機輸入功率的變化，達到最大功率追蹤控制策略的效果，進而提升風力發電系統的效率，最後將激磁式同步發電機的輸出功率與市電併聯，根據實驗結果可知，本論文所提出的最大功率追蹤控制策略可以有效地將激磁式同步發電機的輸出功率與市電併聯，以達成本論文的目的。

This thesis presents a novel structure of wind power system, which simplifies the framework and improves the efficiency of traditional wind power system. Comparing to induction generator and permanent magnet synchronous generator, the proposed wind power system adapts the structure of coaxial coupling and equips the excitation synchronous generator. The proposed wind power system can be connected to grid directly without the voltage converter of the generator output.

In addition, this thesis proposes a method of Maximum Power Tracking Control used in the proposed structure,
which improves the efficiency of traditional wind power system. According to the result of experiment, the real power of the proposed wind power system can be transported to the grid side.

中文審定書 ................................................................................................ i
誌謝 ......................................................................................................... ii
中文摘要 .................................................................................................. iii
Abstract ................................................................................................... iv
目錄 ......................................................................................................... v
圖次 ....................................................................................................... viii
表次 ....................................................................................................... xii
第一章 緒論 .............................................................................................. 1
1.1 研究動機與背景 ................................................................................... 1
1.2 系統描述與研究方法 ............................................................................. 1
1.3 論文內容概述 ....................................................................................... 3
第二章 風力發電系統之發電機簡介 .............................................................. 4
2.1 發電機的種類與特性 ............................................................................. 5
2.1.1 文獻回顧―鼠籠式非同步發電機[3] ................................................... 5
2.1.2 文獻回顧―雙饋式非同步感應發電機[4] ............................................. 5
2.1.3 文獻回顧―永磁式同步發電機[5] ...................................................... 6
2.1.4 激磁式同步發電機 .......................................................................... 7
2.2 激磁式同步發電機之構造介紹 ................................................................ 8
第三章 最大功率追蹤控制策略之原理與數學模型 ......................................... 10
3.1 風力發電子系統之簡介 ........................................................................ 10
3.2 風機輸入功率變動模型 ........................................................................ 11
3.3 伺服馬達與其控制器之模型 ................................................................. 12
3.3.1 穩速同步馬達數學模型之推導 ........................................................ 12
3.3.2 穩速同步馬達定轉速控制模型 ........................................................ 16
3.3.3 強韌積分控制器 ............................................................................ 17
3.4 激磁式同步發電機之數學模型 .............................................................. 18
3.4.1 定子方程式 .................................................................................. 19
3.4.2 轉子方程式 .................................................................................. 20
3.5 功率控制策略 ..................................................................................... 20
3.5.1 定功率控制策略 ............................................................................ 21
3.5.2 最大功率追蹤控制策略 .................................................................. 21
3.6 負載箱模型 ........................................................................................ 22
3.7 市電併聯系統模型 ............................................................................... 24
第四章 風力發電系統MATLAB®模型 .......................................................... 25
4.1 穩速同步馬達速度控制模型 .................................................................. 25
4.2 驗證激磁式同步發電機模型 .................................................................. 27
4.3 風力發電系統之定功率控制策略模型 ..................................................... 28
4.3.1 風機步階輸入功率之定功率控制策略模型 ......................................... 28
4.3.2 風機弦波輸入功率之定功率控制策略模型 ......................................... 29
4.4 風力發電系統之最大功率追蹤控制策略模型 ........................................... 31
4.4.1 風機步階輸入功率之最大功率追蹤控制策略模型 ............................... 31
4.4.2 風機弦波輸入功率之最大功率追蹤控制策略模型 ............................... 32
4.5 市電併聯之最大功率追蹤控制策略模型 .................................................. 33
4.5.1 市電併聯之風機步階輸入功率之最大功率追蹤控制策略模型 ................33
4.5.2 市電併聯之風機弦波輸入功率之最大功率追蹤控制策略模型 ................35
第五章 數位訊號處理器 ............................................................................. 36
5.1 DSP 資訊簡介 .................................................................................... 36
5.2 DSP 使用模組介紹 .............................................................................. 39
5.2.1 ADC (Analog-to-Digital Converter) ................................................... 39
5.2.2 ePWM (Enhanced Pulse Width Modulator) ...................................... 40
5.2.3 eQEP (Enhanced Quadrature Encoder Pulse) .................................. 42
5.2.4 GPIO (General-Purpose Input/Output) .............................................. 44
5.2.5 PIE (Peripheral Interrupt Expansion) ................................................ 46
5.2.6 IQmath ......................................................................................... 49
第六章 風力發電系統的實驗過程與結果 ....................................................... 50
6.1 MITSUBISHI®泛用型伺服馬達與伺服驅動器簡介 .................................... 50
6.2 激磁式同步發電機之規格簡介 ............................................................... 51
6.3 風力發電系統之回授電路介紹 ............................................................... 53
6.3.1 電壓回授電路 ................................................................................ 54
6.3.2 電流回授電路 ................................................................................ 55
6.3.3 光編碼器回授電路 .......................................................................... 57
6.3.4 功率級激磁場控制電路 ................................................................... 59
6.4 實驗步驟 ............................................................................................. 61
6.5 實驗結果 ............................................................................................. 66
6.5.1 未併市電之定功率控制策略實驗 ....................................................... 67
6.5.2 未併市電之最大功率追蹤控制策略實驗 ............................................. 69
6.5.3 市電併聯之最大功率追蹤控制策略實驗 ............................................. 71
第七章 總結與未來展望 .............................................................................. 73
7.1 總結 .................................................................................................... 73
7.2 未來展望 ............................................................................................. 74
參考文獻 ................................................................................................... 75

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http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=6N137
[21] WWW.ALLDATASHEET.COM, 7407 datasheet:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=740777
[22] WWW.ALLDATASHEET.COM, IRFP460 datasheet:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=IRFP460
[23] WWW.ALLDATASHEET.COM, TLP250 datasheet:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=TLP250
[24] WWW.ALLDATASHEET.COM, 30EPH06 datasheet:
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[27] 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，2013 年2 月。