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研究生： 佘宸翔
Chen-Hsiang She
論文名稱： 大型風場併入獨立電網之穩定度分析
Stability Analysis of Isolated Power System Connected to Large-scale Wind Farms
指導教授： 郭明哲
Ming-Tse Kuo
口試委員: 吳進忠
Chin-Chung Wu
連國龍
Kuo-Lung Lian
呂學德
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： 2015
畢業學年度： 103
語文別： 中文
論文頁數： 123
中文關鍵詞： 風力發電 、穩定度 、衝擊分析
外文關鍵詞： Wind Power Generation, Stability, Impact Analysis
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    • 隨著溫室效應對氣候之影響加劇以及石化燃料日漸枯竭，採用風力發電是近年來各國發展綠能的主要目標。根據全球風能會議統計資料顯示，2009 年迄今全球風力機裝置容量成長率仍更15%以上，而台灣為一島國，四面環海，風力資源相當豐富，隨著風力發電技術的進步，風場之投資興建亦隨之興盛，因此風場併聯輸電網後對於系統的影響需格外重視。本論文主要目的在於探討風力發電機之暫態特性及大型風場併網後對於系統與風力發電機本身的影響，並針對風場併網之系統進行穩定度模擬。分析工具採用PSS/E 電力分析模擬軟體，並使用民國104 年2 月本島離峰時段台電系統的實際資料來探討，試圖驗證不同裝置容量、不同電壓等級與不同距離的故障點下。風力機所受到的影響，以及比較傳統機組與風力機組於故障時之殊異。研究結果顯示若故障點距離風場越近，對風力機所造成的影響越大，且不同裝置容量之風場與不同電壓等級之故障點，皆會對其運轉特性造成影響。依照上述研究之結果，並配合「再生能源發電系統併聯技術要點」，提供風場併聯輸電網規劃之參考和風場裝置容量、裝設地點及風力機組之選用建議。

    The greenhouse effect worsens the climate and fossil fuels are gradual exhaustion. The use of wind power is the main target of green energy which continues in the development in recent years. According to the statistics of Global Wind Energy Conference, it shown that the installed capacity growth rate of global wind turbines is still more than 15 percent in recent years. Because Taiwan is an island surrounded by the sea, wind resources are abundant. The investment in the construction of the wind farms are also subsequently flourished with advances in wind power technology. After the wind farms connected to the transmission system, impact of the system requires extra attention. The main purpose of this thesis is to explore the transient characteristics of wind turbines and the affection of the power system and wind turbines itself after large wind farms connected to these grids. The power system stability is simulated with the grids connected to wind farms. The power analysis and simulation software, PSS/E, is use to analyzed the actual off-peak
    hour data of Taipower Company in February 2015. The impact of wind turbines were verified with the different capacities of devices, different voltage levels and different distances of fault points. The comparison between traditional units and wind turbines during the fault period was analyzed. The results show that the impact caused by the fault to the wind farm is greater if the fault is closer to the wind farm. Besides, the fault with different wind capacity and different voltage level would affect the operating characteristics of wind turbines. In accordance with the results of this study and "the grid-connected technical keys of renewable energy generation system", we provide the suggestions of wind farms which connected to grids, installed capacity of wind farms, the selection of the proposed site and the installation of wind turbines.

    摘要 ............................................................I Abstract ...................................................... II 誌謝 ..........................................................III 目錄 ...........................................................IV 圖目錄 ........................................................ VI 表目錄 ....................................................... XIV 第一章 緒論 .................................................... 1 1.1 研究動機及背景 ............................................. 1 1.2 文獻回顧 ................................................... 2 1.3 研究方法與步驟...............................................3 1.4 本論文之主要貢獻 ........................................... 3 1.5 論文架構 ................................................... 4 第二章 風力發電概論 .............................................5 2.1 前言 ........................................................5 2.2 全球風力發電現況 [15] .......................................5 2.2.1 國外風力發電現況 [15] .................................... 7 2.2.2 國內風力發電技術演進及現況 .............................. 10 2.3 風力發電技術之演進 ........................................ 14 2.4 風力發電機的機械原理 [1] .................................. 15 2.5 風力機種類介紹............................................. 16 2.5.1 依輪軸構造分類 .......................................... 16 2.5.2 依發電機運轉特性分類 .................................... 18 2.5.3 依發電機種類區分 [1] .................................... 19 第三章 模擬軟體與風機模型簡介 ................................. 24 3.1 前言 ...................................................... 24 3.2 PSS/E介紹 ................................................. 24 3.3 PSS/E風力機衝擊分析模擬步驟教學 [2] ....................... 25 第四章 風場併網之暫態分析 ..................................... 55 4.1 前言 ...................................................... 55 4.2 範例系統及參數............................................. 55 4.3 故障暫態分析 .............................................. 57 4.4 風力機之低電壓安渡能力(Low Voltage Ride Through) .......... 57 4.5 系統暫態穩定度模擬 ........................................ 58 4.5.1 風場架設後對於系統穩定度之影響 .......................... 61 4.5.2 故障點距離與風場之距離對於風力機之影響 .................. 73 4.5.3 風場裝置容量大小對於風力機之影響 ........................ 85 4.5.4 故障點之電壓等級對於風力機之影響 ........................ 91 4.5.5 風力機與傳統發電機組之比較 .............................. 98 4.6模擬結果與討論 ............................................ 100 第五章 結論及未來研究方向 .................................... 101 5.1結論 ...................................................... 101 5.2未來研究方向 .............................................. 102 參考文獻 ..................................................... 103

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