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研究生: 張佑榮
Yu-Jung chang
論文名稱: 以數位信號處理器為基礎之太陽能發電系統之研製
Development of Digital Signal Processor Based Solar Power Conversion Systems
指導教授: 葉勝年
Sheng-Nian Yeh
口試委員: 黃仲欽
Jonq-Chin, Hwang
林法正
Faa-Jeng Lin
呂文隆
Wen-Lung Lu
華志強
Chin-Chiang Hua
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: 2006
畢業學年度: 94
語文別: 中文
論文頁數: 121
中文關鍵詞: 太陽能電池增量電導法三相三階層變流器
外文關鍵詞: solar cells, incremental-conductance algorithm, three-phase three-level inverter
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  • 本文旨在研製太陽能發電系統。在太陽能電池方面,使用直流/直流功率轉換器及增量電導法控制,使太陽能電池達到最大功率追蹤控制,提高太陽能能量轉換效率。另外,文中蓄電池採用直流/直流功率轉換器作為充、放電控制,用以維持太陽能與負載之間功率平衡,並提供穩定直流電壓予負載。最後,系統利用三相三階層變流器作為直流/交流能量轉換之用,一方面可減少輸出電壓之諧波含量,另一方面可將能量轉變成交流電源,供給三相獨立負載或連結至電力網路。
    本文建有功率轉換器數學模式,並利用MATLAB/Simulink模擬軟體分析系統,作為數位控制器之設計依據。實體製作方面,採用以高性能、低成本的數位信號處理器(DSP, TMS320LF2407A)為整體系統之控制核心,減少硬體電路成本。本系統已完成2300W的獨立供電系統及市電並聯系統,並由實驗驗證理論分析。在獨立運轉下,固定輸出有效值為220V之線電壓,其頻率為60Hz。在市電並聯下,可提供實功率及虛功率至電力網路。此外,整體系統之運轉效率為95%,而三相三階層變流器輸出線電壓之總諧波失真率為2.3%,符合IEEE Std. 519之規範。

    關鍵字:太陽能電池、增量電導法、三相三階層變流器。


    This thesis presents the development of a solar power generating system. The dc/dc boost power converter and incremental-conductance algorithm are to achieve optimum power output and enhance conversion efficiency. In addition, a dc/dc buck/boost chopper is designed to charge or discharge batteries in order to regulate the power flow between solar cells and system loads so that it can supply stable dc power to system loads. Finally, a three-phase three-level inverter is proposed to convert dc power into ac power and reduce the output voltage harmonics. The system realized can be operated either in a stand-alone fashion or connected with power grid.
    In this thesis, the digitized mathematical model and controller design are built and simulated by MATLAB/Simulink. Then, a high-performance, low-cost digital signal processor (DSP, TMS320LF2407A) is used to implement the system for reducing the circuit components and cost. Experimental results for 2300W hybrid power conversion system are given to justify the analysis. The rated line-voltage is 220V and the frequency is 60Hz. Besides, the experimental results show that the efficiency of the whole system reaches 95% and voltage harmonic distortion of three-phase, three-level power inverter output is 2.3%, which complies with IEEE Std. 519.

    Keyword: solar cells, incremental-conductance algorithm, three-phase three-level inverter.

    中文摘要 Ⅰ 英文摘要 Ⅱ 誌 謝 Ⅲ 目 錄 Ⅳ 圖表索引 Ⅶ 符號說明 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機 1 1.2 文獻探討 2 1.3 系統架構 4 1.4 本文之特色 6 1.5 本文大綱 7 第二章 太陽能發電系統 8 2.1 前言 8 2.2 太陽能電池簡介 8 2.3 太陽能發電系統架構及控制 12 2.3.1 太陽能發電系統之最大功率追蹤控制 12 2.3.2 太陽能電池最大功率追蹤法之擾動觀察法 15 2.3.3 太陽能電池最大功率追蹤法之增量電導法 17 2.4 直流/直流升壓型功率轉換器之數學模式 19 2.5 太陽能板功率特性曲線測試 21 2.5.1 模擬等效太陽能板 21 2.5.2 擾動觀察法與增量電導法之實測比較 22 2.6 結語 24 第三章 三相三階層變流器之分析及控制 25 3.1 前言 25 3.2 三相二階層變流器與三相三階層變流器之分析 25 3.2.1 三相二階層變流器之分析 25 3.2.2 三相三階層變流器之分析 28 3.2.3 三相變流器之脈波寬度調變控制 32 3.3 空間電壓向量脈波寬度調變之分析 36 3.4 三階層與二階層之模擬與實測比較 42 3.5 三相三階層變流器之控制 46 3.5.1 同步旋轉座標系統 46 3.5.2 功率轉換器之控制法則與調節器設計 48 3.5.3 三階層功率轉換器中性點電位對稱控制 52 3.6 結語 53 第四章 系統之能量管理 54 4.1 前言 54 4.2 蓄電池充放電系統架構及控制 54 4.2.1 直流截波器降壓模式 55 4.2.2 直流截波器升壓模式 57 4.3 能量管理模式 59 4.3.1 獨立供電系統 59 4.3.2 市電並聯系統 60 4.4 結語 63 第五章 實作與測試 64 5.1 前言 64 5.2 實體製作 64 5.2.1 數位信號處理器之介面電路 65 5.2.2 電壓回授電路 67 5.2.3 電流回授電路 68 5.2.4 雙向開關電路 69 5.2.5 功率電晶體閘級驅動電路 69 5.2.6 電壓零點偵測電路 70 5.3 軟體規劃 72 5.3.1 主程式規劃 72 5.3.2 比例積分器設計與規劃 74 5.3.3 太陽能發電系統程式規劃 76 5.3.4 蓄電池充放電系統程式規劃 77 5.3.5 三相變流器獨立供電程式規劃 80 5.3.6 三相變流器併聯供電程式規劃 82 5.4 實測結果 84 5.5 結語 99 第六章 結論與建議 100 6.1 結論 100 6.2 建議 101 參考文獻 102 附 錄 A 系統規格與電路參數 106 作者簡介 107

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