本論文使用一併網型激磁式同步風力發電機系統架構，此架構可提升風力系統之發電效率，並簡化風力發電系統架構。在此系統架構中，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。本論文以伺服馬達為控制端，運用伺服馬達控制搭配本論文提出之同步控制策略，對系統之轉軸進行位置控制，以此方式穩定激磁式同步發電機轉速及電壓頻率，使發電機輸出相位跟市電同步，達到順利和市電併聯的目的。並在系統併網後應用功因修正策略進行功因修正，改善電力品質。最後藉由模擬及實驗證明，本論文提出之同步控制及功因修正策略應用於併網型激磁式同步風力發電機系統，能使系統順利併網，並有效提升系統併網後之輸出功率因數至0.984，有效改善系統之輸出電力品質。

This thesis adopts a grid-connected excited synchronous wind power generator system, which simplifies the framework of wind power system and also improves the efficiency of wind power system. This system uses coupling to connect the wind power, excited synchronous generator, and servo motor in a coaxial framework. This thesis proposes a synchronization control strategy, and uses this strategy with servo motor control of the servo motor to realize position control of the system rotating axis, the maintenance of system rotating velocity and frequency of generator voltage, the synchronization of the phases of the grid voltage and the generator voltage, and grid connection of the system. A power factor correction strategy is proposed to improve the power factor of the system when connecting to the grid. According to the result of the simulation and the experiment, the synchronization control and power factor correction strategy can make the system connect to the grid without having serious power disturbance, and improve the power factor of the system The power factor can achieve 0.984 or be better.

目 錄
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 xii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及動機 1
1.2 系統描述及研究方法 2
1.3 論文內容概述 4
第二章 風力發電系統簡介 5
2.1 風力發電系統基本架構分類 5
2.2 常見用於風力發電系統之發電機簡介 8
2.2.1 非同步鼠籠式發電機 8
2.2.2 雙饋式感應發電機 8
2.2.3 永磁式同步發電機 9
2.2.4 激磁式同步發電機 10
2.3 本論文之風力發電系統採用激磁式同步發電機之原因 11
第三章 同步控制及功因修正策略 12
3.1 併網型激磁式同步風力發電機之系統架構 12
3.2 伺服馬達位置控制架構 13
3.3 同步控制與功因修正策略原理 15
第四章 數學模型推導及Matlab/Simulink模擬 21
4.1 控制端伺服馬達之數學模型 22
4.2 強韌積分控制器之數學模型 27
4.3 激磁式同步發電機之數學模型 30
4.3.1 定子方程式 30
4.3.2 轉子方程式 31
4.4 市電併聯及負載箱之數學模型 32
4.5 模擬結果分析 33
4.5.1 同步控制模擬 34
4.5.2 功因修正模擬 35
第五章 微控制器 37
5.1 HRPWM (High-Resolution Pulse Width Modulator) 模組 39
5.2 ADC (Analog-to-Digital Converter) 模組 40
5.3 eCAP (enhanced Capture) 模組 42
5.4 PIE (Peripheral Interrupt Expansion) 模組 43
5.5 GPIO (General-Purpose Input/Output) 模組 45
5.6 IQ Math 模組 46
第六章 實驗過程與實驗結果 48
6.1 實驗平台簡介 48
6.1.1 伺服馬達 49
6.1.2 激磁式同步發電機 50
6.1.3 負載箱 52
6.2 硬體電路簡介 53
6.2.1 電壓感測及比較器電路 53
6.2.2 電流感測及比較器電路 54
6.2.3 差動訊號轉單端訊號電路 57
6.2.4 控制端伺服馬達位置脈波命令訊號電路 58
6.2.5 電磁接觸器驅動電路 59
6.3 實驗步驟與實驗流程 61
6.4 實驗結果與結果探討 63
6.4.1 同步控制實驗 63
6.4.2 市電併網實驗 66
6.4.3 功因修正實驗 67
第七章 結論與未來展望 71
7.1 結論 71
7.2 未來展望 72
參考文獻 73

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