本論文的風力發電系統架構在發電機部分使用三相激磁式同步發電機，並利用激磁式同步發電機之電壓可控制的特性，在系統中分別加入穩速伺服馬達作為轉速控制端達成頻率控制和加入激磁場控制電路達成定電壓控制，此外，為了增加風能利用率，在定電壓控制架構下加入能量流管理策略，將多餘風能儲存在電池中。本論文另外提出起動切離控制策略，使發電系統在起動和切離期間能有效減少穩速伺服馬達的輸出功率，達到系統節能的目標

A wind power generator system using three-phase excited synchronous generator is proposed in this thesis. With excited synchronous generator voltage controllable characteristics, adding servo motor and voltage control loop into system to adjust the frequency and amplitude of generator output voltage respectively. For increasing utility rate of wind power, adding the power flow management strategy under the fixed-voltage control framework to save the rest of wind power into battery.
Futhermore, The system startup and shutdown control strategy is proposed to diminish the power flow of servo motor effectively in system startup and shutdown duration to achieve the goal of energy saving in this thesis.

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Abstract iv
目錄 v
圖次 x
表次 xvi
1. 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
2. 第二章 風力發電系統與機組介紹 5
2-1前言 5
2-2風力機與發電機種類簡介 5
2.2.1風力機種類簡介 5
2.2.2電動機種類簡介 8
2-3風力發電系統介紹 10
2-4激磁式同步發電機優勢簡介 12
3. 第三章 系統數學模型與控制策略原理 14
3-1前言 14
3-2風力發電系統之同軸配置 15
3-3伺服馬達數學模型 16
3-4穩速伺服馬達驅動器之數學模型 20
3.4.1強韌積分控制器 20
3.4.2電流控制 20
3.4.3 PWM電壓源變頻器 23
3.4.4 穩速伺服馬達之轉速控制模型圖 25
3-5激磁式同步發電機之數學模型 26
3.5.1定子方程式 28
3.5.2轉子方程式 29
3-6負載箱數學模型 30
3-7電池模組 31
3-8控制策略 32
3.8.1起動切離控制策略 32
3.8.2 定電壓控制策略 35
3.8.3 能量流管理策略 36
3.8.3.1能量流分析 37
3-9發電系統緊急降速開關 38
3-10 穩速伺服馬達加減速方法 39
3-11馬達轉速之計算法 42
3-12馬達功率之計算法 43
3-13 減法器電路 43
3-14發電機功率之計算法 44
3-15移動平均法 44
3-16 風機力矩命令 45
4. 第四章 獨立型激磁式風力發電系統模擬 46
4-1前言 46
4-2風機端模組 47
4-3穩速伺服馬達模組驗證 48
4-4激磁式同步發電機模擬驗證 49
4-5磷酸鋰鐵電池模擬 51
4-6起動切離控制策略之模擬 52
4.6.1起動策略模擬 52
4.6.1.1原始起動法(無起動策略) 52
4.6.1.2起動控制策略 54
4.6.2切離策略模擬 56
4.6.2.1原始切離法(無切離策略) 56
4.6.2.2切離控制策略 58
4-7發電機定電壓控制之模擬 60
4-8能量流管理策略之模擬 63
5. 第五章 微控制器 70
5-1微控制器資訊簡介 70
5-2模組介紹 71
5.2.1 ADC ( Analog-to-Digital Converter ) 71
5.2.2 ePWM ( Enhanced Pulse Width Modulator ) 72
5.2.3 eQEP ( Enhanced Quadrature Encoder Pulse ) 73
5.2.4 GPIO ( General-Purpose Input/Output ) 75
5.2.5 PIE ( Peripheral Interrupt Expansion ) 77
5.2.6 IQmath 79
6. 第六章 風力發電系統的實驗過程與結果 80
6-1 MITSUBISHI泛用型交流伺服馬達與驅動器簡介 80
6-2 激磁式同步發電機之規格介紹 82
6-3負載箱規格介紹 83
6-4磷酸鋰鐵電池規格介紹 84
6-5風力發電系統周邊回授電路與組件介紹 85
6.5.1前言 85
6.5.2同軸架構 85
6.5.3交流電壓回授電路 86
6.5.4直流電壓回授電路 87
6.5.5電流回授電路 88
6.5.6激磁場控制電路 90
6.5.7激磁場控制電路之IGBT驅動電路 92
6.5.8電池充電控制電路 93
6.5.9伺服馬達位置脈波命令電路 94
6.5.10光編碼器回授電路 96
6.5.11電磁接觸器簡介 97
6.5.12電磁繼電器簡介 98
6.5.13電磁接觸器控制電路 99
6.5.14直流電源供應電路 100
6.5.15伺服馬達驅動器之介面電路 101
6-6實驗步驟 102
6-7實驗結果 104
6.7.1起動策略法 104
6.7.2定電壓控制架構 109
6.7.3能量流管理 113
6.7.3.1前言 113
6.7.3.2風機輸入功率弦波變動400W 113
6.7.3.3風機輸入功率步階變動400W 115
6.7.4切離策略法 120
7. 第七章 實驗結論與未來展望 125
7-1實驗結論 125
7.1.1前言 125
7.1.2實驗結論 126
7-2未來展望 127
參考文獻 128

[1]台灣風能協會之全球風力發電產業動態文件下載網址，西元2013年:
http://www.twnwea.org.tw/Files/6f2a9017-43f7-4c4f-81ee-b47f33c6e498.pdf
[2]陳遵立教授著，“中山大學與中鋼交流會議投影片”，中山大學電機系
西元2014年
[3]三聯科技股份有限公司之風力發電介紹文件下載網址:
http://www.sanlien.com/ad/san_tech.nsf/foundationview/C9D0369EBB582701482577A5002BF5DE/$FILE/77-08-10.pdf
[4]牛山泉著，“圖解風力發電入門”，世茂出版有限公司，西元2010年
[5]郭塗註著，“電工機械”，弘揚圖書出版社，西元2011年
[6]日本SERVO株式會社著，“圖解馬達入門”，世茂出版有限公司，西元2012
年
[7]維基百科之鼠籠式感應機網址:
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/鼠笼式电动机
[8]鵬芃科藝之發電機原理模型網址:
http://www.pengky.cn/dianjixilie011/kjdh-sanxianji/kjdh-sanxianji.html
[9]陳國豐著，“大型風力機之發電機種類介紹”，金屬研發中心，文件網址:
http://www.twtia.org.tw/upload/112/2006661715321247.pdf
[10]操瑞發、朱武、涂祥存、管水秀，“雙饋式風力發電系統低壓穿越技術分
析”，上海電力學院，西元2009年
[11]陳遵立教授著，“交直流馬達控制課程之上課講義”，中山大學電機系
[12]孫清華著，“最新無刷直流馬達”，全華出版社，西元2001年
[13]郭紘森著，“高性能永磁式同步馬達驅動器之研製”，中山大學電機系，
西元2011年
[14]陳民融著，“創新風力發電系統之激磁式同步發電機於併網時之最大功率追
蹤控制策略”，中山大學電機系， 西元2013年
[15]黃繼賢著，“三相無轉換器獨立型激磁同步風力發電系統”，中山大學電機
系，西元2013年
[16]林晉緯著，“單相無轉換器獨立型激磁同步風力發電系統”，中山大學電機
系，西元2013年
[17]陳威廷著，“三相獨立型激磁式同步發電機之風力發電系統”，中山大學電
機系，西元2013年
[18]張肇丰著，“創新風力發電系統之激磁式同步發電機之併網與功因修正控制
策略”，中山大學電機系，西元2013年
[19]Texas Instrument, TMS320x2806x datasheet
[20]Kilian著，戴任韶編譯，“機電整合”，高立出版社，西元2010年8月
[21]三菱電機，J4泛用型伺服馬達驅動器操作說明書下載網址:
http://www.provendor.fi/servo/manuals/MR-J4_A.pdf
[22]陳奇中著，“MATLAB基礎學習與應用”，東華書局出版，西元2009年
[23]李宜達著，控制系統設計與模擬(使用MATLAB/SIMULINK)，全華出版，西
元2011年
[24]維基百科之微控制器網址:
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/單晶片
[25]TMS320F28069相關資料網址:
http://www.ti.com.cn/product/cn/TMS320F28069F/technicaldocuments
[26]擎億股份有限公司網址:http://cigpower.com/
[27]Chapman著，王順忠、陳秋麟譯，“電機機械基本原理”，東華書局出版社，
西元2012年
[28]銀荷光電股份有限公司網址:http://www.gmet.com.tw/gmet_about_c.php
[29]維基百科之變壓器網址:
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/變壓器
[30]古晉德著，“綠色能源之電力轉換器研究與製作”，中山大學電機系，西元
2011年
[31] TL074元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/25382/STMICROELECTRONIC
S/TL074.html
[32]類比隔離放大器HCPL-7840元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=HCPL-7840
[33]百度百科之霍爾效應網址:
http://baike.baidu.com/view/94204.htm#5
[34]LEM公司之電流感測元件CKSR 25-NP資料網址:
http://www.lem.com/hq/en/component/option,com_catalog/task,displaymodel/id,
90.E7.19.000.7/
[35]G20N60B3D元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=G20N60B3D
[36]二極體30EPH06元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=30EPH06
[37]梁適安著，“交換式電源供應器之理論與實務測計”，全華出版社，西元2004
年
[38]MOHAN著，江炫樟譯，“電力電子學”，全華出版社，西元2008年
[39]數位緩衝元件7407元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=7407
[40]三相橋式整流器36MT160元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=36MT160
[41] 洩放電阻資料網址:http://bbs.pigoo.com/thread-21310-1-1.html
[42]中華民國職業訓練研究發展中心之工業配線能力本位訓練教材之電磁接觸
器的認識文件下載網址:file:///C:/Users/adm/Downloads/308 (3).pdf
[43]維基百科之保險絲的認識:
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/保險絲
[44]維基百科之差分訊號的認識:
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/差分信号
[45]光耦合隔離6n137元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=6N137
[46]75158元件資料網址: http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=75158
[47]上拉電阻教學網址:
http://kelvin820.pixnet.net/blog/post/12793333-%5b%E8%BD%89%E8%B2%B
C%5d%E4%B8%8A%E6%8B%89%E9%9B%BB%E9%98%BB%E4%B8%8B
%E6%8B%89%E9%9B%BB%E9%98%BB%E7%9A%84%E7%B8%BD%E7%
B5%90
[48]維基百科之繼電器講解網址:
http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E7%BB%A7%E7%94%B5%E5%99%A8
[49]蘇謙懷著，“創新風力發電之激磁式同步發電機之穩定度控制”，中山大學
電機系，西元2013 年
[50]ULN2003 元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=ULN2003
[51]ULN2003 元件使用說明網址:
http://bugworkshop.blogspot.tw/2011/08/diy-piculn2003a.html
[52]IC7805 元件資料網址:
http://www.alldatasheet.com/view.jsp?Searchword=7805
[53]A5 系列-IC 式單輸出AC-DC 電源變壓器之文件下載網址:
http://www.100y.com.tw/pdf_file/27-A5-112411B.pdf