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研究生: 陳佳暉
Chia-hui Chen
論文名稱: 以數位信號處理器為基礎之太陽能發電系統研製
Development of Digital Signal Processor Based Photovoltaic Conversion Systems
指導教授: 黃仲欽
Jonq-Chin Hwang
口試委員: 葉勝年
none
王順源
none
呂錦山
none
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: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 126
中文關鍵詞: 太陽能電池最大功率追蹤二臂型雙向昇/降壓直流-直流功率轉換器市電併網
外文關鍵詞: solar-cell, maximum power point tracking, two-leg bi-directional boost/buck dc-dc power co, connected with power grid
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  •   本文旨在研製太陽能發電之複合式供電系統。在太陽能電池方面,採用兩組昇壓型直流-直流功率轉換器並聯運轉,搭配最大功率追蹤控制策略,使系統滿足不同天候狀況下運作,保持最佳工作效益。在蓄電池組方面,採用二臂型雙向昇/降壓直流-直流功率轉換器,其工作模式分為昇壓模式與降壓模式:在昇壓模式下可將蓄電池組的能量送至直流鏈電壓側,補充發電量之不足。在降壓模式下可由直流鏈電壓將多餘電力回充至蓄電池組,有效管理發電側與輸出側之能量平衡。蓄電池並採用二臂交錯式脈波寬度調變控制,可有效降低漣波電壓並達成均流控制。在輸出側採用單相全橋型直流-交流功率轉換器,利用單極性電壓切換技術,可操作於電壓控制模式獨立運轉或電流控制模式市電併聯運轉。
      在實體製作中,控制核心採用數位信號處理器TMS320F2808,藉電壓、電流回授至數位信號處理器做運算,使用電壓、電流閉迴路控制策略,完成整體系統之實體製作。在模擬分析中,本文使用MATLAB/Simulink模擬軟體分析整體系統在各種操作模式下之控制策略,所得出之輸出波形可與實測結果相驗證。
      本文之太陽能發電系統在獨立運轉模式下,可對單相負載輸出交流60Hz、110V之定電壓,輸出有效實功率345W;在市電併聯運轉模式下,可對單相110V之市電網路輸出5A峰值之電流,輸出有效實功率390W,整體效率為92.9%。


      The objective of this thesis is to develop the photovoltaic hybrid conversion system. On the solar-cell system side, two parallel boost dc-dc power converters are connected and controlled with maximum power point tracking to attain optimum efficiency under various weather conditions. Whereas, On the battery part, a two-leg bi-directional boost/buck dc-dc power converter is designed so that in the boost mode, the power in the battery can be released to dc-link. While in the buck mode, the surplus power can charge the battery from dc-link. The balance of energy between generation and output sides can thus be managed. The two-leg interleave pulse-width modulation method is used in battery group to reduce the ripple voltage and achieve equal-current control effectively. A single phase full-bridge inverter utilizing unipolar voltage switching method is used on output side. It can be either operated in stand-alone fashion using voltage control or connected with power grid using current control mode.
      The digital signal processor (DSP, TMS320LF2808) is used to control the system with voltage and current feedbacks. The overall system is completed by using the voltage and current closed-loop control strategy. The simulation software, MATLAB / Simulink is used to analyze control performance of each operation mode. The output waveforms obtained are verified experimentally.
      Experimental results for the output of 110V, 345W to single-phase load under stand-alone operation mode is obtained. In addition, an output of 5A peak, 110V, 390W with an efficiency of 92.9% is achieved under grid-connected operation.

    摘  要 I Abstract II 誌  謝 III 目  錄 IV 圖索引 VII 表索引 XII 符號說明 XIII 第一章 緒論 1 1.1 研究動機及目的 1 1.2 文獻探討 1 1.3 系統架構及特色 2 1.3.1 系統架構 3 1.3.2 本文特色 3 1.4 本文大綱 5 第二章 太陽能發電系統 7 2.1 前言 7 2.2 太陽能電池簡介 7 2.3 太陽能發電系統架構 14 2.3.1 昇壓型直流-直流功率轉換器連續導通模式 15 2.3.2 昇壓型直流-直流功率轉換器之控制 17 2.3.3 太陽能發電系統之最大功率追蹤控制 19 2.4 結語 22 第三章 蓄電池儲、釋能控制 23 3.1 前言 23 3.2 蓄電池儲能特性分析及充電方式 23 3.2.1 蓄電池特性分析 23 3.2.2 蓄電池充電方式 25 3.3 雙向直流-直流功率轉換器之分析 26 3.3.1 直流-直流功率轉換器之降壓模式 27 3.3.2 直流-直流功率轉換器之昇壓模式 29 3.4 二臂型雙向功率轉換器之控制 31 3.4.1 交錯式脈波寬度調變控制 32 3.4.2 二臂型直流-直流功率轉換器之降壓模式 34 3.4.3 二臂型直流-直流功率轉換器之昇壓模式 35 3.5 結語 37 第四章 單相市電併網及系統能源管理 38 4.1 前言 38 4.2 單相直流-交流功率轉換器之分析及控制 38 4.2.1 單相直流-交流功率轉換器之數學模式 38 4.2.2 弦式脈波寬度調變控制 40 4.3 電壓控制模式功率轉換器之分析及控制 42 4.4 電流控制模式與市電併網 43 4.5 單相直流-交流功率轉換器 46 4.5.1 單相直流-交流功率轉換器市電併網模擬 46 4.5.2 單相直流-交流功率轉換器市電併網實測 46 4.6 系統能源管理 49 4.6.1 獨立運轉供電系統 49 4.6.2 市電併聯運轉供電系統 51 4.7 結語 53 第五章 系統整合實體製作 54 5.1 前言 54 5.2 硬體電路製作 54 5.2.1 數位控制介面電路 55 5.2.2 電壓回授電路 57 5.2.3 電流回授電路 58 5.2.4 智慧型功率模組驅動電路 59 5.3 軟體流程規劃 60 5.3.1 系統主程式規劃 60 5.3.2 太陽能發電系統程式規劃 62 5.3.3 二臂型直流-直流功率轉換器程式規劃 63 5.3.4 單相直流-交流功率轉換器程式規劃 66 5.4 模擬與實測結果 69 5.5 結語 91 第六章 結論與未來研究方向 92 6.1 結論 92 6.2 未來研究方向 93 參考文獻 94 附錄A 系統參數 97 附錄B 系統操作在獨立運轉之模擬程式 98 附錄C 系統操作在市電併聯運轉之模擬程式 106 作者簡介 109

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