本論文以激磁式同步發電機提出創新之風力發電系統架構。於此系統中利用穩速伺服馬達作為控制端，使發電機達到轉速固定、輸出電壓定頻之目標，並以激磁式同步發電機電壓可控的特性，提出利用電壓控制迴路，經由調整激磁場大小進而控制激磁電流，達成定電壓的系統架構。本論文同時加入電池系統作為能量緩衝器，使風能可獲得更有效的使用。於本創新架構下，將風機、發電機、伺服馬達採用同軸連接，可降低運轉時造成的消耗，藉此提高系統效率及可控性。

In this thesis, a novel wind power generator system with an excitation synchronous generator is proposed. In this system, the excitation synchronous generator’s rotation speed, and frequency are maintained by servo motor position control. By using static voltage control loop, the excitation current adjusts the excitation field to achieve the goal of stable voltage. Added battery into system be a power buffer, making more effective use of available wind energy. In this novel structure, the wind power and servo motor power are combined and transmitted to the excitation synchronous generator with coaxial configuration. In this novel structure, the wind power and servo motor power are combined and transmitted to the excitation synchronous generator with coaxial configuration. Avoiding power consumption when system in operation, and it improves system efficiency and controllability.

中文審定書……………………………………………………………….i
誌謝…………..…………………………………………………………..ii
中文摘要………………………………………………………………...iii
英文摘要……………………………………………….………………..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全球能源之種類及其優劣 5
2.2.1傳統之能源 6
2.2.2可再生能源 9
2.3國內風力發電發展之優勢 11
2.4風力發電系統機組之介紹 13
2.5常見之風力發電機系統 16
2.6激磁式同步發電機 18
第三章 定電壓控制策略之原理與分析 19
3.1前言 19
3.2伺服馬達數學模型 20
3.3激磁式同步發電機數學模型 24
3.4機構採同軸連接 20
3.5定電壓控制策略 29
3.6降壓型轉換器 (BUCK CONVERTER) 28
3.7能源控制策略 34
3.8控制端定頻穩速之驅動策略 36
第四章 獨立型風力發電系統MATLAB模型 38
4.1風機端模擬架構 39
4.2激磁式同步發電機模擬驗證 40
4.3控制端穩速馬達控制 42
4.4鋰鐵電池模擬架構 43
4.5發電機定電壓控制架構 44
4.6能源控制架構 47
4.6.1風能輸入採弦波變動時之系統響應 47
4.6.2風能輸入採步階變動時之系統響應 50
第五章 數位訊號號處理器 53
5.1 DSP簡介 53
5.2 DSP之內部模組介紹 55
5.2.1 GPIO (General-Purpose Input/Output) 55
5.2.2 PIE (Peripheral Interrupt Expansion) 57
5.2.3 ePWM (Enhanced Pulse Width Modulator) 60
5.2.4 ADC (Analog-to-Digital Converter) 61
5.2.5 DAC (Digital-to-Analog Converter) 63
5.2.6 eQEP (Enhanced Quadrature Encoder Pulse) 64
5.3 DSP子模組於本系統之使用狀況 66
第六章 獨立型風力發電系統之實驗步驟與結果 69
6.1風力發電系統實驗平台 69
6.2風力發電系統電路介紹 72
6.2.1電壓與電流之回授電路 72
6.2.2馬達功率計算之回授電路 76
6.2.3激磁場控制電路 78
6.2.4充電控制電路 80
6.3風力發電系統實驗步驟 82
6.4風力發電系統實驗結果 83
第七章 結論與未來展望 95
7.1結論 95
7.2未來展望 96
參考文獻 97

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