风力发电系统之最大功率追踪方法及装置

風力發電系統之最大功率追蹤方法及裝置國立高雄應用科技大學電力電子應用研究室指導教授:周宏亮老師學生:沈家民2020/2/12Page-2內容大綱綠色電能發展契機目前台灣發電機組裝置容量圓餅圖風力發電之MPPT曲線最大功率追蹤之基本原理系統架構圖最大功率追蹤方法流程圖直流至交流轉換器控制方塊圖實驗結果圖結論2020/2/12Page-3綠色電能發展契機•我國再生能源發展目標我國規劃中長期(2010~2020)再生能源發電容量配比達12%以上。裝置容量將擴增為現有3倍，達650萬瓩以上。012345678年別2001200420102020項目2020年裝置容量地熱水力生質能風能太陽能合計650萬瓩135萬瓩15萬瓩250萬瓩150萬瓩100萬瓩萬瓩─35%─4.0%42%─14.5%─4.7%650萬瓩(11.3%)275億度330萬瓩(6.0%)125億度241萬瓩(5.8%)85億度223萬瓩(5.7%)67億度資料來源:經濟部能源會,2001年1500MW942.5MW2020/2/12Page-4目前台灣發電機組裝置容量圓餅圖Source:台灣電力公司2006年03月2020/2/12Page-5風力發電之MPPT曲線•風力輪機之輸出功率對發電機頻率理想特性曲線2020/2/12Page-6風力發電之MPPT曲線(續)風力發電機照片3221wwvRP2020/2/12Page-7風力發電之MPPT曲線(續)變頻馬達GFinvFwindRVIPC=2200u工業風扇利用工業風扇帶動風力發電機架構圖2020/2/12Page-8風力發電之MPPT曲線(續)利用工業風扇帶動風力發電機之MPPT曲線圖02040608010012004812162024VP(w)8.05m/s7.10m/s6.58m/s6.02m/s2020/2/12Page-9風力發電之MPPT曲線(續)利用馬達帶動風力發電機架構圖DCDCVdc1Vdc2DCACPMSG永磁同步發電機交流至直流轉換級直流至直流轉換級R三相感應電動機變頻器Utility3Ø220V耦合器2020/2/12Page-10風力發電之MPPT曲線(續)利用馬達帶動風力發電機之MPPT曲線圖0501001502002503003500369121518212427VP(w)11.58m/s10.82m/s10.21m/s9.76m/s2020/2/12Page-11最大功率追蹤之基本原理在此假設配電系統的電壓為：vs(t)=Vpsin(ωt)直流至交流轉換器之輸出電流為純正弦波且與市電電壓同相位，則iinv(t)=Iinvsin(ωt)則直流至交流轉換器之輸出功率為pinv(t)=vs(t)*iinv(t)=1/2*VpIinv(1-cos2ωt)2020/2/12Page-12最大功率追蹤之基本原理(續)而風能經三相橋式整流器整流成一直流電壓後之輸出功率為Pwind=Vwind*Iwind假設電能轉換器沒有損失，則Pwind=Vwind*Iwind=1/2VpIinv2020/2/12Page-13系統架構圖永磁同步風力發電機交流/直流轉換器直流/交流轉換器脈寬調變驅動器數位處理器市電Iinv(t)Vs(t)Vwind(t)直流/直流轉換器Vdc1Vdc22020/2/12Page-14直流至直流轉換器電力架構圖Vdc1Vdc22020/2/12Page-15最大功率追蹤方法流程圖開始直流至交流轉換器設定輸出電流初始值K回授風能直流端電壓Vwind_n-1直流至交流轉換器輸出電流振幅K增加延遲回授風能直流端電壓Vwind_nVwind_n=Vwind_n-1是否K值增加K值減少Vwind_n存至Vwind_n-12020/2/12Page-16直流至交流轉換器控制方塊圖鎖相迴路控制單元驅動器電壓偵測單元+-回授之直流至交流轉換器輸出電流脈寬調變信號輸出電流參考信號控制信號電壓偵測信號配電系統電壓直流至交流轉換器輸出電流振幅K2020/2/12Page-17實驗結果圖風力發電輸出300W，Inverter輸出總功率約182W，效率61%，Inverter輸出之電壓電流波形圖，（a）電壓波形。（b）電流波形。最大功率追縱輸出功率圖。2020/2/12Page-18實驗結果圖(續)Inverter輸出電流之THD當風力變動時，風力發電機之輸出功率曲線圖。2020/2/12Page-19結論由實驗結果可知，本論文所提出的最大功率追蹤法（直流至交流轉換器輸出電流振幅法），不必真正地去計算風力發電系統的輸出功率，就能達成最大功率追蹤之目的，因此使用本文所述之最大功率追蹤方法的實際電路配置與習知技術相比，其係更為簡單而又節省成本。2020/2/12Page-20報告到此結束,謝謝指教!!