本論文所使用之風力發電系統架構為風力端、發電機、伺服馬達以同軸方式連接。使用的發電機為激磁式同步發電機，其不需要轉換電路即可將輸出功率直接與市電併聯。
本論文之最佳功率追蹤控制策略可以讓發電機輸出功率追蹤風機輸入功率，並讓馬達功率幾乎為0W。另外，本論文將激磁式同步發電機之輸出功率與市電併聯，並進行最佳功率追蹤控制策略，由實驗結果可知，風機輸入功率可以有效地轉換為發電機輸出功率與市電併聯，達到最佳功率追蹤控制策略的效果。

In this thesis, the wind power system is a coaxial coupling structure between servo motor and excited synchronous wind power generator. By using the excited synchronous generator, the wind power system can be connected to grid directly without the voltage converter. By using optimal power tracking control, the generator power can track the input power of wind, and as a result, the efficiency of the system can be increased. Furthermore, the motor power almost maintain 0W. The same control strategy is also tested after connecting to grid. The experiment reveals that the wind power can be transmitted to the grid side efficiently, achieving the goal of optimal power tracking control strategy.

中文審定書 i
英文審定書 ii
誌謝 iii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vi
圖次 ix
表次 xiii
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 2
1.3論文內容概述 4
第二章 風力發電系統之發電機簡介 5
2.1 發電機的種類與特性 6
2.1.1 鼠籠式非同步發電機 6
2.1.2 雙饋式非同步感應發電機 6
2.1.3 永磁式同步發電機 7
2.1.4 激磁式同步發電機 8
2.2激磁式同步發電機之架構 10
第三章 最佳功率追蹤控制策略之原理與數學模型 11
3.1 風力發電系統之子系統簡介 11
3.2 風機輸入功率變動模型 12
3.3 伺服馬達與控制器之模型 13
3.3.1 伺服馬達數學模型推導 14
3.3.2穩速同步馬達定轉速控制模型 17
3.3.3強韌積分控制器 18
3.4激磁式同步發電機之數學模型 20
3.4.1 定子方程式 21
3.4.2 轉子方程式 22
3.5 定功率控制策略 22
3.6 最佳功率追蹤控制策略 23
3.7負載箱模型 24
3.8市電併聯系統模型 26
第四章 風力發電系統MATLAB模擬 27
4.1 穩速同步馬達速度控制模擬 28
4.2 激磁式同步發電機之模型驗證 29
4.3 風力發電系統之定功率控制策略模擬 30
4.3.1風機輸入功率弦波變動之定功率控制策略模擬 31
4.3.2風機輸入功率步階變動之定功率控制策略模擬 32
4.4 風力發電系統之最佳功率追蹤控制策略模擬 33
4.4.1 風機輸入功率弦波變動之最佳功率追蹤控制策略模擬 33
4.4.2 風機輸入功率步階變動之最佳功率追蹤控制策略模擬 34
4.5 市電併聯之最佳功率追蹤控制策略模擬 35
4.5.1 市電併聯之風機輸入功率弦波變動之最佳功率追蹤控制策略模擬 35
4.5.2市電併聯之風機輸入功率步階變動之最佳功率追蹤控制策略模擬 36
第五章 微控制器 37
5.1 MCU簡介 37
5.2 MCU使用模組介紹 40
5.2.1 ADC (Analog-to-Digital Converter) 40
5.2.2 ePWM (Enhanced Pulse Width Modulator) 41
5.2.3 eQEP (Enhanced Quadrature Encoder Pulse) 43
5.2.4 GPIO (General-Purpose Input/Output) 46
5.2.5 PIE (Peripheral Interrupt Expansion) 49
5.2.6 IQmath 52
第六章 風力發電系統實體架構與實驗結果 53
6.1 激磁式同步發電機規格 53
6.2 伺服馬達與伺服驅動器簡介 54
6.3 風力發電系統之負載箱 56
6.4 風力發電系統之相關電路 56
6.4.1 電壓回授電路 57
6.4.2 電流回授電路 58
6.4.3 光編碼器回授電路 60
6.4.4 功率級激磁場控制電路 62
6.4.5 風機馬達之力矩訊號隔離電路 64
6.5 實驗步驟 66
6.6 實驗結果 68
6.6.1 定功率控制策略 70
6.6.2 未併市電之最佳功率追蹤控制策略 72
6.6.3 市電併聯之最佳功率追蹤控制策略 74
第七章 結論與未來展望 77
7.1 結論 77
7.2 未來展望 78
參考文獻 79

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