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應用於低壓固態氧化物燃料電池之高效率軟切換功率調節系統

[ 本篇摘要 ] 摘要 本文採用軟切換直流/直流轉換器與軟切換直流/交流變頻器，為一組5kW固體氧化物燃料電池，提出高效率電源轉換系統之設計。直流/直流轉換器將燃料電池電壓轉換成400V直流母線電壓，並用3相/6橋臂的相移調製器實現零電壓與零電流切換，達到高於 96％的峰值效率；直流/交流變頻器產生120/240V 交流輸出並使用CoolMOS實現軟切換，來達到98％的峰值效率。變頻器設計為泛用型輸出，可利用兩組LC濾波器為獨立負載供電，也可以使用一斷路器與額外電感器來實現電網並聯。測試結果指出，此兩級的電源轉換系統峰值效率可以達到94％。 引言 高溫固體氧化物燃料電池（SOFC） 允許使用簡單的氫氣重組器來降低燃料成本，同時也可利用熱電共生技術來提高系統效率，因此它已發展至高功率配發電系統發電等級，輸出功率可達250kW以上[1]，5kW的燃料電池系統主要設計為一般住宅應用，然而由於減少數量的電池單元，其輸出電壓變得很低，因此，它需要一高升壓率的直流/直流轉換器提供來適當直流母線給直流/交流變頻器。針對這樣的低壓固體氧化物燃料電池，該功率調節系統（PCS）設計通常由一個直流/直流轉換器和一個直流/交流變頻器組成。直流/直流轉換器作為燃料電池的介面且將燃料電池之低壓直流轉換到高壓直流，以便直流/交流變頻器能產生高電壓交流輸出，來做市電並聯或獨立運轉。 對於高溫（通常900℃或更高）固體氧化物燃料電池設計之功率調節系統，還需要考慮它因啟動過程而造成的冗長時間常數，一旦固體氧化物燃料電池開始運作，若將其快速地關閉，這是非常不便利且效率很低的運作方式，因為重新啟動需要時間並浪費了大量能源，因此，本文所提出之功率調節系統能有獨立運傳與電網並聯之多功能設計，當負載需求低或零時，多餘的燃料電池的輸出可提供給公用電網，並沒有需要關閉SOFC。

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