系統識別號 | U0002-1309201714260600 |
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DOI | 10.6846/TKU.2017.00425 |
論文名稱(中文) | 太陽能與鋰電池混合供電之實務探討 |
論文名稱(英文) | Investigation on Practical Design for Solar and Li-on Battery Hybrid Power System |
第三語言論文名稱 | |
校院名稱 | 淡江大學 |
系所名稱(中文) | 航空太空工程學系碩士班 |
系所名稱(英文) | Department of Aerospace Engineering |
外國學位學校名稱 | |
外國學位學院名稱 | |
外國學位研究所名稱 | |
學年度 | 105 |
學期 | 2 |
出版年 | 106 |
研究生(中文) | 邱顯煜 |
研究生(英文) | Hsien-Yu Chiu |
學號 | 604430271 |
學位類別 | 碩士 |
語言別 | 繁體中文 |
第二語言別 | |
口試日期 | 2017-06-15 |
論文頁數 | 66頁 |
口試委員 |
指導教授
-
蕭照焜
委員 - 馬德明 委員 - 蕭富元 |
關鍵字(中) |
光敏電阻 最大功率追蹤 混合供電系統 |
關鍵字(英) |
Light Dependent Resistor Maximum Power Point Tracking Hybrid Power System |
第三語言關鍵字 | |
學科別分類 | |
中文摘要 |
本研究探討太陽能與鋰電池混合供電系統之優化設計,此系統為雙迴圈之設計,內迴圈為電源轉換器之穩壓控制,外迴圈為太陽能最大功率追蹤。內迴圈控制器為非條件式穩定的TYPE III補償器。外迴圈則是利用光敏電阻透過模糊邏輯控制光敏電阻的變化以進行太陽能最大功率追蹤.本設計將光敏電阻控制電路置於太陽能板的輸出端,並直接控制此處的電壓,以提升太陽能之輸出效能.此外本系統並在ZETA電源轉換器的輸出端並聯電池以穩定ZETA輸出電壓,最後成功的在MATLAB/SIMULINK環境上模擬並驗證其可行性。 |
英文摘要 |
This research investigates a refined redesign of the solar and Li-ion battery hybrid power system. The system contains two control loops. The inner-loop is a voltage regulator based on Zeta type buck-boost converter. The outer-loop is for maximum power point tracking (MPPT) of the solar power system. A type III compensator to provide unconditionally stable loop is employed for the inner-loop. The MPPT loop is accomplished through the control of a light dependent resistor (LDR) installed in between the solar panel and the Zeta converter using a fuzzy-logic based MPPT controller. Computer simulations based on MATLAB/SIMULINK are successfully conducted to verify the design. |
第三語言摘要 | |
論文目次 |
目錄 目錄 I 圖目錄 III 表目錄 VI 符號定義 VII 第一章 緒論 1 1.1研究動機 1 1.2文獻回顧 2 1.3研究方法 4 第二章 系統結構 5 2.1系統需求 5 第三章 升降壓電源轉換器之控制與分析 9 3.1 ZETA電流源之電路設計 9 3.1.1 ZETA電壓控制 10 3.1.2 ZETA電路分析 13 3.1.2.1 Switch ON (Q點接通) 14 3.1.2.2 Switch OFF (Q點斷路) 15 3.2補償控制器設計 17 3.2.1 Type III補償器設計 17 3.2.2 升降壓控制器設計 29 3.2.2.1工作頻率 30 第四章 最大功率追蹤 32 4.1太陽能板特性與分析 32 4.2 LDR分析與應用 34 4.2.1光敏電阻的分析與控制 35 4.2.2光敏電阻之應用 36 4.3最大功率追蹤法 40 4.4模糊控制系統 42 4.5系統模擬 45 4.5.1最大功率追蹤之模擬 45 4.5.2馬達控制模擬 48 4.5.3系統模擬成果與驗證 52 4.5.3.1太陽能功率供過於求 55 4.5.3.2太陽能功率供不應求 60 第五章 結論與未來展望 64 參考文獻 65 圖目錄 圖1-1 固定日照下溫度變化對太能能板之影響 1 圖1-2 固定溫度下日照變化對太能能板之影響 2 圖2-1 系統結構圖 5 圖2-2 系統實際結構圖 6 圖2-3 升降壓系統圖 7 圖2-4 加入MPPT之升降壓系統圖 8 圖2-5 系統方塊圖 8 圖3-1 升降壓ZETA型電源轉換器 9 圖3-2 ZETA之負載電路 13 圖3-3 Q點通路電路圖 14 圖3-4 Q點斷路電路圖 15 圖3-6 Type III補償器結構圖 17 圖3-7 變化對於 與 之間的影響示意圖 25 圖3-8 加入Type III後ZETA的波特圖 29 圖3-9 TPS40200內部示意圖 30 圖3-10 TPS40200與Type III搭配電路圖 31 圖4-1 太陽能板等效電路圖 32 圖4-2 太陽能板之固定照度溫度之電壓-電流圖 33 圖4-3 太陽能板之固定照度溫度之電壓-功率圖 34 圖4-4 VCCS電路圖 35 圖4-5 光敏電阻之電流-電阻對應圖 36 圖4-6 VCCS與光敏電阻搭配之電路圖 37 圖4-7 光敏電阻之電流與其對應之太陽能板電壓 39 圖4-8 輸入控制電壓與其對應之太陽能板電壓 39 圖4-9 增量電導法示意圖 40 圖4-10 與 與其之合對應太能能板之電壓-電流圖 41 圖4-11 輸入論域 43 圖4-12 輸出論域 44 圖4-13 系統模擬圖 45 圖4-14 光敏電阻之模擬圖 46 圖4-15 Type III補償器之模擬圖 46 圖4-16 PWM訊號產生器之模擬圖 47 圖4-17 升降壓ZETA型電源轉換器之模擬圖 47 圖4-18 馬達控制之模擬圖 48 圖4-19 降壓型電源轉換器之模擬圖 50 圖4-20 馬達模擬圖 51 圖4-21 太陽能板電壓-功率圖 52 圖4-22 太陽能板電壓-電流圖 53 圖4-23 太陽能板輸出電壓圖 53 圖4-24 太陽能板輸出電流圖 54 圖4-25 太陽能板輸出功率圖 54 圖4-26 ZETA輸出之電壓圖 55 圖4-27 ZETA輸出之電流圖 55 圖4-28 電池之電流圖 56 圖4-29 電池之功率圖 57 圖4-30 進入降壓型電源轉換器之電流 57 圖4-31 馬達之轉速圖 58 圖4-32 馬達之電壓圖 58 圖4-33 馬達之電流圖 59 圖4-34 馬達之功率圖 59 圖4-35 馬達之轉速圖 60 圖4-36 馬達之電壓圖 61 圖4-37 馬達之電流圖 61 圖4-38 馬達之功率圖 62 圖4-39 電池之電流圖 63 圖4-40 電池之功率圖 63 表目錄 表1 ZETA參數值 12 表2 ZETA轉移函數之階層係數 16 表3 Type III設計之值 26 表4 Type III參數值 28 表5 TPS40200之RC電路參數 31 表6 光敏電阻之電路參數 38 表7 模糊規則庫 44 表8 限流線圈之參數 49 表9 PI控制器之參數 49 表10 降壓型電源轉換器之參數 50 表11 馬達之參數 51 |
參考文獻 |
[1] 孫景緯, “太陽能飛機太陽能與鋰電池混合供電設計與實作”,淡江大學航空太空工程學系碩士班,2016 [2] Geoff Walker , “EVALUATING MPPT CONVERTER TOPOLOGIES USING A MATLAB PV MODEL”,Journal of electrical and electronics engineering,2001 [3] J.A.Gow and C.D.Manning, “Development of a photovoltaic array model for use in power-electronics simulation studies”,1999 [4] 陳柏志, “太陽能最大功率追蹤系統模擬環境開發”,淡江航空太空工程學系碩士班,2014 [5] Solarex, “MSX-60 and MSX-64 Photovoltaic Modules”, Datasheet,1998 [6] 李珉毅, “以升降壓電源轉換器為基礎之太陽能電池模擬系統之電路模擬及實務應用”, 淡江大學航空太空工程學系碩士班,2014 [7] Jeff Falin, “Designing DC/DC converters based on ZETA topology”, Texas Instruments,2010 [8] LIYU CAO, “Type III Compensator Design for Power Converters”,Power Electronics Technology,2011 [9] Texas Instruments, “TPS40200 Wide Input Range Non-Synchronous Voltage Mode Controller”,Datasheet,2014 [10] 魏煜宸, “具穩壓功能之太陽能最大功率追蹤模糊控制器設計及混合供電系統應用”, 淡江大學航空太空工程學系碩士班,2014 [11] LUNA,NSL-SR2 datasheet,2016 [12] 郭育豪, “應用模糊控制於可程式之非反向同步升降壓直流電源轉換器之設計”,淡江大學航空太空工程學系碩士班,2013 [13] Solarex, MSX-60 and MSX-64 Photovoltaic Modules,1997 [14] 楊秉穎, “太陽能電力電源管理系統測試環境建立與系統驗證”, 淡江大學航空太空工程學系碩士班,2008 |
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