再生能源混合型發電系統市電併聯轉換器之研製

Design and Implementation of a Grid-Connected Inverter for Hybrid Renewable Energy Generation System

沈明建(Ming-Jian Shen)

指導教授 ： 楊宏澤 ； 洪穎怡

中原大學/工學院/電機工程研究所/碩士(2008年)

https://doi.org/10.6840/cycu200900433

摘要

本文旨在設計及製作再生能源混合型發電系統市電併聯轉換器。系統架構可分為電力級電路與控制級電路兩部分，系統架構之輸入源以太陽能電池與風力發電機兩再生能源裝置為主。在電力級電路部分，前級架構採用並聯型雙輸入直流/直流功率轉換器搭配擾動與觀察法作為最大功率追蹤控制器，使太陽能電池與風力發電機於當時大氣環境下輸出最大功率，以有效利用再生能源。後級全橋架構之直流/交流變流器功能除了供給單相負載所需之電力外，並可將多餘的電力以單位功因之弦波電流回送市電網路(與市電網路連結運轉模式)；也可以單獨供給負載電力(獨立運轉模式)。
在控制級電路部分，為減低類比電路設計及控制複雜度以高性能、低成本的數位訊號處理器(DSP, TMS320LF2407A)作為整體系統控制核心，實現雙輸入功率轉換器之最大功率追蹤控制以及全橋變流器之市電併聯功能。
在硬體實作上，本文以輸入總功率約為1.5kW的太陽能電池與風力發電機為輸入源，在獨立運轉供電其額定輸出電壓有效值為110V，頻率為60Hz，系統利用MATLAB/Simulink模擬軟體進行分析，在併聯運轉供電下，可提供實功率至市電網路。本文實現之系統整體運轉效率為82 %，而單相變流器輸出電壓總諧波失真率為3.863 % 符合IEEE Std. 519規範。本文提出之再生能源混合型發電系統市電併聯轉換器以達成能源有效利用功能，並以實作結果驗證本文所提出架構性能及控制法則之有效性。
關鍵字：太陽能、風能、最大功率追蹤、全橋變流器、市電併聯

關鍵字

市電併聯 ； 最大功率追蹤 ； 太陽能 ； 全橋變流器 ； 風能

並列摘要

This thesis presents the design and implementation of a Grid-connected Inverter for Hybrid Renewable Energy Generation System. The proposed system configuration consists of a power stage circuit and a control stage circuit, The input dc voltage sources of system configuration consists of the PV array and the wind turbine. In the power stage circuit ,the system configuration adopts the multi-input dc/dc boost power converter as well as perturb-and-observe algorithm for the maximum power point tracking of the hybrid system to achieve all-time optimum power output and realize the effective use of renewable energy. The proposed dc-ac inverter of full-bridge conversion system can supply the local loads and feed excess power to the utility network with unit power factor (grid-connection mode), or it can supply loads exclusively (stand-alone mode).
In the control stage circuit, digital signal processor (DSP,TMS320LF2407A) is used that the control kernel of system to reduce the complexity of circuit design and control. Maximum power point tracking (MPPT) of multi-input power converter and inverter to connect a utility grid feature can be realized for both solar and wind energy.
Finally, a 1.5 kW prototype fed by solar energy source and wind energy source is built and tested. The system can feed proper power to the grid in grid-connected operation, while for stand-alone operation, the rated line-voltage is 110V and the frequency is 60Hz. Besides, the experimental data show that the efficiency of the whole system reaches 82 % and voltage harmonic distortion of single-phase inverter output is 4.29%, which complies with IEEE Std.519. Experimental results are shown to verify the performance of the proposed power converter system.
Keyword: Solar energy ; Wind energy ; MPPT ; Full bridge inverter ; Grid-connected

並列關鍵字

Grid-connected ； Full bridge inverter ； Wind energy ； MPPT ； Solar energy

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