風(fēng)力驅(qū)動(dòng)自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)之最佳化電容配置策略研究.doc

風(fēng)力驅(qū)動(dòng)自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)之最佳化電容配置策略研究 新埔技術(shù)學(xué)院專題研究計(jì)畫成果報(bào)告風(fēng)力驅(qū)動(dòng)自激式應(yīng)感發(fā)電機(jī)之最佳化電容配置策略研究執(zhí)行單位電機(jī)工程系計(jì)畫主持人張文宇職級(jí)副教授執(zhí)行期間91年1月1日至91年12月31日摘要本計(jì)畫針對(duì)自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)(Self ExcitedInduction Generator，SEIG)的自激電容，提出一套以進(jìn)化規(guī)劃法(Evolutionary Programming，EP)為基礎(chǔ)的最佳化選擇策略。 本文將對(duì)自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)外接電容後產(chǎn)生的自我調(diào)整特性進(jìn)行研究，利用所提出的最佳化策略在各項(xiàng)發(fā)電條件限制下，將獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)之自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率最小化。 電容最佳化配置策略將分為兩步驟進(jìn)行首先決定並聯(lián)電容的適當(dāng)值，然後再以進(jìn)化規(guī)劃法求解串聯(lián)電容的最佳值，並由計(jì)算出之短並聯(lián)自我調(diào)整架構(gòu)的最佳電容組合，用以改善自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)整率(Voltage Regulation，VR)。 為測(cè)試本方法之可行性，本報(bào)告以一具三相感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果證明本方法兼具效率與可靠性。 關(guān)鍵詞感應(yīng)發(fā)電機(jī)，電容自激，自我調(diào)整，進(jìn)化規(guī)劃法，風(fēng)力發(fā)電Abstract Throughthe Evolutionary Programming(EP)approach,this projectpresents anoptimal capacitorselection algorithmfor theSelf ExcitedInduction Generator(SEIG).The self-regulated featuresof aSEIG withexternal capacitorsconnected areexamined.Observing theconstraints ofgenerator voltageand current,the proposed algorithm isto minimizethe voltageregulation(VR)of the SEIG.Allocation ofcapacitors forself-regulation of the SEIGis dividedinto twosteps.In thefirst step,the appropriatevalue ofshunt capacitoris determined.Then,the optimalvalue ofseries capacitoris selectedby usingthe EPin thesecond step.The systemconsisting ofboth shuntand seriescapacitors inshort shuntconfiguration toimprove theVR oftheSEIGis analyzed.To demonstratethe effectivenessoftheproposed approach,the methodhas beentested ona practicalmotor-driven induction generator.The testresults showthat theproposedalgorithmis efficientand reliable.Keywords:Induction Generator,Capacitor SelfExcitation,Self Regulated,EvolutionaryProgramming,Wind PowerGeneration目錄頁次摘要1目錄2圖目錄3 一、計(jì)畫緣由與目的4 二、研究方法7 三、結(jié)果與討論.14 四、計(jì)畫成果自評(píng).17 五、附錄.18 六、參考文獻(xiàn).19圖目錄頁次圖1獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)之自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方塊圖.5圖2自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)外部特性曲線5圖3自我調(diào)整型短並聯(lián)自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方塊.6圖4短並聯(lián)自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)之等效電路8圖5感應(yīng)發(fā)電機(jī)磁化曲線9圖6短並聯(lián)自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)無載之等效電路13圖7測(cè)試用感應(yīng)發(fā)電機(jī)之磁化曲線15圖8感應(yīng)發(fā)電機(jī)之輸出特性曲線.16圖9短並聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)之輸出特性曲線17 一、計(jì)畫緣由與目的（一）計(jì)畫緣由由於石化能源日漸減少，且環(huán)保議題逐漸受到重視，使傳統(tǒng)熱力型電廠的增設(shè)日益困難，而不再是電源開發(fā)的唯一途徑。 因此，再生能源的開發(fā)已成為電力工程中極為重要的課題。 風(fēng)力發(fā)電就是再生能源中最重要的一部份，也是再生能源中少數(shù)已商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且符合經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)電方式。 風(fēng)力發(fā)電是再生能源中最重要的一部份，也是再生能源中少數(shù)已商業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)，而且符合經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)電方式。 臺(tái)電公司於民國90年在澎湖中屯裝置了四座單機(jī)容量600kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，總裝置容量2.4MW，90年7月至91年8月總發(fā)電量達(dá)9百萬度。 此外，臺(tái)塑集團(tuán)的臺(tái)朔重工公司於民國89年在麥寮離島工業(yè)區(qū)建造風(fēng)力發(fā)電廠，裝置了四座單機(jī)容量660kW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，裝置容量達(dá)2.64MW，89年12月至91年8月總發(fā)電量達(dá)12.6百萬度1。 在北部海濱，也有國外能源公司研究裝設(shè)風(fēng)力發(fā)電機(jī)之可行性。 而我國的能源政策將風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展目標(biāo)訂在，民國109年全國風(fēng)力發(fā)電機(jī)的總裝置容量要達(dá)53MW。 因此，風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展是無可限量的。 現(xiàn)有各種風(fēng)力發(fā)電機(jī)中以感應(yīng)發(fā)電機(jī)使用最為廣泛2-5，因?yàn)楦袘?yīng)發(fā)電機(jī)具有下列各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)?無電刷式轉(zhuǎn)子(鼠籠型轉(zhuǎn)子)?不需外加直流激磁電源?穩(wěn)定度較佳?構(gòu)造簡(jiǎn)單、裝置成本?易於操作與低維修成本風(fēng)力驅(qū)動(dòng)式感應(yīng)發(fā)電機(jī)有兩種應(yīng)用方式第一種為並聯(lián)市電(Gird-Connected)運(yùn)轉(zhuǎn)，其虛功率與激磁均由市電系統(tǒng)供應(yīng)。 另一種為獨(dú)立(Isolated)運(yùn)轉(zhuǎn)，無法由市電系統(tǒng)供應(yīng)虛功率。 本計(jì)畫將只針對(duì)獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)之感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)的探討。 由於感應(yīng)發(fā)電機(jī)缺少自身的激磁源，以致無法產(chǎn)生發(fā)電機(jī)所需的虛功率，因此獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)的感應(yīng)發(fā)電機(jī)必須在輸出端並聯(lián)電容以供應(yīng)虛功率並利用電容自激(Capacitor SelfExcitation)6，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。 但感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的最大缺點(diǎn)是其電壓調(diào)整極差，即使原動(dòng)機(jī)維持固定轉(zhuǎn)速，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出電壓與頻率仍隨負(fù)載電流巨幅變動(dòng)，如圖2所示即為典型獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)感應(yīng)機(jī)之外部特性曲線，由圖觀察可知其電壓變動(dòng)很大。 圖1獨(dú)立運(yùn)轉(zhuǎn)之自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方塊圖針對(duì)此缺點(diǎn)已有相當(dāng)多論文進(jìn)行研究改良7-9，這些研究都是應(yīng)用閘流體以閉回路方式控制負(fù)載端電壓。 但由於系統(tǒng)投資成本高，控制電路複雜，而且閘流體切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生開關(guān)突波、高次諧波等相關(guān)問題不易解決。 因此，這些方法往往伴隨系統(tǒng)可靠度低與穩(wěn)定性差的問題。 （二）計(jì)畫目的在不使用閘流體控制電路的情形下，在發(fā)電機(jī)與負(fù)載間串聯(lián)電容器以供應(yīng)額外的虛功率補(bǔ)償進(jìn)而改善電壓調(diào)整率是相當(dāng)可行的解決策略10,11。 利用串聯(lián)與並聯(lián)電容器對(duì)感應(yīng)發(fā)電機(jī)之輸出端電壓進(jìn)行圖2自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)外部特性曲線ILVL自我調(diào)整(Self Regulated)，而串聯(lián)電容器接線方式可分為長並聯(lián)(Long Shunt)12與短並聯(lián)(Short Shunt)13兩種接線。 經(jīng)實(shí)測(cè)分析，短並聯(lián)接線無論投資成本與系統(tǒng)性能均優(yōu)於長並聯(lián)接線13。 因此，本計(jì)畫將針對(duì)短並聯(lián)架構(gòu)進(jìn)行研究，如圖3所示為短並聯(lián)自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)的方塊圖。 在現(xiàn)有研究論文中針對(duì)圖3並聯(lián)電容器與串聯(lián)電容器的電容值，並沒有最佳化配置策略的相關(guān)研究。 現(xiàn)有研究只是利用嘗試法決定出一組適當(dāng)值(Appropriate Value)，因此對(duì)電壓調(diào)整率之改善，並無法達(dá)到最佳結(jié)果。 圖3自我調(diào)整型短並聯(lián)自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)方塊本計(jì)畫針對(duì)上述缺點(diǎn)提出一套以進(jìn)化規(guī)劃法14為基礎(chǔ)的最佳化電容配置策略。 進(jìn)化規(guī)劃法是一種模擬生物進(jìn)化過程所發(fā)展出的最佳化方法。 在自然界中，物種依據(jù)其適應(yīng)環(huán)境能力之強(qiáng)弱，於有限的生存環(huán)境中進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。 競(jìng)爭(zhēng)力愈強(qiáng)之物種，被選取來產(chǎn)生下一代的機(jī)會(huì)就愈高，以期能產(chǎn)生更佳的下一代，而不確定的擇優(yōu)突變(Mutation)，則可使物種更富於變化與開創(chuàng)性，而不致局限於某一特定之族群內(nèi)近親繁殖。 以數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)來看，生物進(jìn)化的歷程其實(shí)就是最佳化的過程。 進(jìn)化規(guī)劃法中最佳化的過程係以機(jī)率性的尋優(yōu)方式從一代進(jìn)化到下一代，與傳統(tǒng)的確定性的尋優(yōu)方式有所不同。 且運(yùn)用突變的技巧可使搜尋範(fàn)圍擴(kuò)大，以避免陷入局部最佳解(Local OptimalSolution)內(nèi)，因此進(jìn)化規(guī)劃法相當(dāng)適合於求解非線性或不連續(xù)系統(tǒng)的最佳化問題。 近年來進(jìn)化規(guī)劃法在電力系統(tǒng)內(nèi)有關(guān)非線性最佳化問題的應(yīng)用極為廣泛。 舉凡電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題15、負(fù)載預(yù)測(cè)16、配電系統(tǒng)規(guī)劃17與虛功率規(guī)劃18等皆有關(guān)研究論文。 本計(jì)畫將先以疊代法決定並聯(lián)電容值，再以進(jìn)化規(guī)劃法進(jìn)行最佳化尋優(yōu)以決定串聯(lián)電容之最佳值，使電壓調(diào)整率降至最低。 二、研究方法（一）自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)等效電路現(xiàn)有研究中對(duì)自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)的等效電路分析有兩種方法回路阻抗法(Loop ImpedanceMethod)2與節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法(Nodal AdmittanceMethod)11。 本計(jì)畫採用節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納法，如圖4所示即為短並聯(lián)自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)之等效電路11，在等效電路中各符號(hào)的定義詳見附錄。 由等效電路可列出下列阻抗與導(dǎo)納方程式tttttBGjXRY?1 (1)aRRRabt1? (2)1XXXabt? (3)22ttttXRRG? (4)22ttttXRXB? (5)()()(222aXXXjaRajXajXjXaRjXRZcscLLsLLababab? (6)由節(jié)點(diǎn)電流方程式可得0)(21?YYYEmt (7)因?yàn)镋1?0， (7)式可寫為02?YYYmt (8)將 (8)式分解為實(shí)部與虛部可得0)(22222?XbaRbaRGt (9)0)(122222?XbaRXXBmt (10)在等效電路中伴隨不同的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速b，有兩個(gè)數(shù)a與Xm待解，由 (9)式可疊代求解a，將a代入 (10)式可解得Xm。 至於發(fā)電機(jī)之感應(yīng)電壓E1，則可由 (10)式解得Xm經(jīng)由如圖5所示之磁化曲線，對(duì)應(yīng)求得感應(yīng)電壓E1，在圖5中E1與Xm之關(guān)係可用多次方程式表示如下01111.)(aXaXaXaXfEmnmnnmnm? (11)其中an、an- 1、a0為依磁化曲線特性決定之常數(shù)。 圖4短並聯(lián)自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)之等效電路I1RL/a jXL-jXc/a2R1/ajX1jXm R2/(a-b)jX2a cVL/a+E1+-jXcs/a2IL bdYt YmY2（二）負(fù)載端電壓調(diào)整率E1決定後，可由電路原理求得感應(yīng)發(fā)電機(jī)輸出電流I1，與負(fù)載電流IL，與負(fù)載端電壓VL如下t YEI?11 (12)2221aXjaXjjXaRaXjIIsLLcL? (13)(LLLLjXaRIaV? (14)由IL=0，可得無載端電壓Vnl，而由IL=Irated可得滿載端電壓Vfl，由Vnl與Vfl可得電壓調(diào)整率(VR)如下%100?flflnlVVVVR (15)本計(jì)畫之研究目的為求得使最小化的並聯(lián)電容Csh與串聯(lián)電容Cs組合。 由於 (15)式對(duì)Csh與Cs而言為非線性方程式，因此本研究可歸類為非線性最佳(Nonlinear Optimization)問題。 針對(duì)此一最佳化問題，本計(jì)畫將以進(jìn)化規(guī)劃法進(jìn)行尋優(yōu)求解。 （三）進(jìn)化規(guī)劃法之原理與尋優(yōu)流程E1Xm K1圖5感應(yīng)發(fā)電機(jī)磁化曲線進(jìn)化規(guī)劃法主要是由達(dá)爾文進(jìn)化論之物競(jìng)天擇，適者生存的自然淘汰理論而來。 在自然的法則中，生物進(jìn)化的過程，可概分為以下四個(gè)程序 1、複製(Reproduction)在複製的過程中，將不良或生存能力差之族群(Population)予以剔除，保留適應(yīng)性較強(qiáng)之族群來產(chǎn)生後代。 2、突變適當(dāng)?shù)膿駜?yōu)突變可以使族群更富於變化，而不致於只局限在特定族群內(nèi)，並可能產(chǎn)生更具適應(yīng)性的下一代。 3、競(jìng)爭(zhēng)(Competition)在有限的生存環(huán)境中由各族群相互競(jìng)爭(zhēng)，藉此過程比較各族群對(duì)環(huán)境之適應(yīng)能力。 4、選取(Selection)適應(yīng)能力較強(qiáng)的族群，將被選取產(chǎn)生下一代，而適應(yīng)能力較差之族群將被淘汰。 進(jìn)化規(guī)劃法即為模擬上述程序，以進(jìn)行最佳化的過程，其尋優(yōu)流程可歸納為以下步驟步驟一以隨機(jī)方式產(chǎn)生K組初始族群個(gè)體。 KibaUXSnii,.,1),(? (16)其中U(a,b)n代表n維空間內(nèi)，於(a，b)區(qū)間內(nèi)所產(chǎn)生的均勻隨機(jī)分佈函數(shù)(Uniform DistributionRandom Function)。 Xi為由上述隨機(jī)分佈函數(shù)所產(chǎn)生的各別族群個(gè)體。 Si表示全部隨機(jī)族群個(gè)體之集合。 K為群族內(nèi)個(gè)體數(shù)目。 步驟二計(jì)算出每一族群之目標(biāo)函數(shù)值(Objective Value)，其目標(biāo)函數(shù)值愈小愈佳)(iiXGfx? (17)其中G(Xi)族群個(gè)體Xi之目標(biāo)函數(shù)。 fxi族群個(gè)體Xi之目標(biāo)函數(shù)值。 步驟三經(jīng)由突變產(chǎn)生K組子代(Offspring)族群個(gè)體，其方式為每個(gè)父代族群加上一高斯分佈(Gauss Distribution)之隨機(jī)變數(shù)的干擾量，如下KiZfxNXXiiiiKi,.,1),0(? (18)其中K族群個(gè)體數(shù)目。 Xi+K第i+K組子代族群個(gè)體。 Xi第i組父代族群個(gè)體?i第i個(gè)族群個(gè)體之比例常數(shù)，其值常隨fxi而調(diào)整。 fxi第i個(gè)族群個(gè)體之目標(biāo)函數(shù)值。 Zi第i個(gè)族群個(gè)體之偏差值(Offset Value)。 而N(0,?i?fxi+Zi)項(xiàng)代表一高斯分佈之隨機(jī)函數(shù)，其平均值(Mean)等於零，其變異數(shù)(Variance)為?i?fxi+Zi。 步驟四計(jì)算步驟三中所產(chǎn)生之每一子代族群個(gè)體之目標(biāo)函數(shù)值。 步驟五經(jīng)由競(jìng)爭(zhēng)程序，計(jì)算出每一族群個(gè)體之權(quán)重值(Weight Value)，由步驟一與步驟三所產(chǎn)生之兩代族群個(gè)體總數(shù)為2K個(gè)，每一個(gè)族群個(gè)體均須經(jīng)歷以下之隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)過程，以求得該族群個(gè)體之權(quán)重值，即?t?qtiWW1 (19)?otherwisefxfxfxUifWirrt,0,11 (20)其中Wi第i個(gè)族群個(gè)體之權(quán)重值。 q被競(jìng)爭(zhēng)族群個(gè)體數(shù)目。 fxi第i個(gè)族群個(gè)體之目標(biāo)函數(shù)值。 fxr隨機(jī)選出之第r個(gè)被競(jìng)爭(zhēng)族群個(gè)體之目標(biāo)函數(shù)值。 而r=2K?U2+1，x代表小於或等於x之最大整數(shù)，U1及U2為介於0與1之間之均勻分佈函數(shù)。 即每一族群個(gè)體皆需遭遇q次的競(jìng)爭(zhēng)，每次競(jìng)爭(zhēng)的對(duì)象是以隨機(jī)方式由2K組群個(gè)體中隨機(jī)挑選，由 (20)式可看出fxi之值愈小，則其獲勝之機(jī)率愈高。 步驟六由2K個(gè)族群個(gè)體中選取權(quán)重值較大的K個(gè)族群個(gè)體複製產(chǎn)生族群之下一代，使族群個(gè)體組數(shù)始終維持K組。 步驟七檢查是否符合結(jié)束準(zhǔn)則，若不符合，則回到步驟三，繼續(xù)進(jìn)行子代的突變、競(jìng)爭(zhēng)與選取程序。 若符合，則停止尋優(yōu)程序，並選出最佳解。 （四）並聯(lián)電容值之決定無載時(shí)，感應(yīng)發(fā)電機(jī)之等效電路如圖6所示，其負(fù)載端電壓將伴隨並聯(lián)電容值的增加而上升，而與串聯(lián)電容值無關(guān)。 因此最佳的並聯(lián)電容值，就是使無載端電壓(Vnl)等於額定電壓(Vrated)，亦即使無載端電壓之標(biāo)么值為1.0的電容值。 參考圖6，並聯(lián)電容值的計(jì)算步驟詳述於後t(yī)tctjBGXaXjaRY?)(1121 (21)其中212211)()(XaXaRaRGct? (22)2122112)()(XaXaRXaXBt? (23)分別由02?YYYmt的實(shí)部與虛部可得0)()()(22222212211?XbaRbaRXaXaRaRc (24)0) (1)()(222222122112?XbaRXXXaXaRXaXm (25)將Xm代入 （11）式可得感應(yīng)電壓E1，由電路分壓原理可得負(fù)載端電壓)(21121aXXjaRaXjEaVL? (26)將 (11)式代入 (26)式可得)()(211221aXXjaRaXjXKKaVmL? (27)令VL=Vrated，由 （24） （25）與 （27）三式聯(lián)立可疊代求解出a、Xm與Xc。 由Xc可計(jì)算出並聯(lián)電容值Csh cshXfC?21 (28)（五）以進(jìn)化規(guī)劃法求解串聯(lián)電容值進(jìn)化規(guī)劃法之目標(biāo)函數(shù)為電壓調(diào)整率最小，即I1E1+圖6短並聯(lián)自激感應(yīng)發(fā)電機(jī)無載之等效電路-jXc/a2R1/ajX1jXm R2/(a-b)jX2acVL/a+-jXcs/a2bdYt YmY2%100?flflnlVVVVRMin (29)因無載端電壓已經(jīng)由並聯(lián)電容調(diào)節(jié)為額定電壓，所以目標(biāo)函數(shù)可改寫為%100?flflratedVVVVRMin (30)而進(jìn)化規(guī)劃法的尋優(yōu)步驟如下步驟一隨機(jī)產(chǎn)生K組初始族群，每一個(gè)族群的串聯(lián)電容抗為Xcs,i，i=1,.,K。 步驟二計(jì)算各族群個(gè)體Xcs,i的電壓調(diào)整率VRi。 步驟三經(jīng)由突變產(chǎn)生K組子代，其方法如下),0(N,iiicsKicsVRXX? (31)其中Xcs,i+K第i+K組子代族群之串聯(lián)電容抗Xcs,i第i組父代族群之串聯(lián)電容抗亦即每一族群個(gè)體內(nèi)之串聯(lián)電容抗皆加上高斯分佈之隨機(jī)變數(shù)，高斯分佈之平均值為零，變異數(shù)為?i?VRi。 步驟四計(jì)算步驟三中每一子代的電壓調(diào)整率VRi+K。 步驟五進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)程序以計(jì)算出每一個(gè)族群個(gè)體的權(quán)重值，如 (19)及 (20)式所示步驟六選取權(quán)重較大的K組族群複製下一代。 步驟七檢查是否符合結(jié)束準(zhǔn)則，若不符合則回到步驟三，若符合則選出最佳的串聯(lián)電容抗Xcs，並計(jì)算最佳串聯(lián)電容值Cs。 在本方法中，結(jié)束準(zhǔn)則設(shè)定為在新一代族群個(gè)體中，最佳族群個(gè)體之電壓調(diào)整率改善程度若小於某一設(shè)定值，或疊代次數(shù)到達(dá)設(shè)定次數(shù)，則結(jié)束程式之執(zhí)行。 三、結(jié)果與討論為驗(yàn)證本方法之可行性，本計(jì)畫以本系現(xiàn)有一部三相四極鼠籠型感應(yīng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。 感應(yīng)機(jī)由一部200V、3馬力之分激式直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，且維持轉(zhuǎn)速為1800rpm。 感應(yīng)機(jī)之額定電壓為220V，額定電流為5.62A，等效電路之參數(shù)如下R1=0.0604pu，R2=0.0442pu，X1=0.064pu，X2=0.064pu。 將同步試驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)，經(jīng)由最小平方誤差法（Least-mean-square error）之曲線匹配（curve fitting）計(jì)算，可得Xm與E1之特性曲線方程式如下19.11083.10252.0?1?mmXforXE62.3314.11111.140?96.8659.2619.323451?19?mmmmmXX.2?XXXE41.1mXfor41.201?XmforE (32)經(jīng)由Matlab程式模擬可得如圖7所示之磁化曲線，經(jīng)由 （24） （28）式之計(jì)算可得並聯(lián)電容值Csh為23.77?F，在未裝設(shè)串聯(lián)電容的情形下，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的輸出特性曲線如圖8所示，由圖8觀察可知其電壓變動(dòng)很大，且無法達(dá)到額定輸出電流，設(shè)備利用率僅達(dá)30%。 11.522.50.30.40.50.60.70.80.911.1Xm(pu)E1(pu)_:simulated resultx:experimental data圖7測(cè)試用感應(yīng)發(fā)電機(jī)之磁化曲線圖8感應(yīng)發(fā)電機(jī)之輸出特性曲線經(jīng)由本計(jì)畫提出之進(jìn)化規(guī)劃法求解串聯(lián)電容值，可得最佳串聯(lián)電容值Cs為97.4?F。 將並聯(lián)電容值Csh為23.77?F、串聯(lián)電容值Cs為97.4?F的最佳電容組合用於實(shí)測(cè)之自激式感應(yīng)發(fā)電機(jī)後，感應(yīng)發(fā)電機(jī)的實(shí)測(cè)與模擬輸出特性曲線如圖9所示，由圖9可知其電壓降已大為降低，且輸出電流可到達(dá)額定值，而電壓調(diào)整率為8.7%。 本方法在不增加系統(tǒng)設(shè)置成本的條件下，使用固定串並聯(lián)電容，能使系統(tǒng)電壓調(diào)整率降至最低。 由於沒有複雜的控制電路，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠度都較其他控制方式為高。 而且由於沒有閘流體的切0.050.10.150.20.250.30.350.40.4500.20.40.60.811.2Line Current(PU)Terminal voltage(PU):simulated resultx:experimental data換動(dòng)作，因此系統(tǒng)沒有開關(guān)突波的現(xiàn)象，而且高次諧波的問題也相對(duì)減少。 圖9短並聯(lián)感應(yīng)發(fā)電機(jī)之輸出特性曲線 四、計(jì)畫成果自評(píng)1.在未來用電量持續(xù)成長的情形下，多元化電源開發(fā)計(jì)畫將更為重要。 由於本方法可以有效地提高感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的性能，使獨(dú)立風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)也能擁有與市電系統(tǒng)相同等級(jí)的用電品質(zhì)。 對(duì)風(fēng)力發(fā)電的推展，具有相當(dāng)?shù)闹妗?2.本計(jì)畫所提出之感應(yīng)發(fā)電機(jī)最佳化電容配置策略，能夠在不增加系統(tǒng)設(shè)置成本的條件下，使系統(tǒng)電壓調(diào)整率降至最低。 由於沒有複雜的控制電路，因此系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠度都較0.20.40.60.810.80.850.90.9511.05Line Current(PU)Terminal voltage(PU):simulated resultx:experimental data其他控制方式為高。 而且由於沒有閘流體的切換動(dòng)作，因此系統(tǒng)沒有開關(guān)突波的現(xiàn)象，而且高次諧波的問題也相對(duì)減少。 3.本計(jì)畫將進(jìn)化規(guī)劃法與發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模擬程式整合成一套全新的整合式電容組合選擇程式，電業(yè)可經(jīng)由模擬結(jié)果採購最佳電容組合，節(jié)省設(shè)備成本。 4.本研究計(jì)畫以實(shí)際感應(yīng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)測(cè)試，參與本研究計(jì)畫的人員可熟悉實(shí)際感應(yīng)發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性。 對(duì)未來進(jìn)行風(fēng)力驅(qū)動(dòng)其他類型發(fā)電機(jī)，諸如永磁式同步發(fā)電機(jī)或串接自激同步發(fā)電機(jī)的相關(guān)研究與工作，將有極大幫助。 5.參與本研究計(jì)畫的人員，不但可熟悉進(jìn)化規(guī)劃法與發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)模擬程式設(shè)計(jì)，且對(duì)現(xiàn)有各種組合最佳化演算法更加了解。 對(duì)未來的相關(guān)研究與工作，將有相當(dāng)?shù)闹妗?五、附錄符號(hào)定義f頻率a標(biāo)么頻率，a=f/fbase n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速b標(biāo)么轉(zhuǎn)速，b=n/nbase Csh每相並聯(lián)電容值Xc每相並聯(lián)電容抗，Xc=1/(2?f?Csh)Cs每相串聯(lián)電容值Xcs每相串聯(lián)電容抗，Xcs=1/(2?f?Cs)E1每相氣隙感應(yīng)電壓G每相電導(dǎo)B每相電納I1每相定子電流R1感應(yīng)發(fā)電機(jī)每相定子電阻R2感應(yīng)發(fā)電機(jī)換算至定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子電阻X1感應(yīng)發(fā)電機(jī)每相定子漏磁電抗X2感應(yīng)發(fā)電機(jī)換算至定子側(cè)的每相轉(zhuǎn)子漏磁電抗RL每相負(fù)載電阻XL每相負(fù)載電抗Xm感應(yīng)發(fā)電機(jī)每相磁化電抗VL每相負(fù)載端電壓IL每相負(fù)載電流 六、參考文獻(xiàn)1麥寮風(fēng)力發(fā)電示範(fàn)系統(tǒng)，wind.erl.itri.tw/。 2S.S.Murthy,O.P.Malik andA.K.Tandon,“Analysis ofself-excited induction generators,”Proceedings ofIEE,Part C,Vol.129,No.6,Nov.1982,pp.260-265.3N.Ammasaigounden,M.Subbiah andM.R.Krishnamurthy,“Wind-driven self-excited pole-changing induction generators,”Proceedings ofIEE,Part B,Vol.133,No.5,Sept.1986,pp.315-321.4N.H.Malik andS.E.Hague,“Steady 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