5.1 前言
本章主要的目的是介紹如何將太陽能發電系統與三相市電網路並聯，並將太 陽能電池產生的電力送往台灣電力公司的電力網路。市電並聯系統 [29,30]包含有 太陽能電池、最大功率追蹤器、三相換流器、三相低通濾波器、隔離變壓器、市 電零點偵測電路及數位信號處理器 TMS320C240，以下各節將介紹市電並聯系統 運作的流程。 相電壓零點偵測電路送出信號告知 TMS320C240 開始進入市電並聯中斷程序，之 後 TMS320C240 便會開始送出 PWM 信號（ ）給換流器，此時便已完成
5.2.1 三相市電電壓同
電壓和三相市電電壓有相同的頻率及相序。
5.2.2 三相市電電壓零點偵測
5.3 所示，將三相市電之 A 相電壓 回授到市
零
本研究之零點偵測方塊圖如圖
V
a電電壓零點偵測電路，當 A 相電壓
V 第一次交越零點時，市電電壓零點偵測電路
a 輸出為 1，而當 A 相電壓V 第二次交越零點時，三相市電電壓零點偵測電路輸出
a 為 0。在實作上，市電電壓 點偵測電路是採用美國 RCA 公司的 CA3059 積體電 路來完成，其內部方塊圖如圖 5.4 所示，對於 DC 到 400Hz 間的信號，CA3059 皆可正確的偵測出其零點位置，所以 CA3059 可以有效地量測出台電 60Hz 電壓 的零點位置。三相市電電壓零點偵測電路的輸出信號直接饋入數位信號處理器 TMS320C240 的外部中斷 (XINT1)接腳，所以當 CA3059 輸出為正時，將使數位 信號處理器 TMS320C240 進入外部中斷程序，並使太陽能發電系統與三相市電網 路並聯。Va 市電零點
偵測電路 TMS320C240
XINT1 Va 市電零點
偵測電路 TMS320C240
XINT1
圖 5.3 零點偵測方塊圖
圖 5.4 CA3059 積體電路內部功能方塊圖
5.2.3 三相低通濾波器
本研究之換流器輸出為三相電壓空間向量調變波，因為電壓空間向量調變波 中包含有許多奇次諧波，若直接並聯到三相市電網路時會造成電源污染的現象，
故本論文利用三相 LC 低通濾波器濾除空間向量調變波中的奇次諧波，而得到純 正之三相正弦電壓波形。三相低通濾波器之架構如圖 5.5 所示，其中電感值為 0.8mH，電容值為 400uF，而電感的等效串聯電阻值為 1.8Ω ，所示濾波器的-3dB 頻率為 1767 rad/sec，故可有效的抑止奇次諧波。圖 5.6 為三相 LC 低通濾波器的 波德圖，在增益對頻率（Gain-Frequency）圖中可看到-3dB 時的頻率約為 1767 rad/sec，而對映到角度對頻率（Phase-Frequency）圖中的角度大小約為 ，另 外在基本頻率 377 rad/sec 時，角度的位移量約為 ，故濾波器的輸出電壓會落 後輸入電壓大約 左右。
80o
− 10o
− 10o
+
-V
a+
-V
b+
-V
c+
-V
a+
-V
b+
-V
c圖 5.5 三相 LC 低通濾波器電路圖
圖 5.6 三相 LC 低通濾波器的波德圖
5.2.4 三相市電網路並聯模擬結果
圖 5.7 為本研究之三相市電網路並聯模擬方塊圖，在圖 5.7 中，我們使用一常 數方塊作為換流器直流匯流排 310V 的電壓，而換流器依 TMS320C240 方塊所送 出的 PWM 信號來調變出頻率 60Hz、電壓峰值 310V、相差 之三相電壓空間 向量調變波，然後利用三相低通濾波器使輸入到市電網路之電壓波形為純正之正
120o
弦波。在並聯市電網路之前，換流器的輸出電壓與市電電壓必須有相同的頻率及 相序，而且換流器的輸出電壓必須比三相市電電壓的峰值高，然後等待市電 A 相 電壓為零時，同時將換流器的 A 相、B 相及 C 相輸出端並聯到市電網路。圖 5.8 為換流器尚未與市電網路並聯之前的市電電壓 、濾波器輸出電壓 及 與 之間的差值 ，由圖 5.8 可看出市電電壓 與濾波器輸出電壓 為同一相位，
且差值電壓 的波峰為 1.5V。圖 5.9 為尚未並聯到市電網路前換流器的 d 軸與 q 軸電壓命令在 d-q 軸平面上的合成向量軌跡。
V
aV
a"V
aV
a"V
diffV
aV
a"V
diff
圖 5.7 三相市電網路並聯模擬方塊圖
(a)
(b)
(c)
圖 5.8 尚未將換流器並聯到市電網路前：(a) 市電電壓 ，(b) 濾波器輸出電壓 及(c) 與 之間的差值
V
aV
a"V
a"
Va
V
diff圖 5.9 尚未將換流器並聯到市電網路前 d 軸電壓命令Vd*及 q 軸電壓命令Vq*的合成向量軌跡圖
圖 5.10 為未並聯到市電網路前的換流器合成向量角位移圖，圖中可看到角位移的 變化量在−180o到180o之間。圖 5.11 為換流器與市電網路並聯之後的市電電壓
V 、濾波器輸出電壓
a 及 與 之間的差值 ，由圖 5.11 中可看出當換流器 與市電並聯之後電壓相位仍然相同，而誤差電壓卻因負載效應而下降到峰值為 0.14V。"
V
aV
aV
a"V
diff圖 5.10 未並聯到市電網路前的換流器合成向量角位移命令
θ
s*圖(a)
(b)
(c)
圖 5.11 將換流器並聯到市電網路後的：(a) 市電電壓 ，(b) 濾波器輸出電壓 及(c) 與 之間的差值
V
aV
a"V
a"
V
aV
diff第六章 串聯電池組之均勻充電器
6.1 前言
一般而言，單一電池的端電壓大多在 48V 以下，所以若要獲得高電壓值的直 流電壓時，則必須串聯多只蓄電池以達到所需的直流電壓值。對多只串聯蓄電池 充電時，將會有大電流經過每一只蓄電池，而造成初始電壓較高的蓄電池會提早 完成充電，若此時仍然沒有停止充電，就會使蓄電池進入排氣區（Gassing phase），
而減低蓄電池的壽命。依國外研究 [5]，蓄電池串聯的數目增加，則蓄電池的壽命 會呈指數性減少。蓄電池的壽命長短是決定蓄電池經濟效益的最重要因素 [6]，故 本研究利用一串聯電池組之均勻充電器（Equalization Charger） [31]來對串聯之蓄 電池組充電，以延長各個蓄電池的壽命。
6.2 蓄電池
本研究所使用的為台灣神戶公司所生產的鉛酸電池 GP1270 ( 12V，7.0AH )，
其詳細規格如表 6.1 所示：
表 6.1 台灣神戶公司電池 ( GP1270 ) 規格表
蓄電池型式 端電壓 容量 內部電阻 最大放電電流 最大充電電流 GP 1270 12 V 7.0 AH 25m
Ω
40 A 1.95 A圖 6.1 表示以定電壓 ( 13.65V ) 方式對電池充電之狀態，從圖 6.1 中可以看出 當蓄電池完全放電後，要充電至 80%時，大約需 8 小時；放電至 50%後要充電至 80%時，大約需 4 小時。圖 6.2 所示為在各種不同放電情況下，蓄電池端電壓對時 間的關係，以 3C ( 1C=7.0A ) 放電情況來說，其效率只有 0.05C 放電的 40%，其 終止電壓為 7.8V，而以 0.05C 放電，其終止電壓為 10.5V。由圖中可得到一結論，
若放電電流愈大，則其放電時間越短，因不同的放電情況，其終止電壓亦不相同，
為防止蓄電池過度放電，造成蓄電池永久性的傷害，應特別注意其放電電壓不可 低於其終止電壓。
GP1270
圖 6.1 電池在室溫下定電壓 ( 13.65V ) 充電情形
圖 6.2 電池在室溫下的放電情況
6.3 均勻充電器
圖 6.3 為本研究之均勻充電器的電路圖，電路的架構是採用返馳式直流對直流 轉換器（Flyback DC-DC converter） [32]，使用圖 6.3 之電路架構的優點是可以同 時有多組輸出，且不需額外的二次側輸出電感，做為扼流圈（choke）之用，因此
依據法拉第定律（Faraday’s Law），當通過一線圈之磁通量發生變化時，則此 線圈會產生一與線圈匝數及磁通量變化率乘積成正比之感應電勢，即：
dt
量由最大值
φ
pmax開始下降，直到功率晶體Q
3的 PWM 週期（T
s）結束時：+
在 期間，若繞組鐵心尚未飽和，則一次側電流 會呈線性增加，直到
1
ID
t t t
)
p(t φ
) 0
p( φ
Vp
Vm
B B pV N 5N
−
ton toff
Ts
max
φp
min
φp
圖 6.5 返馳式轉換器的一次側電壓
V
p、磁通量φ
p(t)及二次側二極體電流ID1波形理論上，當蓄電池電壓大於二次側繞組的電壓時，二極體不會導通，故多餘 的充電電流將只對電壓較低的蓄電池充電，所以各個蓄電池的電壓將漸漸地趨於 相同的電壓。
本研究利用 PSPICE 建立均勻充電器之電路模型，經由電腦之模擬結果可與第 八章之實驗結果相比較。圖 6.6 為當均勻充電器輸入 40V 直流電壓，輸出為 13.8V 直流電壓時的模擬結果，由圖 6.6 中可以看出，當功率晶體 導通時，一次側電 壓 等於 40V，而磁通量
Q
3V
pφ
(t)上升，二次側二極體電流為零；當功率晶體 截止 時，一次側的繞組的電壓約為-50V，且二次側二極體導通。Q
3(a)
)(tφ)(tφp
(b)
(c)
圖 6.6 返馳式轉換器的模擬結果：(a) 一次側繞組電壓