開關式磁阻發電機之開發及其應用於微電網系統之建立

DEVELOPMENT OF A SWITCHED-RELUCTANCE GENERATOR AND ITS APPLICATION TO THE ESTABLISHMENT OF MICROGRID SYSTEM

張淵智(Yuan-Chih Chang)

指導教授 ： 廖聰明

國立清華大學/電機資訊學院/電機工程學系/博士(2010年)

摘要

本論文提出一開關式磁阻發電機系統及其應用於共同直流匯流排微電網系統之建立。首先適當設計開關式磁阻發電機之電力電路，以降低由換相及切換所造成之直流鏈電壓紋波，接著從事考慮電壓紋波影響之量化與強健電壓控制。為進一步強化操控性能，本論文開發一動態換相移位控制器，當線圈電流成為單脈波狀使電壓控制失效時，自動移動線圈之換相激磁角度以消除此一現象。最後並於穩態換相移位調整以獲得能源轉換效率之提升。
在建立了具有良好調控直流輸出電壓之開關式磁阻發電機後，將其用以建構一實驗型共同直流匯流排微電網。首先開發一具電器隔離之電流注入推挽式直流-直流轉換器，將發電機之輸出電壓升壓並建立一共同直流匯流排。其中，為獲得良好之轉換器操作性能，妥適處理一些關鍵事務：電力電路設計、高頻變壓器設計、主動式箝位電路以降低變壓器漏感造成之高電壓突波及控制架構設計等。
為維持微電網之供電品質，本論文建構一蓄電池儲能系統，其中，蓄電池經由所建之雙向昇降壓直流-直流轉換器介接至共同匯流排，從事放電及充電工作。並提出一以返馳切換式整流器為主之輔助充電器，以便於微電網發生長時間故障或再生能源短缺時，能夠由傳統電網對蓄電池進行補助充電。在所建構返馳切換式整流器中，具體貢獻之技術包含：額定推導、電力電路設計、強健電壓調節控制、電荷調控脈寬調制切換技術、散頻調控方法及以變壓器並聯擴增額定等。

關鍵字

開關式磁阻發電機 ； 微電網 ； 蓄電池能量儲存系統 ； 動態建模 ； 電壓控制 ； 強健控制 ； 換相時刻位移 ； 電流注入直流-直流轉換器 ； 返馳切換式整流器 ； 功因調控 ； 電荷調控脈寬調制 ； 非線性行為 ； 隨機切換 ； 散頻頻譜

參考文獻

[2]T. J. E. Miller, Switched reluctance motors and their Control, Oxford, Clarendon Press, 1993.

[1]P. C. Sen, Principles of electric machines and power electronics, 2nd ed., New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 1997.

[3]R. Krishnan, Switched reluctance motor drives: modeling, simulation, analysis, design, and applications, New York: CRC Press, 2001.