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研究生: 李奇樵
Ci-ciao Li
論文名稱: 新型變動步階擾動觀察法於最大功率追蹤之研究與實現
Research and Implementation of a Novel Variable Step-Size Perturbation and Observation Algorithm for Maximum Power Point Tracking
指導教授: 劉益華
Yi-hua Liu
口試委員: 王順忠
Shun-chung Wang
羅有綱
Yu-kang Lo
鄧人豪
Jen-hao Teng
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2014
畢業學年度: 102
語文別: 中文
論文頁數: 96
中文關鍵詞: 最大功率追蹤變動步階式擾動觀察法
外文關鍵詞: maximum power point tracking, variable step-size P&O method
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對於太陽能(PV)發電系統而言,如何藉由最大功率追蹤(MPPT)演算法獲得太陽能電池最大功率輸出與最佳性能是非常重要的。在文獻中已提出許多最大功率追蹤技術並加以實現。其中,擾動觀察法(P&O)是最常見的,因為它具備設計簡單且易於實現的優點。然而,擾動觀察法在控制步階大小上會有權衡的問題產生:較小的步階值在穩態時振盪損失較低,但暫態響應較慢;若步階值較大,則會使穩態振盪的情形加大,造成損失增加。
為解決此一問題,本文提出一種新型變動步階式擾動觀察法。本文所提系統使用升壓式轉換器作為功率級電路,並搭配Microchip公司所推出的數位訊號處理器dsPIC33FJ16GS502來實現。本文所提出之方法於開始追蹤時,使用一個較大且合理的步階值進行追蹤。當工作點越過最大功率點時,則會更改追蹤方向並將原步階乘上一個縮小倍率α (α<1)以降低步階大小。由於擾動觀察法的精神為工作點會持續在最大功率點附近擾動,因此步階大小會逐漸縮小至系統允許的最小值。模擬與實驗結果驗證了本文所提出方法之可行性。從實驗結果可知本文所提出之方法在穩態追蹤精確度部分可到達99.91 %,而追蹤時間與傳統的變動步階式擾動觀察法比較可減少9%。


For photovoltaic (PV) generation systems, the maximum power point tracking (MPPT) algorithm is very important in obtaining the maximal PV power and facilitating optimal PV cell performance. Numerous MPPT techniques have been proposed and implemented in the literatures. Among them, the perturbation and observation (P&O) method is the most common due to its simplicity and ease of implementation. However, P&O algorithms suffer a tradeoff in choosing the perturbation step size of the control variable: small values decrease the losses in steady state with slower transient response, while large values improve the dynamic behavior at the cost of higher oscillations in steady state.
In this thesis, a novel variable step-size P&O method is implemented to deal with this problem. A boost converter is used as the power stage and the MPPT controller is realized using digital signal controller dsPIC33FJ16GS502 from Microchip corp. Initially, the proposed method uses the maximum possible perturbation step. When the operating points (OP) passes the MPP, the proposed method reverses the tracking direction and multiplies the perturbation step by a constant α (α<1) to reduce the step size. Since the OP will continuously perturbs around the maximum power point (MPP), the perturbation step will gradually decrease to the minimum step allowed by the system. Simulation and experimental results are also provided to validate the effectiveness of the proposed method. From the experimental results, the MPPT accuracy of the proposed system is 99.91 %, and the tracking time can be improved by 9 % comparing to conventional variable step-size P&O method.

目錄 摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 XII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的 3 1.3 文獻探討 3 1.4 本文所提出之太陽能最大功率追蹤系統架構 5 1.5 論文大綱 5 第二章 太陽能電池介紹 7 2.1 太陽能電池簡介 7 2.2 太陽能電池原理 8 2.3 太陽能電池種類 9 2.4 太陽能電池電氣特性 11 第三章 太陽能最大功率追蹤技術 15 3.1 最大功率追蹤技術簡介 15 3.2 最大功率追蹤技術 15 3.2.1 開路電壓法 15 3.2.2 短路電流法 16 3.2.3 實際量測法 17 3.2.4 直線近似法 18 3.2.5 增量電導法 19 3.2.6 擾動觀察法 23 3.2.7 各種演算法之比較 25 第四章 太陽能最大功率追蹤系統之硬體架構設計 26 4.1 升壓式轉換器介紹 26 4.2 升壓式轉換器原理 29 4.3 升壓式轉換器元件值設計 32 4.4 緩振電路介紹 36 第五章 太陽能最大功率追蹤系統之韌體架構設計 38 5.1 dsPIC33FJ16GS502微處理器簡介 39 5.2 數位濾波器(Digital Filter) 41 5.2.1 濾波器介紹 41 5.2.2 有限與無限脈衝響應濾波器 44 5.2.3 有限響應濾波器 45 5.2.4 有限脈衝響應濾波器設計 46 5.2.5 有限脈衝響應濾波器之數位濾波程式流程 48 5.2.6 有限脈衝響應濾波器驗證 49 5.3 固定步階式擾動觀察法 51 5.4 變動步階式控制法則 52 5.4.1 數位PID控制法 53 5.4.2 變動步階式增量電導法 55 5.4.3 變動步階式擾動觀察法 57 5.4.4 Alpha因子擾動觀察法 60 5.4.5 變動步階式控制法則比較 64 5.5 韌體主程式架構 66 第六章 實驗結果與分析 68 6.1 實驗設備與環境介紹 68 6.2 太陽能最大功率追蹤系統模擬 71 6.2.1 固定步階式擾動觀察法模擬 72 6.2.2 變動步階式控制法則模擬 74 6.2.3 Alpha因子擾動觀察法模擬 77 6.3 太陽能最大功率追蹤系統實測 86 6.3.1 固定步階式擾動觀察法實測 86 6.3.2 變動步階式擾動觀察法實測 87 6.3.3 Alpha因子擾動觀察法實測 88 6.4 實驗結果比較 89 第七章 結論與未來展望 91 7.1 結論 91 7.2 未來展望 92 參考文獻 93

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無法下載圖示 全文公開日期 2019/07/22 (校內網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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