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研究生: 朱億樵
Yi-Chiao Chu
論文名稱: 風力發電用之三臂及六臂半控型交流-直流功率轉換器之研製
Development of Three and Six-Leg Half-Controlled AC-DC Power Converter for Wind Power Conversion 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: 119
中文關鍵詞: 永磁式同步發電機半控型交流-直流功率轉換器
外文關鍵詞: permanent-magnet synchronous generator, half-controlled ac-dc power converter
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  • 本文旨在分析及製作風力發電系統之功率轉換器。三相永磁式同步發電機經由交流-直流-交流功率轉換器將風力發電所產生之變動電壓及頻率轉換為固定電壓及頻率之三相電源。本文採用成本低且容易實現之半控型交流-直流功率轉換器做為發電機側之功率轉換器。當風速較低時,採用三臂型半控型交流-直流功率轉換器,提高輸出電壓;當風速較高時,採用六臂型半控型交流-直流功率轉換器,維持直流鏈電壓。市電側採用三相直流-交流功率轉換器,將發電機之功率轉換為電能,與市電併網。
    本系統使用套裝軟體Matlab-Simulink/Simpower作整體的模擬,其中三臂或六臂型半控型交流-直流功率轉換器、三相直流-交流功率轉換器及其控制策略,以作為整體系統實作之依據。本系統採用德州儀器公司之數位信號處理器(TMS320F2812)為控制核心,系統控制策略皆由軟體程式完成,不但減少硬體電路成本,並增加系統運作可靠度。本文已完成三臂及六臂型半控型交流-直流功轉換器的實體製作,容量約280W的市電併網實測結果,其效率為84%。


    The thesis presents the analysis and design of power converters for wind generators. The system consists of three-phase permanent–magnet synchronous generator, rectifier and inverter, which can transfer the generator power from varying-voltage and varying-frequency to 60 Hz three-phase grid. The proposed system uses Matlab-Simulink/Simpower to simulate maximum power-point tracking, three-leg and six-leg half-controlled rectifier and inverter. The simulated results obtained serve as the basis for system implementation and performance evaluation.
    The system uses half-controlled ac-dc power converter which is low-cost and realized easily to become the generator side power converter. When the wind speed is low, the ac-dc power converter uses three-leg half-controlled structure that can raise the dc-link voltage. Whereas, when the wind speed is high, the ac-dc power converter uses three-phase, six-leg half-controlled converter to keep dc-link voltage lying within the constant range. The three-phase inverter is used on load side that can provide the generator power to grid.
    A high-performance and low-cost digital signal processor TMS320F2812 is used to control the power converters. An experimental system is built. The power converter supplies 280W with the corresponding efficiency of 84 % using six-leg half-controlled topology.

    中文摘要 I 英文摘要 II 誌謝 III 目錄 IV 符號索引 VI 圖表索引 IX 第一章 緒論 1 1.1 動機及目的 1 1.2 文獻探討 1 1.3 系統架構及特色 3 1.4 本文大綱 4 第二章 三相永磁式同步發電機及交流-直流功率轉換器分析 6 2.1 前言 6 2.2 三相永磁式同步發電機及其數學模式 6 2.3 三相永磁式同步發電機三臂型交流-直流功率轉換器之分析 10 2.4 三相三臂型交流-直流功率轉換器之模擬 14 2.5 三相三臂型交流-直流功率轉換器之實測 20 2.6 三相永磁式同步發電機六臂型交流-直流功率轉換器之分析 26 2.7三相六臂型交流-直流功率轉換器之模擬 29 2.8三相六臂型交流-直流功率轉換器之實測 33 2.9結語 38 第三章 三臂及六臂型半控型交流-直流功率轉換器分析及控制 39 3.1 前言 39 3.2 三臂型半控型交流-直流功率轉換器之控制策略 39 3.3 六臂型半控型交流-直流功率轉換器之控制策略 41 3.4 具有數位鎖相迴路之磁場角位置偵測 44 3.5 三臂及六臂型半控型交流-直流功率轉換器之切換時機 47 3.6 最大功率追蹤控制及系統整合 48 3.6.1 前言 48 3.6.2 風能發電實驗平台 48 3.6.3 三相直流-交流功率轉換器 49 3.6.4 最大功率追蹤控制及系統整合 51 3.7 結語 54 第四章 實體製作與實測結果 55 4.1 前言 55 4.2 硬體電路 55 4.2.1 數位信號處理器之介面電路 55 4.2.2 電壓回授電路 60 4.2.3 電流回授電路 62 4.2.4 功率級電晶體之閘極驅動電路 63 4.3 控制軟體規劃 64 4.3.1 系統主程式之規畫 64 4.3.2 具有數位鎖相迴路之磁場角位置估測程式規畫 66 4.3.3 三臂型半控型交流-直流功率轉換器程式規畫 68 4.3.4 六臂型半控型交流-直流功率轉換器程式規畫 70 4.3.5 最大功率追蹤控制程式規畫 72 4.3.6 三相直流-交流功率轉換器之程式規畫 74 4.4 系統模擬 76 4.5 系統實測 77 4.6 結語 90 第五章 結論與建議 91 參考文獻 93 附錄A 97 附錄B 98 附錄C 100 附錄D 112 附錄E 117 作者簡介 119

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