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研究生: 吳順裕
Shun-Yu Wu
論文名稱: 獨立式供電系統之智慧型調節控制研究
Study of Intelligent Regulation and Control for Stand-Alone Power Supply System
指導教授: 蔡明忠
Ming-Jong Tsai
口試委員: 黃仲欽 
Jonq-Chin Hwang
陳金聖
Chin-Sheng Chen
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 自動化及控制研究所
Graduate Institute of Automation and Control
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 獨立式供電系統智慧型調節控制模糊理論太陽能電池燃料電池
外文關鍵詞: Stand-Alone Power Supply System, Intelligent Regulation and Control, Fuzzy theory, Solar Cell, Fuel Cell
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目前獨立式供電系統如傳統的柴油發電機、或是新興的綠能如:太陽能、風力、燃料電池發電等,廣泛被使用於一般中高功率戶外型負載之電力供應(如急難與災難救助緊急照明、纜車通風與照明、以及大型LED 動態看板等)。使用智慧化供電調節控制有助於提高其供電效能與長效性。本文的目的主要在探討對獨立式供電系統的智慧型調控,使用智慧型模糊控制法則,提出有效的控制方法,改變其獨立式供電狀況與品質。本研究是以模擬最大1kW供電輸出(包括500W電池輸出)的獨立式供電系統之智慧型調控研究,運用負載功率需求與電池蓄電量兩個輸入變量,透過二維Fuzzy模糊邏輯推論器,對獨立式供電系統的輸出功率變量作調節控制。據此推論出四種智慧化調節控制模式,以模糊控制理論運用MATLAB模擬求出負載功率需求、蓄電池蓄電量與系統供電輸出功率三者之間的鏈結關係。此系統在模擬數據測試下,負載需求功率最大變動率近90%時,應用蓄電池充電蓄能與放電補償功率的調變下,獨立式供電系統以最大變動率近35%,實現獨立式供電系統輸出功率的調節控制。其研究結果證明模糊控制在獨立式供電系統的輸出功率調節更具有穩定性,也使獨立式供電的供電品質更為提高。


Stand-alone power supply systems, such as traditional diesel powered generator, solar or wind power and fuel cell as emerging green energy sources, are common power sources for outdoor mid/high power loading applications which are currently available on the market (such as emergency lighting in case of casualties, lighting and ventilation in a cable car and LED display used in a large billboards). By utilizing intelligent regulation control, it can provide energy more efficiently and prolong energy supply. The purpose of this thesis is to investigate the intelligent regulation for a stand-alone power supply system by using intelligent fuzzy theory in order to improve the efficiency and quality of a stand-alone supply power. An intelligent regulation of a stand-alone power supply system (maximum 1kW including 500W battery output) is simulated. The power demand and the charged capacity of the battery are two input variables for fuzzy controller. The two-dimensional fuzzy logic rule bases are used to regulate the output power of a stand-alone power supply. Four intelligent regulation control mode can be inferred to locate the relationships between the load power demand, battery charged capacity and the system power output by using MATLAB's fuzzy toolkit. A simulation of the stand-alone power supply system is performed by giving a series of load data which the max. change variation of loading demand is nearly 90% of 1kW. With the storage battery charging and discharging application, the max. change variation of the stand-alone power modulation is reduced to 35%. The successful regulation of an intelligent stand-alone power supply system is achieved. The simulated results demonstrate the feasibility of fuzzy theory for stand-alone power supply for regulating the output power. It could also increase the quality stability of a stand-alone power supply.

摘要 I ABSTRACT II 誌謝 III 目錄 IV 圖目錄 VII 表目錄 X 第一章 緒論 11 1.1 研究背景 11 1.2 研究動機與目的 13 1.3 研究方法 14 1.4 文獻探討 15 1.5 本文架構 16 第二章 獨立式供電電源類型與其適用性探討比較 18 2.1 柴油發電機供電 18 2.1.1 柴油發電機種類 18 2.1.2 柴油發電機供電技術與比較 20 2.2 太陽能供電 22 2.2.1 太陽能電池種類 22 2.2.2 太陽能供電技術與比較 25 2.3 燃料電池供電 28 2.3.1 燃料電池種類 28 2.3.2 燃料電池供電技術與比較 32 2.4 各類型獨立式供電電源效益與適用性比較 34 第三章 獨立式供電系統調節控制組成單元簡介 37 3.1 直流DC/DC轉換器 37 3.1.1 交直流供電轉換比較 37 3.1.2 直流DC/DC轉換器類型 39 3.1.3 直流DC/DC轉換器適用性分析 41 3.2 二次充電電池 42 3.2.1 二次充電電池種類 42 3.2.2 二次充電電池充電特性比較 44 3.2.3 二次充電電池充放電控制 46 第四章 獨立式供電系統之智慧型調節控制器建構 48 4.1 模糊邏輯控制理論 48 4.1.1 模糊化機構 48 4.1.2 模糊規則庫 50 4.1.3 模糊推論引擎 51 4.1.4 解模糊化機構 52 4.2 獨立式供電系統之智慧型調節控制器分析與建模 54 4.2.1 獨立式供電系統之智慧型調節控制流程 54 4.2.2 獨立式供電系統之智慧型調節控制數學建模與分析 58 4.2.3 獨立式供電系統之智慧型調節控制器模型驗證 60 第五章 實驗結果與討論 66 5.1 實驗結果 66 5.1.1 模糊推理系統編輯器 66 5.1.2 輸入輸出變量的模糊子集歸屬函數 67 5.1.3 模糊控制器規則 71 5.2 分析與討論 73 5.2.1 觀測模糊推論 73 5.2.2 觀測整個論域上輸出量與變數量之間關係 74 5.2.3 獨立式供電系統之智慧型調整控制模型模擬 75 第六章 結論與未來研究方向 90 6.1 結論 90 6.2 未來研究方向 91 參考文獻 92 作者簡介 94

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