單相太陽能市電併聯型換流器之研製

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黃登基(Deng-chi Huang) 查詢紙本館藏

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電機工程學系在職專班

論文名稱

單相太陽能市電併聯型換流器之研製
(Design and Implementation of Grid-Connected Single-Phase Photovoltaic Inverter)

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摘要(中)

本文旨在研製一單相2KW太陽能市電併聯型換流器，將太陽能板所產生的直流電力轉換成交流電力輸出，由於太陽能電池輸出電壓、電流容易受到日照強度與溫度的影響，而造成最大功率點的漂移，因此需利用最大功率追蹤及電力電子技術來汲取太陽能光電池可用之最大功率，而太陽能換流器的功率電路是由直流升壓型轉換器與全橋式換流器兩級電路所組成。本系統可直接與市電併聯供電，以紓解尖峰負載用電的問題。
市電併聯型太陽能換流器的三大設計重點為:最大功率追蹤、輸出交流電流控制與孤島效應的偵測，本文以數位信號處理器(DSP-TMS320F2808)為核心來實現系統之數位控制，而市電併聯實測電流總諧波失真低於5%，整體最大效率在96%以上，最後以PSIM模擬與實際製作2KW市電併聯型換流器之實測結果來驗證系統之性能。

摘要(英)

This thesis presents the design and implementation of the 2KW grid- connected single-phase photovoltaic inverter. The inverter converts dc power generated by photovoltaic cells into ac power. Due to that output voltage and current of the photovoltaic cells are easily changed by light and temperature fluctuations, it will casue the maximum power point drift. Therefore, maximum power point tracking and power electronic technique are required to draw the available maximum power from the photovoltaic cells. The power circuit of the photovoltaic inverter is composed of boost converter and full-bridge inverter. The output of the inverter is directly connected to utility grid system to supply peak load.
There are mainly three design goals for a grid-connected photovoltaic inverter: maximum power point tracking output current control of the inverter and islanding effect detection. A digital signal processor is applied for the system control Experimental results show that the current total harmonic distortion measured is less than 5% with maximum efficiency above 96% Finally , the performance of the proposed configuration is verified by PSIM simulation results and hardware measurements of the 2KW grid-connected inverter.

關鍵字(中)

★ 市電併聯型換流器
★ 最大功率追蹤
★ 太陽能電池

關鍵字(英)

★ grid-connected inverter
★ maximum power point tracking
★ Photovoltaic cell

論文目次

中文摘要............................................. i
英文摘要............................................. ii
誌謝................................................. iii
目錄................................................. iv
圖目錄............................................... viii
表目錄............................................... xii
第一章緒論.......................................... 1
1-1 研究動機......................................... 1
1-2 研究背景......................................... 2
1-3 本論文之系統架構................................. 4
1-4 論文內容大綱..................................... 5
第二章太陽能光電板介紹及最大功率追蹤實現........... 6
2-1 前言............................................. 6
2-2 太陽能光電板介紹................................. 6
2-3 最大功率點追蹤技術介紹.......................... 11
2-3-1 擾動觀察法.................................... 12
2-3-2 增量電導法.................................. 14
第三章太陽能市電併聯型系統架構介紹................. 17
3-1 前言 ........................................... 17
3-2 系統架構介紹.................................... 17
3-3直流升壓型轉換器介紹............................. 18
3-4單相全橋式換流器電路............................. 21
3-4-1 正弦脈波寬度調變原理.......................... 21
3-4-2 單極性電壓切換.............................. 22
3-4-3 緩衝電路(Snubber)設計....................... 30
3-4-4 換流器之濾波電路設計........................ 32
第四章系統軟體規劃與硬體設計....................... 35
4-1 系統控制流程介紹................................ 35
4-1-1 主程式控制流程.............................. 35
4-1-2 固定週期中斷流程............................ 36
4-1-3 正弦波脈寬寬度調變副程式.................... 37
4-1-4 市電電壓零交越中斷.......................... 38
4-1-5 換流器輸出功率調節流程...................... 39
4-1-6 最大功率追蹤控制............................ 39
4-1-7 單相全橋式換流器控制........................ 42
4-1-8 直流側電壓之穩壓控制........................ 42
4-1-9 換流器之PI 控制器設計....................... 45
4-2 系統週邊硬體電路設計............................ 49
4-2-1 直流電壓偵測電路 ........................... 49
4-2-2 直流電流偵測電路 ........................... 50
4-2-3 交流電壓偵測電路 ........................... 51
4-2-4 交流電流偵測電路 ........................... 51
4-2-5 零交越偵測電路.............................. 52
4-2-6 閘極驅動電路................................ 53
4-2-7系統輔助電源介紹 ............................ 54
4-2-8 EMI濾波電路................................. 55
第五章孤島效應防治................................. 57
5-1 孤島效應的發生.................................. 57
5-2 孤島效應的防治技術.............................. 58
5-2-1 被動式偵測法................................ 58
5-2-2 主動式偵測法................................ 59
5-3 IEEE1547規範介紹............................... 61
第六章模擬與實驗結果............................... 65
6-1 最大功率追蹤之模擬與實驗結果.................... 67
6-2 市電併聯模式之模擬與實驗結果.................... 69
6-3 孤島效應測試結果................................ 76
第七章結論及未來研究方向........................... 83
7-1 結論............................................ 83
7-2 未來研究方向.................................... 83
參考文獻............................................ 85

參考文獻

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指導教授

徐國鎧(Kuo-Kai Shyu)

審核日期

2012-8-16

推文