6-1 風力發電機組技術參數
由文獻[13]中提及的風力發電機組之主要技術參數為參考(如表 9)，來作為本 研究的研究對象。圖 32 為此風力機台在廠商官方網頁[12]上的示意圖。
圖 32 XE93-2000 風力發電機組[12]
表 9 XE93-2000 型直驅永磁風力發電機組主要技術參數[12]
名稱 參數 發電機
額定功率 2000kW 型式
永磁直驅同步發 電機
切入風速 3m/s 電壓 660V,50Hz
額定風速 11m/s 重量
切出風速 25m/s 葉輪 36 噸
極限風速 52.5m/s 機艙 19 噸
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Matlab 內建 fmincon 以解出性能函數最低點為目的，故作計算時，實際上是求
EW
之最小值。
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圖 35 同向時，以 tv、ts構成的 W-E 性能函數曲面
6-4 風機實際反應之模擬
從美國風帆網站 Wind Power Weather Center [25]中，擷取一段每五分鐘一筆 的風力資料做預測並控制。而預測結合迎風轉向控制的步驟如下：
1. 利用 1250 筆訓練資料、15 個輸入的五分鐘平均風向、風速資料架構類神經 網路。
2. 以此類神經網路預測十分鐘後之平均風向、風速。
3. 依 6-3 節講述的方法判斷風機最佳迎風轉向方向。
4. 將 Matlab 的 Simulink 與 Guide 結合，透過人機介面顯示風機控制及風力實際 變化以及獲能與耗能走勢。
經由上述步驟後，將實際風向與利用預測之風速、風向來做迎風轉向控制的 角度相比較如圖 36。而預測之風向角度與控制後面向之角度比較如圖 37，控制 後角度因轉向需時間故比預測出迎風轉向角度之時間點晚五分鐘才能完成迎風 轉向。實際的角度與經最佳化後決定控制的角度差繪製如圖 38。圖 39 與圖 40 為風機應用控制轉向後之每五分鐘內平均獲能功率及平均耗能功率走勢圖。
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圖 36 實際風向與能量最佳化之轉向控制比較圖
圖 37 預測風向與能量最佳化之轉向控制比較圖
圖 38 控制與實際的相差角度
圖 39 風機轉向五分鐘平均獲得功率
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圖 40 風機轉向五分鐘平均消耗功率
除此之外，本研究為瞭解風機在未經過預測下，直接隨每五分鐘得到的風向 訊號迎風轉向可得的能量，因此以風能獲能公式及風機轉向耗能公式搭配風機的 動態方程式模擬風機隨過去五分鐘風向轉向的功率走勢。其風機迎風轉向如圖 41 所示，其風機測得風向後隨即改變迎風轉向角度追隨得到的風向訊號。拿此 未經預測風力風向控制的迎風轉向走勢與經預測後控制的迎風轉向走勢圖比較 呈現於圖 42。最後將兩者每五分鐘平均的耗能功率、獲能功率、總淨獲能功率 比較圖示於圖 43 至圖 45。而圖 46 則是兩者間每五分鐘總淨獲能功率之差異曲 線。
圖 41 隨風向迎風轉向的風機面向與真實風向比較圖
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圖 42 隨風向迎風轉向與經預測控制迎風轉向之風機面向比較圖
圖 43 隨風向迎風轉向與經預測控制迎風轉向五分鐘平均耗能功率比較圖
圖 44 隨風向迎風轉向與經預測控制迎風轉向五分鐘平均獲能功率比較圖
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圖 45 隨風向迎風轉向與經預測控制迎風轉向之五分鐘平均淨獲能功率比較
圖 46 隨風向迎風轉向與經預測控制迎風轉向之五分鐘平均淨獲能功率差異
經計算後得平均下來以預測做控制可獲得之淨獲能比隨風向轉動可得之淨 獲能多出約 1100W 的功率，也就是每小時多出約 1.1kWh 的能量。而此結論之風 場資料來自風帆網站，本文用以模擬之平均風力大小約為 5.924m/s，約為滿載發 電額定風速 11m/s 之 0.538 倍，而風能正比於風速三次方，故若能改為使用真正 的大型風場資料做預測控制，必定能使省下的功率大幅提升。且經預測後控制的 風機所需轉動的角度比隨風向轉的風機角度擺盪幅度小很多，從機構耗損的觀點，
可以幫助增長迎風轉向系統壽命。
本研究在最後利用 Matlab 之 Simulink 工具與 Guide 工具結合繪製風機轉向 的人機介面顯示視窗以方便觀察控制過程，視窗如圖 47 所示。左邊三個動態走 勢圖每五分鐘更新一次，左上圖為控制風機後實際五分鐘內平均獲得之能量功率；
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左中圖為經控制後的風機轉向所需五分鐘內平均消耗之能量功率，而視窗左下圖 則為獲能與耗能相抵之後的淨能量功率走勢。視窗右方的動態圖為從空中俯視風 機轉動之二維圖，紅色箭頭為實際風向而長度則代表風速。
圖 47 顯示風機面向與實際風向及功能獲取的人機介面
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