本論文提出一創新風力發電系統架構，在此創新系統架構中，我們將風力端、激磁式同步發電機以及伺服馬達以同軸的方式相連，合成風能和伺服馬達能量帶動激磁式同步發電機達到發電的目的。發電系統部分採用了激磁式同步發電機搭配伺服馬達的相位追隨策略進行位置控制，以此方式可以穩定激磁式同步發電機轉速、電壓頻率以及使發電機輸出相位跟市電同步的目的，並在併網後進行功因修正。如此可以移除永磁式發電機後端必須的AC-DC-AC電路，可以直接將電力輸進電網，減少後端控制電路的損耗。最後藉由模擬及實驗證明本創新風能發電控制架構於風能變動時，具有良好的穩定度。

This thesis proposes a novel wind power generator system with an excitation synchronous generator. It simplifies system framework and improves system efficiency. We used coaxial coupling in wind power system that can reduce gear-box in the traditional wind power system. In this system, the excitation synchronous generator are controlled by servo motor, therefore we can use sevro motor position control with phase tracking control strategy to maintain generator’s rotation speed, frequency, phase. By control servo motor, we can connect grid without power electronics., and make power factor control after grid-connected. By simulation and experiment, the proposed wind power generator system achieves the goal of high performance power generation with good stability.

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英文摘要 iv
目　錄 v
圖　次 vii
表　次 x
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 3
第二章 風力發電系統簡介 4
2.1 風能發電架構 4
2.2 常見風力發電機種類 6
2.2.1 非同步鼠籠式發電機 6
2.2.2雙饋式感應發電機 7
2.2.3永磁式同步發電機 7
2.2.4激磁式同步發電機 8
2.3 本論文選用激磁式同步發電機之原因 9
第三章 創新風力發電之激磁式同步發電機系統架構介紹 10
3.1創新風力發電之激磁式同步發電機系統架構 10
3.2 伺服馬達位置控制架構 11
3.3相位追隨與功因修正控制策略 13
第四章 數學模型推導及Matlab/Simulink模擬 16
4.1 控制端伺服馬達 16
4.1.1伺服馬達數學模型推導 16
4.1.2 強韌積分控制器 20
4.2 激磁式同步發電機之數學模型 22
4.2.1 定子方程式 23
4.2.2 轉子方程式 24
4.3 市電併聯與負載箱之數學模型 24
4.4 模擬結果分析 26
4.4.1 激磁式同步發電機模型驗證 26
4.4.2 相位追隨模擬 28
4.4.3 功因修正模擬 31
4.4.4 風能變動模擬 33
第五章 硬體電路以及實驗結果 37
5.1 數位訊號處理器簡介 37
5.1.1 CPU Timer模組 39
5.1.2 ADC模組 39
5.1.3 ePWM模組 40
5.1.4 eQEP模組 41
5.1.5 GPIO模組 41
5.2 實驗平台 42
5.3 硬體電路簡介 46
5.3.1 電壓回授電路 46
5.3.2 電流回授電路 47
5.3.3 控制端伺服馬達位置脈波命令電路 48
5.3.4 電磁接觸器控制電路 49
5.4 相位追隨實驗 50
5.5 力矩變動實驗 52
5.6 功因修正實驗 54
第六章 結論與未來展望 58
6.1 結論 58
6.2 未來展望 59
參考文獻 60

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