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研究生: 戴忠穎
Chung-Ying Tai
論文名稱: 風力發電機組併入台灣電力系統後低電壓穿越曲線之擬定與穩定度分析
Formulations of Low Voltage Ride Through Curves and Stability Analysis after Wind Turbines Connected to the Taiwan Power System
指導教授: 郭明哲
Ming-Tse Kuo
口試委員: 吳啟瑞
Chi-Jui Wu
吳進忠
Chin-Chung Wu
呂學徳
Shiue-Der Lu
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 158
中文關鍵詞: 故障穿越曲線PSS/E穩定度分析離岸風力發電場
外文關鍵詞: Fault Ride Through (FRT) Curve, Power System Simulator for Engineering (PSS/E), Stability Analysis, Offshore Wind Farms
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  • 為了因應再生能源的發展並維持電力系統安全,本論文主要探討當520MW的離岸風力發電機組併入台電電網後,針對不同的故障點與故障時間,來擬定ㄧ條適合規範離岸風力發電機組的故障穿越曲線,以減少離岸風力發電機組的跳脫對於台電電網的影響。本論文主要是應用PSS/E電力系統分析軟體,而架構則採用台灣電力公司民國107年的離峰時段的系統,首先針對離岸風力發電機組併網後是否符合「再生能源發電系統併聯技術要點」與「輸電系統規劃準則」中所規範的內容來作探討,然後在模擬將系統中分別併入靜態虛功補償器(Switching Virtual Circuit, SVC)與靜態同步補償器(Static Synchronous Compensator, STATCOM)後,並比較在不同的參數下對於電網在發生事故下的影響,最後,在針對不同的故障點與故障清除時間來擬定適合規範離岸風力發電機組的故障穿越曲線,並將本論文所提出的故障穿越曲線與現行的故障穿越曲線來做比較。研究顯示,若離岸風力發電機組採用本論文所提出的故障穿越曲線,當故障發生時,其跳脫數量將會大幅減少,對於故障期間台電電網的電壓驟降幅度與故障清除後所產生的擾動也會比較小。本論文所提出的故障穿越曲線也可供政府機關在擬定規範風力發電機組之故障穿越曲線時之應用與參考。


    In response to the renewable energy development and maintenance of the power system security, this thesis mainly discusses the integration of 520MW offshore wind turbines connected into Taipower grid. For different fault points and fault times, the suitable fault ride through (FRT) curves between the offshore wind turbines and the Taipower grid is designed to reduce the impact of faults in offshore wind turbines on the Taipower grid. This thesis is mainly applied the software of Power System Simulator for Engineering (PSS/E) and adopted the off-peak system of the Taiwan Power Company in 2018. Firstly, it is necessary to discuss whether the offshore wind turbines meet the requirements of the "renewable energy power generation system connected technical guidelines" and "transmission system planning guidelines" after grid connection. Then, static reactive power compensators and static synchronous compensators are connected into the system to compare the impacts of different parameters on the grid in the event of an accident. Finally, according to different fault points and fault clearing time, the offshore wind turbine fault ride through curves suitable for offshore wind farm and grid are developed. The fault ride through curve proposed in this thesis compares with the current fault ride through curve. The study shows that if the offshore wind turbines adopt the fault ride through curve proposed in this thesis, the number of trips will be greatly reduced when a fault occurs. The magnitude of the voltage dip in the Taipower grid during the fault and the disturbance generated after the fault will be clearly smaller. The fault ride through curve proposed in this thesis can also be applied and referenced by government agencies in formulating the fault ride through curve of wind turbines.

    摘要 I Abstract II 致謝 III 目錄 IV 圖目錄 VIII 表目錄 XVI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻探討 2 1.3 研究目標與方法 5 1.4 論文架構 6 第二章 風力發電概論與規範的介紹 8 2.1 前言 8 2.2 風力發電的現況與未來趨勢 8 2.2.1 我國風力發電現況與未來趨勢 8 2.2.2 全球風力發電現況與未來發展 10 2.3 風力發電機組的介紹 14 2.3.1 Type A 14 2.3.2 Type B 15 2.3.3 Type C 16 2.3.4 Type D 16 2.4 全球各國對於低電壓穿越曲線的要求 18 2.4.1 台灣 19 2.4.2 中國 20 2.4.3 加拿大 21 2.4.4 美國 22 2.5 靜態同步補償器與靜態虛功補償器的簡介 24 第三章 使用軟體與風場系統架構簡介 26 3.1 前言 26 3.2 使用軟體簡介 26 3.3 風力發電機組模型簡介 29 3.4 離岸風場系統的建立與內部參數簡介 30 3.5 PSS/E軟體中發電機組過電壓與頻率解聯電驛簡介 33 3.6 PSS/E軟體中STATCOM與SVC的模型簡介 36 3.7 PSS/E軟體中電壓穩定度分析 37 第四章 離岸風場併入台電電網後之衝擊分析 39 4.1 前言 39 4.2 模擬系統架構簡介 39 4.3 離岸風場內部架構簡介 43 4.4 離岸風場併入台電電網後之電力潮流分析 45 4.5 離岸風場併入台電電網後之電壓與電壓變動率分析 52 4.6 離岸風場併入台電電網之三相短路電流分析 53 4.7 離岸風場併入台電電網後對於系統事故下之跳脫範圍 55 4.7.1 161kV系統在事故下對於離岸風場之跳脫範圍 57 4.7.2 345kV系統在事故下對於離岸風場之跳脫範圍 60 4.8 裝設SVC對於系統之影響 62 4.8.1 SVC模型介紹 62 4.8.2 裝設SVC對於系統暫態穩定度之影響 63 4.9 裝設STATCOM對於系統之影響 67 4.9.1 STATCOM模型介紹 67 4.9.2 裝設STATCOM對於系統暫態穩定度之影響 68 4.10 模擬結果與討論 72 第五章 離岸風機低電壓穿越曲線之擬定與穩定度分析 73 5.1 前言 73 5.2 離岸風場併入台電電網後對於低電壓穿越曲線之擬定 74 5.2.1 風力發電機組低電壓穿越曲線的擬定過程 74 5.2.2 不同故障清除時間下對於離岸風場之影響 79 5.2.3 不同故障清除時間下對於離岸風場電壓分析 86 5.2.4 自定規範之低電壓穿越曲線 89 5.3 離岸風機採用不同低電壓穿越曲線之故障分析 91 5.3.1 風力發電機組在事故下之安全運轉的數量 92 5.3.2 風力發電機組採用不同低電壓穿越曲線之暫態穩定度分析 96 5.3.2.1 161kV事故分析(故障點:彰濱H) 97 5.3.2.2 161kV事故分析(故障點:彰林H) 101 5.3.2.3 345kV事故分析(故障點:彰濱E) 105 5.3.2.4 345kV事故分析(故障點:彰林E) 113 5.4 不同低電壓穿越曲線對於系統之影響 121 5.4.1 不同低電壓穿越曲線對於發電機組轉子角之影響 122 5.4.2 不同低電壓穿越曲線對於系統功率裕度之影響 124 5.5 模擬結果與討論 125 第六章 結論與未來展望 127 6.1 結論 127 6.2 未來展望 129 參考文獻 131

    [1]台灣電力公司,「台灣電力公司永續報告書」,台灣電力公司企劃處,民國106年。
    [2]Ricardo Vidal-Albalate, Carlos Diaz Sanahuja, Enrique Belenguer, and Ramon Blasco-Gimenez, "Estimation of fault currents in offshore wind power plants connected through HVDC links",11th IEEE International Conferernce on Compatibility, Power Electronic and Power Engineering (CPE-POWERENG),Cadiz(Span), pp. 34-39, 2017.05.
    [3]Yuan-Kang Wu,Ching-Yin Lee,Chih-Ju Chou,and Wei-Ming Liao, "Choice of Interconnected Points for Large-scale Offshore Wind Farmsin Taiwan",2013 CACS International Automatic Control Conference(CACS),Sun Moon Lake,Taiwan,December 2-4.
    [4]Yu-Jen Liu,Cheng-Wei Lin,and Pei-Hsiu Lan,"System impact assessment of connecting planned large-scale wind turbine testing site to distribution power network in Taiwan",2016 IEEE Region 10 Conference (TENCON) - Proceeding of the International Conference,2016.
    [5]李清吟、潘建宏、趙黃佑、吳元康、陳昭榮,「離岸風場排列採用輻射型與星型之系統衝擊分析」,中華民國第三十ㄧ屆電力工程研討會,台灣台南,2010.12.03~2010.12.04。
    [6]Li Wang,Quang-Son Vo,Min-Han Hsieh,Cheng-Tai Wu,Chieh-Lung Lu,Bing-Lin Kuan,Xiu-Yu Lu,and Anton V.Prokhorov,"Analysis of Voltage-Variation Results of Taiwan Power System Connected with a Ring-type High-Capacity Offshore Wind Farm",2017 International Conference on System Science and Engineering(ICSSE),2017.
    [7]陳永明,「應用具有STATCOM功能之同步機於改善澎湖電力系統暫態電壓之研究」,碩士論文,國立臺灣科技大學,民國101年。
    [8]黃聖閔,「智慧型控制演算法用於STATCOM對低電壓穿越能力上的提升」,碩士論文,國立台灣大學,民國100年。
    [9]楊元豪,「利用閘控串聯電阻改善離岸風場之虛功補償能力」,碩士論文,國立台灣大學,民國106年。
    [10]錢一丰,「雙饋式感應發電機之穩態運轉點解析法與故障保護策略」,碩士論文,國立台灣大學,民國104年。
    [11]曾耀毅,「風力發電機之低電壓穿越特性研究」,碩士論文,國立台灣科技大學,民國98年。
    [12]吳東昇,「風力發電機之低電壓忍受能力分析比較」,碩士論文,國立中山大學,民國98年。
    [13]台灣電力公司,「台灣電力股份有限公司再生能源發電系統併聯技術要點」,民國105年10月06日。
    [14]沈祐維,「考慮風力機組低電壓穿越之七美電力系統穩定度分析」,碩士論文,國立中山大學,民國104年。
    [15]徐景河,「澎湖大型離岸風場及海纜併接架構下之系統衝擊改善研究」,碩士論文,國立臺北科技大學,民國99年。
    [16]許瑋淳,「單回路架構及雙回路架構之離岸風場併接點檢視與故障分析及效益評估」,碩士論文,國立臺北科技大學,民國103年。
    [17]鄒明諺,「大規模太陽光電併入電力系統之衝擊分析-以台灣電壓供電敏感地區與離島地區為例」,碩士論文,國立中正大學,民國103年。
    [18]https://www.taipower.com.tw/tc/page.aspx?mid=204&cid=154&cchk=0a47a6ed-e663-447b-8c27-092472d6dc73,"台灣電力公司再生能源發電概況",台灣電力公司,民國107年04月16日。
    [19]經濟部能源局,「風力發電4年推動計畫(核定本)」,民國106年08月。
    [20]https://www.twtpo.org.tw/intro.aspx?id=462,"經濟部能源局風力發電4年推動計畫"。
    [21]https://www.ey.gov.tw/Page/448DE008087A1971/9268eb7d-58e2-4e5f-a023-1b1cf4be0b37,"風力發電4年推動計畫",能源及減碳辦公室,西元2017年06月01日。
    [22]經濟部,「中華民國一百零七年度再生能源躉夠費率及其計算公式」,民國107年01月08日。
    [23]Global Wind Energy Council,"GLOBAL WIND STATISTICS 2017",2017.
    [24]康志堅,「主要國家風力發電推動政策暨風電市場、產業及技術研發趨勢分析」,工業技術研究院,民國105年04月29日。
    [25]Daisychuang,https://www.energytrend.com.tw/news/20180713-14310980.html,"2018上半年全球綠能投資好壞參半,太陽能下滑、風能上升",Energytrend Of Trendforce Corp.,民國107年07月13日。
    [26]耿華、劉淳、張興、楊耕,「新能源併網發電系統的低電壓穿越」,機械工業出版社,西元2014年6月。
    [27]Thomas Ackermann,"Wind Power in Power Systems",John Wiley & Sons,pp.53-59,2005.01.
    [28]魏子程,「應用虛功補償器於大型離岸風場以改善獨立型電力系統穩定度」,碩士論文,國立台灣科技大學,民國105年。
    [29]詹鈞程,「離岸風場併入台電既有系統後最大併網容量評估」,碩士論文,國立台灣科技大學,民國106年。
    [30]潘建宏,「電力系統與離岸風場併接方法之研究」,碩士論文,國立台北科技大學,民國100年。
    [31]Wei Wang,Xikui Ma,"Transient analysis of low-voltage ride-through in three-phase grid-connected converter with LCL filter using the nonlinear modal series method",Electric Power Systems Research,2013.08.
    [32]中國國家標準化管理委員會,「風電場接入電力系統技術規定」,民國100年12月30日。
    [33]Hydro-Quebec,"TRANSMISSION PROVIDER TECHNICAL REQUIREMENTS FOR THE CONNECTION OF POWER PLANTS TO THE HYDRO-QUEBEC TRANSMISSION SYSTEM ",2009.02.
    [34]ALBERTA ELECTRIC SYSTEM OPERATOR,"ISO Rules", 2017.09.05.
    [35]Federal Energy Regulatory Commission,"UNITED STATES OF AMERICA FEDERAL ENERGY REGULATORY COMMISSION ",2005.07.02.
    [36]COMMENTS OF THE NORTH AMERICAN ELECTRIC RELIABILITY CORPORATION IN RESPONSE TO NOTICE OF PROPOSED RULEMAKING, "UNITED STATES OF AMERICA BEFORE FEDERAL ENERGY REGULATORY COMMISSION ",2016.01.27.
    [37]David Wenzhong Gao,Eduard Muljadi,Tian Tian,Mackay Miller and Weisheng Wang,"Comparison of Standards and Technical Requirements of Grid Connected Wind Power Plants in China and the United States",2016.09.
    [38]姚竺君,「西門子電力技術服務國際公司動態分析短期課程」,台灣電力公司,民國103年。
    [39]魏豪廷、宋偉彰、陳韋佑,「PSS/E-21使用手冊」,台灣電力公司,民國99年。
    [40]劉新東、黃元亮、謝龍漢,「PSS/E電力系統分析與仿真」,電子工業出版社,民國100年。
    [41]Yuriy Kazachkov,Ross Altman,Jayapalan Senthil and Krishnat Patil, "PSS/E Wind Modeling Package for GE 1.5/1.6/2.5/2.75/4.0 MW Wind Turbines User Guide",2011.08.
    [42]台灣電力公司,「台灣電力股份有限公司輸電系統規劃準則」,民國102年04月01日。
    [43]Siemens Power Technologies International and Siemens Industry , Inc.,"PSSE 33.4 MODEL LIBRARY",2013.03.
    [44]http://www.twtpo.org.tw/offshore_show.aspx?id=963,"潛力場址",經濟部能源局.
    [45]https://www.moeaboe.gov.tw/ECW/populace/news/News.aspx?kind=1&menu_id=41&news_id=15003,"7家開發商(10個離岸風場)為離岸風電遴選獲選業者分於109年完成738MW、110-114年3098MW建置",經濟部能源局,西元107年04月30日。
    [46]台灣電力公司,「彰濱、全興、彰林、南投超高壓轄區系統圖」,民國106年04月17日。
    [47]陳韋勳,「以虛功補償器提升雙饋式感應發電機之低電壓穿越能力」,碩士論文,國立台灣海洋大學,民國102年06月。
    [48]台灣電力公司,「未來再生能源大幅增加對台灣輸電系統影響及因應策略研究完成報告」,民國104年02月。
    [49]Xinyan Zhang,Xuan Cao,Weiqing Wang and Chao Yun,"Fault Ride-Through Study of Wind Turbines",2013.01.
    [50]C.Abbey,Gustaaf Joos,"Effect of low voltage ride through (LVRT) characteristic on voltage stability",IEEE Power Engineering Society General Meeting,2005.
    [51]陳在相、吳瑞南、張宏展,「POWER SYSTEM ANALYSIS 電力系統分析」,臺灣東華書局股份有限公司,民國104年1月三版五刷。
    [52]吳元康、李清吟、周至如、陳自立、潘建宏,「澎湖離岸風場對於故障臨界清除時間的影響」,2010台灣風能學術研討會,澎湖,民國99年年12月17日。
    [53]吳柏承,「大型電場對系統電壓穩定度影響分析」,碩士論文,國立台灣海洋大學,民國105年07月。

    無法下載圖示 全文公開日期 2023/08/01 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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