风力发电机之最大功率追踪

风力发电机之最大功率追踪第1页，共16页，2023年，2月20日，星期四2前言由於石化能源的短缺，使得再生能源的應用相當廣泛，結合存能系統，利用MPPT(Sepic)將風力機發揮最大的電力，一部分的電能儲存在電池中，一部份的電能則供應直流負載使用，達到再生能源的利用第2页，共16页，2023年，2月20日，星期四3風力發電機原理風力發電原理如圖1，空氣流動時產生風壓，推動風力機葉片轉動，進而帶動發電機轉動發電，轉換過程將由風能→機械能→電能的能量轉換。圖1空氣流動經風力機示意圖

第3页，共16页，2023年，2月20日，星期四4系統架構(SEPIC)為了將風力發電機在不同風速下皆能達到最大功率輸出，如圖2我們由三相電壓經SEPIC轉換器、迴授訊號至單晶片PIC18處理器，再由驅動電路，推動功率晶體，使此系統達到最佳的穩定輸出。圖2風力發電系統控制方塊圖第4页，共16页，2023年，2月20日，星期四5如圖3所示為一個SEPIC轉換器電路：圖3SEPIC轉換器電路第5页，共16页，2023年，2月20日，星期四6當功率晶體導通時，輸入電壓跨於電感兩端，此時電感電流將直線上升，對進行儲能動作，且在穩態時，和一週期平均值都各為零，故由形成的迴路可推算，所以也會有同樣的跨壓，故電感電流也跟著持續上升，對進行儲能動作，等效電路，如圖4所示。圖4功率晶體開關Q1導通D1截止

第6页，共16页，2023年，2月20日，星期四7當功率晶體截止時，進行釋能狀態，對充電且將能量送至輸出端，此時也放電至輸出，使電感電流與開始下降，等效電路如圖5所示：圖5功率晶體開關Q1截止D1導通

第7页，共16页，2023年，2月20日，星期四8圖6SEPIC元件電壓、電流波形圖

第8页，共16页，2023年，2月20日，星期四9當SEPIC轉換器操作於連續導通模式，其推導過程與周期之關係如下：

1.功率晶體開關Q1導通D1截止時

第9页，共16页，2023年，2月20日，星期四10

2.功率晶體開關截止二極體導通時第10页，共16页，2023年，2月20日，星期四113.忽略元件損失，電壓電流責任週期平均值為0，其Vin與Vo的關係式如下所示，得知D>0.5為昇壓，反之當D<0.5時為降壓。第11页，共16页，2023年，2月20日，星期四12最大功率追蹤由圖7可知在不同的風速下均有一最大功率點，為了使風力發電系統在每個風速下都能工作在最大功率點，因此必須利用最大功率追蹤技術來控制風力發電機之轉速，以達到風力發電機輸出最大功率之目的。圖7不同風速下的風力發電機之輸出功率對發電機轉速

第12页，共16页，2023年，2月20日，星期四13擾動觀察法擾動觀察法是目前最普遍應用在風力與太陽能發電系統上的最大功率追蹤技術，其架構簡單，程式設計容易，但此技術本身會使工作點在最大功率點附近左右擾動，不會停留在固定一點上，因此造成能量損失，降低風力發電系統的效率。擾動觀察法主要是藉由週期性增加或減少功率開關的責任週期，並回授風力發電系統輸出電壓和電流，計算輸出功率，比較責任週期變化前後輸出功率的大小，作為下一步調整責任週期大小的依據。第13页，共16页，2023年，2月20日，星期四14圖8擾動觀察法控制方塊圖

第14页，共16页，2023年，2月20日，星期四15查表法因為用擾動觀察法追到最大功率點的時間較長，所以利用發電機功率曲線預先建立一個最大功率點的table表比較目前輸出功率的差，來決定功率開關的責任週期開大或開小，再做擾動觀察法Duty加1或減1。以縮短追到最大功率點所消耗的時間。第15页，共16页，2023年，2月20日，星期四16結論本文最大功率追蹤以查表法為