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微型電網分層控制策略研究

為了解決Buck regulator的問題，作者張泉泉 這樣論述：

微型電網(Microgrid)作為一種高效利用可再生能源分散式發電(Distributed Generation)的方法，可被用於解決偏遠地區的發電問題或為關鍵負荷提供不間斷供電。為了保證微型電網的可靠性和經濟運行，首要任務是維持系統電壓/頻率穩定和實現分散式發電單元之間功率的精確分配。微型電網通常運行於中低壓電力系統中，其線路阻抗主要呈現電阻電感性，傳統的P-f/Q-U下垂控制(Droop Control)性能不佳，雖然可通過採用虛擬複阻抗(Virtual Complex Impedance)的方法，使線路阻抗中的電阻分量被虛擬負電阻抵消。但由於存在線路阻抗參數漂移和估計誤差等問題，若虛擬

負電阻設計不當會導致系統不穩定。本文根據中低壓微型電網的線路參數特點，採用P-U/Q-f下垂控制，並且在控制迴路中引入由虛擬負電感和虛擬電阻組成的虛擬複阻抗，其中虛擬負電感用於減小系統阻抗中電感分量引起的功率耦合(Power Coupling)，虛擬電阻用於增強系統中的電阻分量，並且調整阻抗匹配度以提高功率分配精度。然而此作法功率分配仍然會受到系統線路阻抗參數的影響。此外，下垂控制結合虛擬阻抗方法易引起電壓偏差問題。因此本文研究了一種新型的基於虛擬複阻抗的穩壓均流控制方法，在不受線路阻抗參數變化影響的情況下實現精確的功率分配，並且提高電壓品質。本研究同時建立基於所提出方法的微型電網系統小信號模

型(Small-Signal Model)，用於分析系統的穩定性和動態性能，同時為控制器參數的設計提供理論依據。分析結果表明，所提出方法對線路阻抗參數漂移和估計誤差具有強健性，並且使系統具有較大的穩定裕度和較快的動態響應速度。再者，本文針對微型電網併聯逆變器的有功功率分配和電壓偏差問題探討，基於全域滑動模式控制(Total Sliding-Mode Control)技術重新設計功率-電壓下垂控制器和內迴路電壓調節器。首先，針對功率-電壓下垂控制回路，定義有功功率與公共耦合點(Point-of-Common-Coupling)電壓幅值之間的下垂控制關係誤差。然後通過採用全域滑動模式控制以獲得新的

下垂控制關係，從而同時實現有功功率分配和電壓幅值恢復。由於全域滑動模式控制方案可為系統提供快速的動態性能和強健性，高精度的暫態有功功率分配也可在不受線路阻抗影響的情況下被實現。更進一步，本文針對微型電網提出基於自我調整模糊類神經網路(Adaptive Fuzzy Neural Network)的分散式二級控制(Distributed Secondary Control)方案，以實現電壓/頻率恢復和最優功率分配。首先，建立微型電網動態系統模型，該模型由逆變器介面分散式電源模型和微型電網電力網絡模型組成，其中分散式電源模型可通過具有最優有功功率分配方案的初級控制器的動態模型來表示。微型電網電力網絡

模型由潮流動態模型和負荷模型組成。然後定義基於一致性演算法的誤差函數，並提出基於模型的全域滑動模式控制技術來處理同步和跟蹤問題。為達到無須詳細動態控制設計，本文設計自我調整模糊類神經網路方案來模擬全域滑動模式控制律，以繼承其快速動態響應性能和強健性。同時，所提出的自我調整模糊類神經網路控制方法可以解決全域滑動模式控制對微型電網動態模型精確資訊的依賴。藉由投影演算法(Project Algorithm)和李雅普諾夫穩定性(Lyapunov Stability)定理，推導模糊類神經網路的參數自我調整調節律，以保證基於自我調整模糊類神經網路的分散式二級控制系統的穩定性。本文所提出方法的有效性和優越性

將通過數值模擬和實驗進行驗證。

遠程電漿源腔體建模與產生器設計

為了解決Buck regulator的問題，作者余淩嘉 這樣論述：

本論文設計並研製了一台切換頻率約400 kHz且最高功率達2.5千瓦的遠程電漿源。遠程電漿源已被廣泛應用於晶片製造業中，除了可用於進行沉積與蝕刻以外，亦可應用於反應腔體內部的清潔。當反應腔體內壁堆積了過厚的矽種膜，矽種膜會剝落而污染晶圓，破壞原有的製程步驟。因此週期性的對反應腔體內部進行清潔為不可或缺的流程之一。遠程電漿源於反應腔外部產生可與矽種膜反應之電漿後，通過管線將電漿通入反應腔中，使電漿與矽種膜反應生成為矽種氣體後再將之排出反應腔外，即可完成自動化的清潔流程。本研究所聚焦研究之遠程電漿源，即為使用NF3氣體產生氮氣電漿之乾式清潔電漿源。產生電漿的過程主要分為兩個步驟：點火與持弧。「點

火」為一開始使用電容性放電電漿的形式，以高壓解離墮性氣體如氬氣，進而產生初始的自由電子。而後再供給腔體足夠高的電流及功率，採用電感性耦合電漿的方式，使腔體內的氮氣電漿能持續產生即為「持弧」。而本研究中分別設計了一個5千伏容性負載的高壓輸出逆變器作為「點火器」，用於初始的點火步驟，以及一個2.5千瓦定電流30安培輸出的高功率逆變器作為「維持器」，用以維持不同氣體流量下的氮氣電漿持續產生。為了設計兩台作為不同用途的逆變器，本研究將電漿負載進行了建模。由於電漿源腔體的設計掌控在其他研究者手中，在資訊以及設備有限的情況下，本研究根據灰箱研究的方式，將電漿載轉換成為等效之RLC負載。並且不僅不需使用傳統

電漿侵入式量測設備蘭姆探針，亦將氮氣氣體流量以及操作頻率這兩個影響等效負載關鍵因素的變動納入建模考量。根據所建模之等效電漿負載，作為高壓點火器的半橋諧振逆變器，以及作為高功率維持器的全橋諧振逆變器皆設計並研製。本研究採用瑞薩RX62T做為核心之數位處理器，並做為遠程電漿源之控制器，不僅能控制整個點火到維持的功率輸出流程，亦做為過壓過流保護之用途，以及控制逆變器使能穩定輸出。雖然實際的電漿產生過程中，由於氣體流動以及化學反應等難以控制速度的特性，不會有快速切載的控制需求，但本研究依然設計了回授補償，並且實際使用等效RL負載，進行了單台高功率逆變器的切載測試。而考量到未來電漿源功率擴充之可能性，本

研究亦針對兩台高頻高功率逆變器的並聯使用時之小訊號模型，進行建模並設計控制迴路。其設計結果亦進行了切載模擬並得到良好的控制效果，可做為未來此類高頻逆變器並聯研究之參考。最後，本研究所設計之遠程電漿源，亦實際使用氮氣與氬氣，進行不同氣體流量下的電漿產生測試，並將結果呈現於論文中。本論文的主要貢獻如下: 所設計之遠程電漿源可於不同氮氣流量下穩定輸出電漿。 點火器與維持器完全獨立分開的設計有助於日後維修替換、功率提升甚至是應變不同點火電壓的氣體應用。 所採用之等效電漿負載建模方法，有別於傳統電漿負載量測方式，不僅不需破壞腔體進行侵入式量測，亦不需要昂貴的特殊設備即可進行。

所建模之等效電漿負載，將隨著流量以及切換頻率，而產生之動態變化納入考量，並結合進逆變器的設計過程中。