多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電系統(tǒng)

多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電系統(tǒng)摘要為了避免太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電系統(tǒng)在缺乏日照時(shí)無(wú)法工作的缺點(diǎn)，本文提出多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電系統(tǒng)」。本系統(tǒng)應(yīng)用既有的硬件架構(gòu)，并在控制方式與軟件上略加修改，使本系統(tǒng)在無(wú)日照時(shí)可以作為高功因電子安定器使用。此外，若再加上一單級(jí)雙向的充/放電器，使本系統(tǒng)也可提供緊急照明用電。由于需要較復(fù)雜之控制程序，本系統(tǒng)之控制核心采用數(shù)字信號(hào)處理器(TMS320F240)。最后我們實(shí)際制作一個(gè)「多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電與照明系統(tǒng)」，并利用計(jì)算機(jī)仿真與硬件實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)之可行性與實(shí)用性。以類似的原理，可將此既有硬件擴(kuò)充至其它多功能應(yīng)用，使其兼具功因校正、不斷電功能、主動(dòng)濾波及并網(wǎng)供電等多用途。一、前言于現(xiàn)今高科技環(huán)境下，能源是促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)與社會(huì)進(jìn)步的原動(dòng)力。目前所使用之主要能源為化石能源，然而其蘊(yùn)藏量有限，且在開(kāi)發(fā)過(guò)程造成空氣污染、環(huán)境破壞，因此環(huán)保意識(shí)抬頭的今天，積極開(kāi)發(fā)低污染及低危險(xiǎn)性的能源乃為迫切需要。太陽(yáng)光電能是干凈、安全且隨處可得的能源，唯其發(fā)電成本目前仍然偏高，因此各國(guó)均不斷地研發(fā)各種相關(guān)技術(shù)[1]~[6]，藉以提高系統(tǒng)效率并降低發(fā)電成本。以日本、德國(guó)、荷蘭、意大利、奧地利等國(guó)而言，雖其日照量及年平均日照時(shí)數(shù)均不如我國(guó)，但仍計(jì)畫將太陽(yáng)光電能普及于一般家庭的應(yīng)用。以國(guó)內(nèi)而言，95%以上的能源皆仰賴進(jìn)口，若能逐漸推廣普及太陽(yáng)光電能系統(tǒng)的使用，雖在整個(gè)國(guó)家電力來(lái)源比例中，尚不能成為主要電力，卻能減少煤、油燃料的進(jìn)口，及污染、二氧化碳的排放量，并且對(duì)舒緩尖峰電力負(fù)載也有助益。太陽(yáng)光電池為直流輸出之電源，因此需要一操作于高頻模式之半橋或全橋式直流/交流電力轉(zhuǎn)換器，來(lái)將直流電源轉(zhuǎn)換成交流輸出，并與電網(wǎng)并聯(lián)供電[3]~[6]。如圖1所示為一般太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電系統(tǒng)之架構(gòu)圖，其中全橋式換流器的開(kāi)關(guān)依序切換，產(chǎn)生弦波式脈寬調(diào)變(SinusoidalPulse-WidthModulation:SPWM)[10]方波，再經(jīng)由LC低通濾波器濾波后成為弦波電流，即可與市電并聯(lián)供電。然而此系統(tǒng)架構(gòu)在缺乏日照時(shí)(例如陰天或晚上)即無(wú)法運(yùn)作，對(duì)系統(tǒng)中既有之切換組件與控制電路而言，這無(wú)疑是一項(xiàng)極大之浪費(fèi)。因此，在本文中將提出一太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電與照明系統(tǒng)，以克服上述之缺點(diǎn)。我們利用同步開(kāi)關(guān)理論[7]，并配合不同的脈寬調(diào)變方式，可在缺乏日照時(shí)將既有之換流器硬件架構(gòu)移作功因校正與安定器使用，并且兼顧整體系統(tǒng)效率的提升，以期許能將太陽(yáng)光電能的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)普及化；此外，加上一雙向充/放電器且再利用既有的全橋式換流器，本系統(tǒng)又可提供緊急照明。整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是將既有的硬件架構(gòu)發(fā)揮到淋漓盡致，而僅在控制方式與軟件上略加修改。藉由此系統(tǒng)的研制，可逐步擴(kuò)充其容量，并將太陽(yáng)光電能擴(kuò)展至其它應(yīng)用范圍，有助于抑制現(xiàn)有發(fā)電設(shè)備之尖峰負(fù)載，并減少對(duì)火力及核能發(fā)電之依賴。此外，由于本系統(tǒng)需要較復(fù)雜之控制程序，所以其控制核心采用數(shù)字信號(hào)處理器(TMS320F240)［12］、［13］。圖1.太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電系統(tǒng)方塊示意圖二、系統(tǒng)架構(gòu)與其操作模式介紹(范例一)如圖2所示，為本文所提出的「多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電與照明系統(tǒng)」，其中主要包括了太陽(yáng)能光電板(SolarArray)、全橋式換流器、半橋高功因電子安定器、充/放電器、系統(tǒng)控制器、各式濾波器及繼電器。系統(tǒng)的操作模式可分為：電網(wǎng)并聯(lián)供電(GridConnection)：此模式主要在有陽(yáng)光照射時(shí)運(yùn)作，電力由光電板輸向市電，此時(shí)全橋換流器的開(kāi)關(guān)依序切換產(chǎn)生弦波式脈寬調(diào)變方波(SinusoidalPulse-WidthModulation:SPWM)［10］，經(jīng)由L-C低通濾波器濾波后成為弦波電流，饋入市電。除此之外，系統(tǒng)隨時(shí)偵測(cè)太陽(yáng)光電板之輸出電壓、電流，并配合最大功率追蹤(MPPT)法則［1］、［2］,動(dòng)態(tài)地調(diào)整輸出弦波電流的大小，以達(dá)到最大功率點(diǎn)追蹤的功能。功因校正與安定器：此模式主要在無(wú)陽(yáng)光照射(例如：晚上)且需照明時(shí)運(yùn)作，電力由市電經(jīng)高功因電子安定器供向燈具。經(jīng)適當(dāng)?shù)耐讲僮?，并配合不同之控制方式使原有全橋換流器可兼具功因校正與安定器的功能，其電力拓樸結(jié)構(gòu)的推導(dǎo)過(guò)程將在下一節(jié)作詳細(xì)之介紹。在此模式下，功率開(kāi)關(guān)S與S只利用其反相并聯(lián)二極管作為被動(dòng)開(kāi)關(guān)組件使用；此外，藉由s3s4功率開(kāi)關(guān)S與S的交互導(dǎo)通，則可產(chǎn)生高頻方波電壓源，再經(jīng)高頻LCs1s2濾波器濾波，即可提供給燈管高頻弦波電源做為點(diǎn)燈之用，并可兼具功因校正之功能［8］、［9］。(3)充/放電與安定器：此模式主要在晚上且無(wú)市電時(shí)運(yùn)作。充電器可在平時(shí)由市電或太陽(yáng)光電能供電，而儲(chǔ)存足夠之能量，等到市電斷電而需緊急照明時(shí)，則電池放電至大電容C上。藉由功率開(kāi)關(guān)S與S的交互導(dǎo)通，可s1s2產(chǎn)生高頻弦波電源來(lái)驅(qū)動(dòng)燈管，并可做調(diào)光功能。圖2.多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電與照明系統(tǒng)方塊示意圖三、功因校正與安定器推導(dǎo)本文之主要目的乃在于提供一具有多功能之太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電與照明系統(tǒng)之電路架構(gòu)，除了保有將太陽(yáng)光電能轉(zhuǎn)成交流輸出并與電網(wǎng)并聯(lián)供電的功能外，在缺乏日照時(shí)由電網(wǎng)饋入電力，原有之電路架構(gòu)可同時(shí)兼具電子安定器及功因校正的功能，是以可使原有之全橋式電力轉(zhuǎn)換器發(fā)揮最大功用，充分利用了既有之切換組件及控制電路。經(jīng)由適當(dāng)?shù)耐讲僮?，全橋換流器可兼具功因校正與安定器的功能，其電力拓樸結(jié)構(gòu)之推導(dǎo)過(guò)程如圖3所示。圖3(a)示出一直流升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器串接一半橋式換流器，其中直流升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器負(fù)責(zé)功因校正，而半橋式換流器則做安定器。若將直流升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器改成交流升壓(Boost)轉(zhuǎn)換器，則仍然可做功因校正，其電路示于圖3(b)。接著利用同步開(kāi)關(guān)理論［7］，我們將圖3(b)中之S與S、S與S做同步操作，則可得到圖3(c)所示的電路架構(gòu)。TOC\o"1-5"\h\zb11 b2 2最后，將圖3(c)中之二極管D與D換成主動(dòng)開(kāi)關(guān)S與S，則可得到如圖3(d)所1 2 s3 s4示的電路圖。將圖3(d)的電路與圖2中之全橋式換流器比較，可知圖2中之全橋式換流器逆向操作且將S與S看成被動(dòng)開(kāi)關(guān)時(shí)，并藉由S與S的交互導(dǎo)通，可s3 s4 s1 s2兼具功因校正與安定器的功能。由以上的推導(dǎo)過(guò)程可以看出，利用不同之脈寬調(diào)變方式來(lái)控制全橋式換流器的四個(gè)切換組件，可使既有之電路架構(gòu)發(fā)揮最大功用，有效利用控制電路及驅(qū)動(dòng)電路。藉此不僅可以保有原有之換流器功能，且可在缺乏日照時(shí)將系統(tǒng)移作高功因電子安定器使用，因此而大大提高系統(tǒng)功能且能降低成本，此乃本系統(tǒng)所欲達(dá)成之主要目標(biāo)。由于白天用電量高，造成尖峰負(fù)載問(wèn)題，所以現(xiàn)有之太陽(yáng)光電能發(fā)電系統(tǒng)皆在白天盡量發(fā)電，并且饋入電網(wǎng)，有助于抑制尖峰負(fù)載。此系統(tǒng)即根據(jù)此理念所設(shè)計(jì)出之電路結(jié)構(gòu)，在缺乏日照時(shí)將其進(jìn)一步用于點(diǎn)燈，藉此提高系統(tǒng)效能。以一般街燈照明系統(tǒng)為例，有陽(yáng)光時(shí)利用太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電并饋入電網(wǎng)；至于晚上或無(wú)日照時(shí)，則不發(fā)電，而由市電提供能量用來(lái)點(diǎn)燈，因此將本電路架構(gòu)應(yīng)用在太陽(yáng)能街燈系統(tǒng)是非常適合的。UtilityPower60HzUtilityPower60HzDCBoostConverterHalf-BridgeInverter(a)

(b)CHalf-BridgeInverterCHalf-BridgeInverter(c)C(d)(c)C(d)圖3.功因校正與安定器整合電路推導(dǎo)過(guò)程四、各操作模式之動(dòng)作原理分析介紹完本系統(tǒng)之電路架構(gòu)以及其推導(dǎo)過(guò)程之后，在本節(jié)之中將針對(duì)電網(wǎng)并聯(lián)供電及功因校正與安定器這兩個(gè)操作模式，分別分析其電路動(dòng)作原理。A.電網(wǎng)并聯(lián)供電模式：當(dāng)本系統(tǒng)操作于電網(wǎng)并聯(lián)供電模式時(shí)，圖2中的Relay_1與Relay-3閉合，而Relay_2則接到下方接點(diǎn)；此外，因?yàn)椴恍枰c(diǎn)燈，所以Relay_4開(kāi)啟。圖4為系統(tǒng)操作于此模式下之等效電路圖。圖4.系統(tǒng)操作于電網(wǎng)并聯(lián)供電模式之電路圖本系統(tǒng)采用電壓源(Voltage-Fed)之電流控制(Current-Controlled)和電壓控制(Voltage-Controlled)換流器，來(lái)分別達(dá)成并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)及自立運(yùn)轉(zhuǎn)之功能。并利用技術(shù)已相當(dāng)成熟的正弦脈波寬度調(diào)變(SPWM)[10]信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)四個(gè)功率開(kāi)關(guān)(S?S)，s1s4以產(chǎn)生我們所需的弦波輸出。其調(diào)變方式基本上是由我們所需頻率之弦波控制信號(hào)與一鋸齒波比較所得，如圖5(a)所示。圖4中之全橋式換流器中，其左臂(S與S)及右臂(S與S)分別被v與s1 s2 s3 s4 triv及-v 之比較信號(hào)所控制。而S與S的開(kāi)關(guān)狀態(tài)如下：TOC\o"1-5"\h\zcontrolcontrol s1 s2當(dāng)v >v二S導(dǎo)通，此時(shí)v=v，controltri s1 AN d當(dāng)v<vnS導(dǎo)通，此時(shí)v=0，control tri s2 AN因此v之波形如圖5(b)所示。同理，S與S開(kāi)關(guān)狀態(tài)如下：AN s3 s4當(dāng)-v>vnS導(dǎo)通，此時(shí)v=v，control tri s3 BN d當(dāng)-v<vnS導(dǎo)通，此時(shí)v=0，control tri s4 BN因此v之波形即如圖5(c)所示。在上面四種開(kāi)關(guān)狀態(tài)的組合下，其全橋式功率級(jí)BN輸出v之電壓波形如圖5(d)所示，再經(jīng)由LC濾波器濾波后，即可產(chǎn)生弦波式輸AB出電壓。而v輸出電壓準(zhǔn)位關(guān)系如下：AB

(1)S，s1Ss4導(dǎo)通；vAN=v5dvBN=0;vAB=vd(2)S，S導(dǎo)通；v=0,v=v；v=-vs2s3ANBNdABd(3)S，S導(dǎo)通；v=v,v=v；v=0s1s3ANdBNdAB(4)S，s2Ss4導(dǎo)通；vAN=0,vBN=0；vAB=0使用SPWM調(diào)變方式的好處在于能使全橋功率級(jí)輸出電壓v之諧波成份，將往AB高頻的開(kāi)關(guān)切換頻率為中心移動(dòng)［11］。如此一來(lái)，我們只須用較小的L、C值來(lái)作為濾波器，便可達(dá)到良好的濾波效果，故可大大縮小換流器的體積和重量。0 t(b)(c)td(d)圖5.全橋式換流器之正弦脈波寬度調(diào)變訊號(hào)示意圖

0 t(b)(c)td(d)圖5.全橋式換流器之正弦脈波寬度調(diào)變訊號(hào)示意圖B.功因校正與安定器模式：當(dāng)本系統(tǒng)操作在功因校正與安定器模式時(shí)，圖2中的Relay_1與Relay_4閉合,而Relay_2則是接到上方的L；此外，由于此時(shí)沒(méi)有太陽(yáng)光電能，因此Relay_3pf是開(kāi)啟的。為了方便分析起見(jiàn)，我們將此模式的電路圖重畫于圖6，圖中采用串聯(lián)諧振并聯(lián)負(fù)載的方式，而L、C分別為諧振電感、電容，R則為燈管等效電rrlamp阻。CUtilityPower60HzCUtilityPower60Hz圖6.具功因校正功能的倍壓整流型SRPLI電路圖我們知道在此模式下S與S僅被作為被動(dòng)開(kāi)關(guān)組件使用，因此圖6即為一s3 s4個(gè)具功因校正功能的倍壓整流型串聯(lián)諧振并聯(lián)負(fù)載換流器（SRPLI）電路圖。在此圖中，以電感L作為能量緩存器，并取出A、B兩點(diǎn)間的方波電壓作為dither訊pf號(hào)［8］、［9］。將此高頻的方波訊號(hào)拉到市電輸入側(cè)，將經(jīng)由LC低通濾波器濾波后，而得到近似于弦波的輸入電流，如此即可達(dá)到功因校正的功能。在此電路中，每半周期（1120秒）的平均輸入功率P可以表示如下：iVV2D2fVV2D2fCIP lLf

pfssin2(2吋t)f2idtJo(1)IP其中f為開(kāi)關(guān)切換頻率，f為電源頻率，V為電源電壓峰值，V為電容C上之電s l IP c壓（直流鏈電壓），D則為S的導(dǎo)通周期。由于P可以由總燈管輸出功率決定，因s2 i此我們可以由上式求出電感L之值。pf

此外，藉由s與s的交互導(dǎo)通，我們可以得到一個(gè)如圖7所示的等效電路s1 s2圖。由于在Q=R乙LC較大時(shí)，方波電壓源V可以用其基本波來(lái)近似，此時(shí)lamp' rr AB再利用弦波穩(wěn)態(tài)的相量(Phasor)觀念分析圖7之電路，則燈管電壓V及電流I可以oo分別表示如下：(2)(3)I=VRo olamp因此燈管輸出功率可以(4)五、仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果I=VRo olamp因此燈管輸出功率可以(4)根據(jù)以上的分析結(jié)果，我們實(shí)際設(shè)計(jì)一個(gè)多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電與照明系統(tǒng)，其中之規(guī)格及重要組件值如下所示：市電：110V，60Hz,太陽(yáng)光電板：SOLAREXMAGASX-60X16，

燈管：GETBX26WX4(R二2670),lampL二4.77mH,C=5卩F,sLL二430pfH,L=1.7mH,C=5.6nF,rrC=470rF,C=C=0.1rF。12針對(duì)系統(tǒng)的兩個(gè)操作模式,我們分別進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真及量測(cè)一些重要波形以下將就這些實(shí)際量測(cè)結(jié)果與計(jì)算機(jī)仿真比較說(shuō)明：A.電網(wǎng)并聯(lián)供電模式：圖8為系統(tǒng)之全橋式換流器在閉回路控制下,但不與市電并聯(lián)供電時(shí)（稱之為自立運(yùn)轉(zhuǎn)模式）,其輸出電壓與電流的仿真與實(shí)測(cè)波形。除了輸出電壓在峰值有些許失真,以及輸出電流在零交越處稍稍落后電壓波形外,輸出電壓及電流仍近似60Hz之正弦波,并與仿真結(jié)果十分相近,亦可達(dá)到我們的需求。表1為此情況下,輸出電壓的總諧波失真及奇數(shù)次諧波大小。(a)(50V/div,10A/div,5ms/div)(a)(50V/div,10A/div,5ms/div)voo(b)(50V/div,10A/div,5ms/div)voo(b)(50V/div,10A/div,5ms/div)圖8.(a)系統(tǒng)自立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓及電流之仿真波形(b)系統(tǒng)自立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓及電流之實(shí)測(cè)波形表1.自立運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，輸出電壓之總諧波失真與奇數(shù)次諧波量測(cè)結(jié)果總諧波失真(THD)6.5%3次諧波6.0%5次諧波0.97%7次諧波1.62%9次諧波1.44%11次諧波0.56%13次諧波1.2%圖9為本系統(tǒng)與電網(wǎng)并聯(lián)供電時(shí)，輸出電壓與電感電流的量測(cè)結(jié)果。此時(shí)由于與市電并聯(lián)的影響，輸出電壓已被拉到市電的輸出波形，在此情況下我們主要控制輸出電流，使其能追隨市電的弦波電壓；如此一來(lái)，太陽(yáng)光電板將可經(jīng)由全橋式換流器送出實(shí)功率給負(fù)載。系統(tǒng)能依所給予之指令而有不同的輸出電流，因此再配以最大功率追蹤控制，即能隨日照強(qiáng)度而隨時(shí)調(diào)節(jié)輸出電流，達(dá)到最大功率點(diǎn)追蹤的效果。由圖9可以明顯看出輸出電流近似一理想的弦波，由此可以證明本系統(tǒng)確實(shí)可以與市電并聯(lián)供電。此外，我們亦量測(cè)并聯(lián)供電且在重載時(shí)輸出電流的總諧波失真及奇數(shù)次諧波大小，并將其記錄在表2中，其中不論是總諧波失真或各次諧波都很小，這也更進(jìn)一步地證實(shí)了本電路架構(gòu)及控制策略的可行性。

(50V/div,10A/div,5ms/div)圖9.操作在電網(wǎng)并聯(lián)供電模式時(shí)，輸出電壓及電流之實(shí)測(cè)波形表2.操作在電網(wǎng)并聯(lián)供電模式時(shí)，輸出電流之總諧波失真與奇數(shù)次諧波量測(cè)結(jié)果總諧波失真(THD)5.9%3次諧波3.9%5次諧波0.4%7次諧波1.6%9次諧波0.3%11次諧波0.3%13次諧波0.15%B.功因校正與安定器模式：如圖10所示，為燈管電壓、電流的仿真與實(shí)測(cè)結(jié)果。由圖中可以看出兩者十分相近，唯實(shí)測(cè)之燈管電流有些許漣波，乃因燈管之非線性特性所造成。此外輸入電壓及電流的仿真與實(shí)測(cè)波形則示于圖11。由圖中我們可以發(fā)現(xiàn)電流的高頻漣波極小，且與電壓幾乎沒(méi)有相位差，表示此系統(tǒng)具有良好之功率因子及低諧波失真，這由表3中的實(shí)測(cè)結(jié)果也可得到驗(yàn)證。表3中的結(jié)果皆符合IEC1000-3-2要求，證明本系統(tǒng)具有良好之可行性與實(shí)用性。

”f.---.1/\丫-lam1\X、、■--.1iIZ、*lOmp、、、1—卩s/div)(b)(100V/div,500mA/div,5圖10.(a)操作在功因校正與安定器模式時(shí)，(b)操作在功因校正與安定器模式時(shí)卩s/div)燈管電壓及電流之仿真波形卩s/div)(b)(100V/div,500mA/div,5圖10.(a)操作在功因校正與安定器模式時(shí)，(b)操作在功因校正與安定器模式時(shí)卩s/div)燈管電壓及電流之仿真波形，燈管電壓及電流之實(shí)測(cè)波形(a)(50V/div,1A/div,5ms/div)sisis(b)(50V/div,1A/div,5ms/div)圖11.(a)操作在功因校正與安定器模式時(shí)，輸入電壓及電流之仿真波形(b)操作在功因校正與安定器模式時(shí)，輸入電壓及電流之實(shí)測(cè)波形表3.功率因子及輸入電流諧波量測(cè)結(jié)果功率因子0.995總諧波失真(THD)10.9%3次諧波10%5次諧波1.46%7次諧波2.63%9次諧波1.41%11次諧波0.61%13次諧波1.09%六、多功能太陽(yáng)光電能應(yīng)用系統(tǒng)(范例二)以上所介紹的系統(tǒng)是屬于較特定的應(yīng)用，若將其朝較普遍性的應(yīng)用延伸，則可得到如圖12之系統(tǒng)架構(gòu)，此系統(tǒng)包含太陽(yáng)能光電板、升壓轉(zhuǎn)換器、換流器、最大功率追蹤控制器、充/放電控制器、主動(dòng)電力濾波控制器及弦波式脈寬調(diào)變器(SPWM)。在此文中，我們提出兩種實(shí)際的電路實(shí)現(xiàn)方式，其中一種是由分離式的電力轉(zhuǎn)換器所組成，如圖13所示，在此電路架構(gòu)圖中，升壓器是由傳統(tǒng)的boost轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，而充/放電器則由一個(gè)全橋式的電流輸出型轉(zhuǎn)換器來(lái)達(dá)成。另外一種架構(gòu)是將升壓器及充/放電器整合而成，如圖14所示。在此電路中，升壓器與

充/放電器形成一個(gè)三端口的電力轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)，電力依控制切換組件的方向在此三埠中互流。以類似的原理，可推導(dǎo)出其它的三埠電力級(jí)，如圖15所示。圖12.多功能太陽(yáng)光電能供電系統(tǒng)方塊圖圖13.多功能太陽(yáng)光電能供電系統(tǒng)電路架構(gòu)圖

utilityutilitySPWM和主動(dòng)電力 y >濾波控制 孤島現(xiàn)象檢出與防制TMS320F240utilityutilitySPWM和主動(dòng)電力 y >濾波控制 孤島現(xiàn)象檢出與防制TMS320F240充/放電器控制、最大功率追蹤控制及PV電力監(jiān)控TMS320F240圖14.充/放電路與升壓電路整合后之多功能太陽(yáng)光電能供電系統(tǒng)電路架構(gòu)圖BB(a)(b)(a)(b)S'm4S'm4(c)(d)

(c)(d)(e)(f)(g)(h)(e)(f)(g)(h)圖15.充/放電器與升壓轉(zhuǎn)換器整合之可能架構(gòu)電路圖此種多功能太陽(yáng)光電能供電系統(tǒng)其操作模式可分為：⑴電網(wǎng)并聯(lián)供電(GridConnection):此模式主要在日照強(qiáng)度充足時(shí)運(yùn)作，電力由升壓轉(zhuǎn)換器的輸出提供直流電源輸向換流器，此時(shí)換流器的開(kāi)關(guān)依序切換產(chǎn)生弦波式脈寬調(diào)變方波(SinusoidalPulse-WidthModulation:SPWM),經(jīng)由濾波電感L濾波后成為弦波電流，饋入市電。⑵主動(dòng)電力濾波(ActivePowerFilter):換流器操作在此模式時(shí)，其主要功能為消除電流諧波與改善系統(tǒng)功率因子，此時(shí)換流器的開(kāi)關(guān)經(jīng)由適當(dāng)?shù)那袚Q，其輸出電流將追隨控制器所計(jì)算出之參考電流，注入電力系統(tǒng)，其控制方塊圖如圖16所示。不斷電操作模式(UPS):當(dāng)無(wú)日照且無(wú)市電時(shí)，本子系統(tǒng)可操作在不斷電模式，單獨(dú)供電給負(fù)載。為了能確保供電之連續(xù)性，本子系統(tǒng)會(huì)隨時(shí)做斷電偵測(cè)，若市電一斷，則會(huì)在4ms以內(nèi)迅速由電池經(jīng)充/放電、升壓轉(zhuǎn)換器及換流器而供電給負(fù)載。當(dāng)無(wú)日照對(duì)電池充電時(shí)，此系統(tǒng)可由市電經(jīng)換流器及反向升壓器對(duì)電池充電，此時(shí)換流器兼作功因校正功能，以減少電流諧波。c(ref)圖16.主動(dòng)電力濾波器控制方塊圖七、結(jié)論經(jīng)由之前分析與探討，證明本文所提之「多功能太陽(yáng)光電能并網(wǎng)供電與照明系統(tǒng)」確實(shí)可行。經(jīng)由開(kāi)關(guān)的共享并配合不同之控制方式，可將原有之硬件架構(gòu)發(fā)揮至淋漓盡致，以降低成本、提高效率。本系統(tǒng)利用高頻切換的技術(shù)來(lái)操作開(kāi)關(guān)，可使電路的體積縮小、重量輕且無(wú)噪音。除此之外，未來(lái)可以多模塊并聯(lián)的方式來(lái)提高系統(tǒng)容量，并配合以交錯(cuò)(Interleave)的控制方式，以縮小電感電流之漣波，降低輸出濾波電感之體積及加快系統(tǒng)響應(yīng)。藉由此多功能太陽(yáng)光電能發(fā)電系統(tǒng)之研制，可逐年將技術(shù)擴(kuò)展至其它相關(guān)應(yīng)用范圍，有助于開(kāi)發(fā)更多的再生能源，以解決能源不足之危機(jī)。參考文獻(xiàn)：F.Harashima,H.InabaandN.Takashima,“Microprocessor-ControlledSITInverterforSolarEnergySystem,”IEEETrans.onIndustrialElectronics,Vol.IE-34,No.1,Feb.1987,pp.50-55.K.H.Hussein,I.Muta,T.HoshinoandM.Osakada,“MaximumPhotovoltaicPowerTracking:analgorithonforrapidlychangingatmosphericconditions,”IEEproc.Gener.Transm.Distrib,Vol.142,No.1,Jan1995,pp.59-64.SSureshBahuandSPalanichamy,“PCBasedControllerForUtilityInterconnectedPhotovoltaicPowerConversionSystem,”ProceedingofPowerElectronicsConference,VOL1,Jan1996,pp.101-106.[4]R.J.Hacker,D.K.MunroandJ.M.Thornycroft,“SmallGrid-ConnectedSolarPhotovoltaicGeneratorsInTheUK,”ProceedingsoftheRenewableEnergyConference,1993,pp.61-66.[5]M.Yamaguchi,K.KawarabayashiandT.Takuma,“DevelopmentofaNewUtility-ConnectedPhotovoltaicInverterLINEBACK,”ProceedingofINTELEC'94,pp.676-682.[6]K.Hirachi,T.Mii,T.Nakashiba,K.G.D.LaknathandM.Nakaoka,“Utility-InteractiveMulti-func