簡易檢索 / 詳目顯示

研究生: 林功偉
Kung-Wei Lin
論文名稱: 以數位信號處理器為基礎之電池儲能系統研製
Development of Digital Signal Processor Based Battery Energy Storage Systems
指導教授: 黃仲欽
Jonq-Chin Hwang
口試委員: 葉勝年
Sheng-Nian Yeh
蕭弘清
Horng-Ching Hsiao
王順源
Shun-Yuan Wang
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: 2009
畢業學年度: 97
語文別: 中文
論文頁數: 71
中文關鍵詞: 電池儲能系統直流-直流截波器直流-直流轉換器雙向功率傳輸
外文關鍵詞: Battery Energy Storage System, DC-DC chopper, DC-DC converter, Bi-Directional
相關次數: 點閱:201下載:8
分享至:
查詢本校圖書館目錄 查詢臺灣博碩士論文知識加值系統 勘誤回報
  • 本文旨在研製具有雙向功率轉換功能之單相交流-直流功率轉換器及三臂型直流-直流功率轉換器,作為蓄電池充電及放電使用,以完成蓄電池的儲能系統。文中利用單相交流-直流功率轉換器將市電側電壓轉換為直流電壓,此直流電壓可提供負載及蓄電池儲能,同時亦可作為蓄電池放電之市電併網使用。蓄電池充電及放電採用三臂型直流-直流功率轉換器,其主要的工作模式有降壓模式及升壓模式。降壓模式下,利用三臂均流控制及交錯式脈波寬度調變控制,直流鏈電壓對蓄電池組進行充電。在升壓模式下,將儲存在蓄電池組的能量送回直流鏈側。本文採用零點偵測電路取得市電側交流電壓之零交越點,控制其輸出電流與市電側電壓同步,如此電池儲能系統能夠達到高功率因數、低電流諧波,並能吸收與提供功率予市電端。
      本文已建立功率轉換器之數學模型,為數位控制器之設計依據,系統以數位信號處理器(DSP, TMS320LF2808)為系統控制核心,藉由電壓回授及電流回授電路將資料回送至數位信號處理器作運算,市電側之交流-直流功率轉換器及三臂直流-直流功率轉換器之控制策略皆由C語言完成。實測結果顯示,在單相市電側之交流電壓為110V,蓄電池端電壓為144V之情況下,直流鏈電壓為200V,已完成300W之蓄電池組儲能測試。


    This thesis is to study the single-phase ac-dc power converter and the multi-phase bi-directional dc-dc power converter, which can control the charging and discharging of the batteries, it thus can be used to build the energy storage system. The single phase ac-dc power converter is used to convert the power from the grid to stable dc-link voltage. This stable voltage can not only supply power for the operation, but also charge the batteries. It can also release power to the grid at the same time. The multi-phase bi-directional dc-dc power converter, which is placed between the battery pack and dc-link, is used to charge and discharge the power of battery pack. There are two main working modes: the buck mode and the boost mode. In the buck mode, three-leg equal-current control and interleaved pulse-width modulation control method are used to charge the battery. In the boost mode, the power in the battery pack is released to the dc-link. Zero-cross detecting circuit is introduced to acquire the zero-cross point of the grid power, forcing the current command to be synchronized with the grid power. The battery energy storage system can absorb and deliver the power to the grid.
      In this thesis, the mathematic model for the power converter has been established. The digital signal processor TMS320LF2808 is used as the control core. The voltage and current sensing circuits feed the data to the controller. This thus combines with the control strategies of power converter to complete the whole system. Besides, C language is used for the control of the battery energy storage system. A 400W energy storage system is built. Experimental results show that a dc-link voltage of 200V is obtained with the input voltage of 110V and battery voltage of 144V.

    目錄 中文摘要 I 英文摘要 II 誌 謝 III 目 錄 IV 圖表索引 VI 符號索引 IX 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及背景 1 1.2 文獻探討 1 1.3 系統架構及規格 5 1.4 本文特色 6 1.5 本文大綱 7 第二章 單相交流-直流功率轉換器之分析及控制 8 2.1 前言 8 2.2 單相交流-直流功率轉換器之數學模式 8 2.3 單相交流-直流功率轉換器之控制策略 11 2.3.1 電壓單極性脈波寬度調變 11 2.3.2 市電側電流預測控制 14 2.3.3 實功率及虛功率補償控制 16 2.3.4 直流鏈電壓閉迴路控制 18 2.4 結語 19 第三章 三臂型直流-直流功率轉換器模式及控制 20 3.1 前言 20 3.2 蓄電池特性分析及充電方式 20 3.2.1 蓄電池特性分析 20 3.2.2 蓄電池充電方式 20 3.3 單臂型直流-直流功率轉換器模式及控制 22 3.4 三臂型直流-直流功率轉換器模式及控制 27 3.4.1 同時及交錯導通開關狀態控制 28 3.4.2 三臂型直流-直流功率轉換器模式及控制 30 3.5 蓄電池儲能系統整合 35 3.5.1 蓄電池充電控制 35 3.5.2 蓄電池放電控制 36 3.6 結語 37 第四章 實體製作與實測 38 4.1 前言 38 4.2 硬體電路製作 38 4.2.1 數位信號處理器介面電路 38 4.2.2 功率級電晶體閘極驅動電路 41 4.2.3 電壓電流回授電路 44 4.3 控制軟體規劃 47 4.3.1 主程式流程規劃 47 4.3.2 單相交流-直流功率轉換器之程式規劃 49 4.3.3 三臂型直流-直流功率轉換器之程式規劃 51 4.4 實測結果 55 第五章 結論與建議 66 5.1 結論 66 5.2 建議 67 參考文獻. 68 附錄A 70 作者簡介 71

    參考文獻
    [1] A. Cavallini, M. Loggini and G. C. Montanari, “Comparison of Approximate Methods for Estimate Harmonic Currents Injected by AC/DC Converters”, IEEE Transactions on Industrial Electronic, Vol. 41, No. 2, pp. 256-262, (1994)
    [2] Marian P. Kazmierkowski, Luigi Malesani, “Current Control Techniques for Three-Phase Voltage-Source PWM Converters: A Survey”, IEEE Transactions on Industrial Electronic, Vol. 45, No. 5, pp. 691-703, (1998)
    [3] 李仲毅,「全數位化之單相變流器設計與製作」,碩士論文,國立台灣大學,台北(1998)。
    [4] 曾宏舜,「高功因三相開關型整流器之研製」,碩士論文,國立台灣科技大學,台北(1998)。
    [5] C. Y. Inaba, Y. Konishi and M. Nakaoka, “High frequency PWM controlled step-up chopper type DC–DC power converters with reduced peak switch voltage stress”, IEE Proceedings Electric Power Applications, Vol. 151, No. 1, pp. 47-52, January (2004)
    [6] 鄭榮明,「多功能單相不斷電系統之研製」,碩士論文,國立台灣科技大學,台北(2008)。
    [7] 蘇育生,「以數位訊號處理器為基礎之並聯型單相全橋不斷電系統之研製」,碩士論文,國立台灣科技大學,台北(2003)。
    [8] N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, Power Electronics Converters Applications and Design, 3nd edition, Wiley, (1995).
    [9] G.F. Franklin, D.J. Powell, and M.L. Workman, Digital Control of Dynamic Systems, Addison-Wesley, (1990)
    [10] CSB Battery Technologies, 小型密閉式鉛酸蓄電池技術手冊, http://www.csb-battery.com/chine/03_support/01_support.php, (2007)

    [11] J. R. Tsai, T. F. Wu, C. Y. Wu, Y. M. Chen, Ming-Chuan Lee, “Interleaving Phase Shifters for Critical-Mode Boost”, IEEE transactions on Power Electronics, Vol. 23, No. 3, pp. 1348-1357, May (2008)
    [12] TMS320x280x, 2801x, 2804x DSP System Control and Interrupts Reference Guide.
    [13] TMS320x28xx, 28xxx, Enhanced Pulse Modulator (ePWM) Module.
    [14] TMS320x280x, 2801x, 2804x DSP Analog-to-Digital Converter (ADC) Reference Guide.
    [15] DM74LS04, Hex Inverter, National Semiconductor.
    [16] HCPL-3120, 2.0 Amp Output Current IGBT Gate Drive Optocoupler Technical Data, Hewlett Packard.
    [17] AD210AN, Wide Bandwidth 3-Port Isolation Amplifier, Analog Devices
    [18] LA 100-P, Current Transducer, LEM
    [19] 張佑榮,「以數位訊號處理器為基礎之太陽能發電系統之研製」,碩士論文,國立台灣科技大學,台北(2006)。
    [20] 呂文隆,「單相半橋多功能不斷電系統之研製」,博士論文,國立台灣科技大學,台北(1998)。
    [21] 葉勝年,「多功能功率補償之蓄電池儲能系統研製」,國科會研究報告,臺北,臺灣(1994)。
    [22] 康宗仁,「永磁式同步發電機之風力發電功率系統之研製」,碩士論文,國立台灣科技大學,台北(2005)。

    QR CODE