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研究生: 黃亭瑋
Ting-Wei Huang
論文名稱: 具負載追隨控制之住宅型儲能系統研製
Development of Residential Energy Storage System with Load Following Control
指導教授: 吳瑞南
Ruay-Nan Wu
口試委員: 張宏展
Hong-Chan Chang
謝宗煌
Tsung-Huang Hsieh
張建國
Chien-kuo Chang
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: 2016
畢業學年度: 104
語文別: 中文
論文頁數: 76
中文關鍵詞: 儲能系統雙向換流器雙向轉換器單相市電併聯功率因數修正負載追隨
外文關鍵詞: Energy Storage System, Bidirectional Inverter, Bidirectional Converter, Single-phase grid connection, Power Factor Correction, Load Following
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本論文主軸是用於家庭的儲能系統,使用數位信號處理器做控制,順應家庭電能管理系統因時間電價、需量反應作出需求面管理,進行負載轉移,而能有削峰填谷的成效。本儲能系統配合家庭電能管理系統的調配計畫,得到參考功率且以此為基準,與取自智慧電表之即時負載作比較,達到負載追隨之目的,使家庭負載在經過調配後能趨近於水平,也藉此參考功率,判斷儲能系統中電池充放電之時機,協助目標為削峰填谷之家庭電能管理系統作負載調配控制。
本儲能系統包括直流/直流雙向轉換器、全橋式雙向轉換器及氧化鋰鐵磷電池作為基本架構,且採用由德州儀器公司生產之數位信號處理器TMS320F28335為控制中樞,配合電壓、電流回授電路,對直流/直流雙向轉換器藉比例積分控制作直流鏈電容穩壓,使系統能夠控制電池充放電,全橋式雙向轉換器則藉預測電流法作市電併聯模式與功率因數修正模式的控制,整體系統功率可雙向輸出350W,在此一基礎下,本系統於單相市電系統中,取得家庭電能管理系統當日所預測之參考功率,與智慧電表之即時負載作比較,判斷儲能與釋能的時機且求得系統所需要輸出的功率,以達到負載追隨之效,進而幫助家庭電能管理系統控制家庭負載用電情形,實驗結果驗證了此控制策略之可行性。


The thesis is concerned with the Residential Energy Storage System. Using the Digital Signal Processor to control the circuit. The Energy Storage System(ESS) can achieve Demand-Side management to shave the peak load and shift load in response to Demand Response and time-of-use pricing. The system acquires the reference power to meet the Energy Management System(EMS) coordination plan and compared to the load from smart meter in real time to achieve load following. It helps household load close to constant. Due to the reference power, the system can determine the battery charge or not and assist the EMS coordinate the load.
The system includes a DC/DC bidirectional converter, a bidirectional inverter and a Lithium Iron Phosphate Oxide battery as hardware architecture. Using TMS320F28335 produced by Texas Instruments to feedback the dc-link voltage, dc-link current, ac terminal voltage and current to regulate DC-link voltage by proportional–integral control. This control can help the battery to charge and discharge. The bidirectional full bridge inverter controlled by Predictive Current Control to determine to operate in grid-connected mode or power factor correction mode. The ESS can bidirectional output 350 watt in single phase system. The system accomplishes load following by comparing the reference power and real-time household load with a smart meter. This information determines the operation mode and help EMS manage residential load condition. The results of the experiment proved the feasibility of the thesis.

摘要 I ABSTRACT II 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XIV 1 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻探討 2 1.3 系統架構 5 1.4 本文大綱 7 2 第二章 直流/直流雙向轉換器 8 2.1 雙向直流/直流轉換器架構介紹 8 2.1.1 隔離型雙向轉換器 8 2.1.2 非隔離型雙向轉換器 9 2.2 電感電流操作模式 10 2.2.1 連續導通模式 10 2.2.2 不連續導通模式 11 2.2.3 臨界導通模式 11 2.3 濾波電感與電容設計 12 2.3.1 昇壓(Boost)模式分析 13 2.3.2 降壓(Buck)模式分析 17 2.4 數位式比例積分控制器-直流鏈電容穩壓機制 23 2.4.1 昇壓(Boost)模式 23 2.4.2 降壓(Buck)模式 25 3 第三章 全橋式雙向換流器 27 3.1 雙向換流器架構介紹 27 3.1.1 全橋式 27 3.1.2 半橋式 28 3.2 正弦脈波調變寬度介紹 29 3.2.1 雙極性電壓切換 29 3.2.2 單極性電壓切換 30 3.3 濾波電感與電容設計 31 3.4 市電併聯模式 32 3.4.1 市電併聯模式-電源正半週分析 32 3.4.2 市電併聯模式-電源負半週分析 33 3.5 功率因數修正模式 35 3.5.1 功率因數修正模式-電源正半週分析 35 3.5.2 功率因數修正模式-電源負半週分析 36 3.6 預測式電流控制法 37 3.6.1 預測式電流控制法推導-市電併聯模式 38 3.6.2 預測式電流控制法推導-功率因數修正模式 40 3.6.3 參考電流值的建立 41 4 第四章 電路設計與軟體架構 43 4.1 硬體電路架構 43 4.1.1 氧化鋰鐵磷電池 43 4.1.2 閘極驅動電路 45 4.1.3 RCD緩衝電路 46 4.1.4 直流鏈電容電壓與電池電壓回授電路 46 4.1.5 交流電流與直流電流回授電路 47 4.1.6 市電併聯控制與直流鏈電容電壓預充電路 48 4.1.7 零點交越與交流電壓回授電路 49 4.1.8 智慧電表 50 4.2 軟體架構 50 4.2.1 數位訊號處理器介紹 50 4.2.2 系統軟體規劃 54 4.2.3 UART 60 5 第五章 實驗結果 63 5.1 儲能系統運作於市電併聯模式 63 5.2 儲能系統運作於功率因數修正模式 67 6 第六章 結論與未來展望 71 6.1 結論 71 6.2 未來展望 72 參考文獻 73

[1] Lotfi, J., Abbou, M. F., and Abdi, F. “Overview of home energy management systems architectures and techniques,” in 2015 3rd International Renewable and Sustainable Energy Conference (IRSEC), pp.1-4, Dec. 2015.
[2] Han, J., Choi, C. S., Park, W. K., Lee, I., and Kim, S. H., “PLC-based photovoltaic system management for smart home energy management system,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol.60, no.2, pp.184-189, May. 2014.
[3] Han, J., Choi, C. S., Park, W. K., Lee, I., and Kim, S. H., “Smart home energy management system including renewable energy based on ZigBee and PLC,” IEEE Transactions on Consumer Electronics, vol.60, no.2, pp.198-202, May. 2014.
[4] Collotta, M., & Pau, G. “A novel energy management approach for smart homes using bluetooth low energy,” Selected Areas in Communications, IEEE Journal on, vol.33, no.12, pp.2988-2996, Dec. 2015.
[5] 李展宇,「灰色預測應用於即時性住宅能源管理之研究」,國立台灣科技大學電機工程研究所碩士論文,民國104年。
[6] EPARC,「電力電子學綜論」,第二版.全華科技圖書股份公司,民國96年。
[7] Karshenas, H. R., Bakhshai, A., Safaee, A., Daneshpajooh, H., and Jain, P., Bidirectional DC-DC converters for energy storage systems, INTECH Open Access Publisher, 2011, pp.161-176.
[8] 蕭閔聰,「新型雙向直流至直流轉換器之分析與研製」,國立成功大學電機工程學系碩士班論文,民國99年。
[9] Zhiling, L., and Xinbo, R. “Control strategy for bidirectional DC/DC converter of a novel stand-alone photovoltaic power system.” in IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, 2008, pp.1-6.
[10] 黃國良,「隔離型全橋/推挽式雙向轉換器研製」,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,民國101年。
[11] 石閔存,「具雙向能量控制之儲能系統研製」,國立台灣科技大學電機工程研究所碩士論文,民國104年。
[12] Schupbach, R. M., and Balda, J. C. “Comparing DC-DC converters for power management in hybrid electric vehicles,” in Electric Machines and Drives Conference, 2003, pp. 1369-1374.
[13] 莊育庭,「具雙向功率控制之儲能系統研製」,國立台灣科技大學電機工程研究所碩士論文,民國103年。
[14] 黃德銘,「併網型可規劃輸出功率之單向變流器研製」,國立台灣科技大學電機工程研究所碩士論文,民國103年。
[15] 朱方宇,「應用併聯型雙向換流器於電池儲能系統之研究」,逢甲大學電機工程研究所碩士論文,民國103年。
[16] Kjaer, S. B., Pedersen, J. K., and Blaabjerg, F. “A review of single-phase grid-connected inverters for photovoltaic modules.” IEEE transactions on industry applications, vol.41, no.5, pp. 1292-1306, Sep. 2005.
[17] 楊孟勳,「市電併聯模式之雙向換流器研製」,國立中正大學電機工程研究所碩士論文,民國99年。
[18] 張晉銘,「單相換流器市電併網控制系統之研製」,國立台灣科技大學電機工程研究所碩士論文,民國98年。
[19] Chen, Y. M., Wu, H. C., Chen, Y. C., Lee, K. Y., and Shyu, S. S. “The AC line current regulation strategy for the grid-connected PV system,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol.25, no.1, pp.209-218, Jan. 2010.
[20] Chen, Y. M., Liu, K. Y., Chiang, S. K., and Chang, Y. R. “Bi-directional grid-tied inverter with predictive current control.” in 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, pp. 916-919, 2009.

無法下載圖示 全文公開日期 2018/08/03 (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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