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研究生: 游振宇
Zhen-Yu You
論文名稱: 利用儲能設備改善無停電配電饋線負載轉供短時大電流之研究
Application of Energy Storage System for Improvement of Short Duration High Current of Distribution Feeder During Un-Interrupted Load Transferring
指導教授: 張建國
Chien-Kuo Chang
吳瑞南
Ruay-Nan Wu
口試委員: 黃維澤
Wei-Tzer Huang
許炎豐
Yen-Feng Hsu
郭政謙
Cheng-Chien Kuo
吳瑞南
Ruay-Nan Wu
張建國
Chien-Kuo Chang
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: 2021
畢業學年度: 109
語文別: 中文
論文頁數: 117
中文關鍵詞: 配電饋線轉供儲能系統電壓控制器電壓幅值控制電壓相角控制
外文關鍵詞: Feeder Power Transfer, Energy Storage System, Voltage Controller, Voltage Amplitude Control, Phase Angle Control
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在配電系統中,為了不影響用電品質,有時會以無停電的方式執行負載轉供,此時由於轉供饋線間分屬不同變電所且兩饋線負載量輕重有異,因此,當負載由原供電饋線轉移至新供電饋線時,不同饋線間電壓幅值差及相角差的影響可能會引發短時大電流現象,聯絡開關投入瞬間會有非預期之異常電力潮流產生,此現象可能造成保護電驛動作,使得區域性停電發生,進而影響供電可靠度。
本論文旨在降低無停電負載轉供中之短時大電流,因此,提出應用儲能設備改善無停電配電饋線負載轉供短時大電流之研究。在轉供饋線匯流排上裝設儲能設備,藉由比例-積分-微分控制器以及電力潮流理論計算儲能設備所需提供之實、虛功率補償量,並將此功率量注入轉供饋線匯流排,藉此達到電壓幅值以及電壓相角的調控,進而改善轉供中短時大電流現象。研究採用程式軟體Matlab/Simulnik進行模擬分析,首先建構三相配電系統單饋線模型以及儲能設備,並在不同線路阻抗情境:純電感線路、一般阻抗線路之下,以儲能設備提供實、虛功率至系統末端匯流排,了解實、虛功率補償對於匯流排上電壓幅值及電壓相角之影響,接著以板橋轄區為例,建立配電系統轉供等效電路模型,並以不同負載情境進行模擬分析。
模擬結果顯示,在配電系統等效架構中,透過儲能設備對系統提供實、虛功率潮流,確實能夠對系統中匯流排的電壓幅值及電壓相角進行調整;而在模擬轉供情境架構中,於特定負載情境下的確會有兩轉供匯流排間的電壓差過大而導致轉供中短時電流太大並造成過電流電驛動作的情況發生,故使用儲能設備對轉供饋線匯流排上電壓幅值及電壓相角進行調整,進一步降低轉供前兩轉供饋線間的電壓差,在開始進行轉供後也確實使轉供中的短時大電流降低至饋線安全電流範圍之內。


In the distribution power system, in order to maintain the smooth operation of the system, sometimes the load on one distribution feeder needs to be transferred to another feeder without interrupting. However, the distribution feeders of load transferring belong to different substations, the gap of voltage amplitude and phase angle between the distribution feeders of load transferring will affect the short duration high current during feeder load transferring. If the current is too large, the feeder protection relay will be actuated to trip the circuit breaker and cause power outage.
The main purpose of this study is to improve the short duration high current during feeder load transferring. Thus, proposing a study about using energy storage system to improve short duration high current of distribution feeder during un-interrupted load transferring. The energy storage system is constructed by PID controller and power flow theory, and provide real power and reactive power to regulate the voltage amplitude and phase angle on the distribution feeders of load transferring, thereby improving the short duration high current. The study uses the programming software Matlab/Simulink for simulation analysis. First, construct the model with three-phase distribution power system of single-feeder and energy storage system. Use the energy storage system provide real power and reactive power to power system, observe the variety of voltage amplitude and phase angle on the bus with different line structure: inductance lines and impedance lines. Next, taking Banqiao area as an example, establish the models of uninterruptable transferring of distribution feeder loads and simulate with different load cases.
The simulation results show that, in the distribution power system, the voltage amplitude and phase angle of the bus in the system can be controlled by real power and reactive power from energy storage system. In the models of uninterruptable transferring of distribution feeder loads, use energy storage system to controll the voltage amplitude and phase angle on the transfer feeder bus, and further reduce the voltage gap between the two transfer feeders before the transfer. Finally, the short duration high current during feeder load transferring be reduced to the safe range by energy storage system.

摘要 i Abstract ii 誌謝 iii 目錄 iv 圖目錄 vi 表目錄 x 第1章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻回顧 2 1.3 研究目標與方法 3 1.4 研究貢獻 4 1.5 論文架構 4 第2章 配電饋線轉供架構 6 2.1 前言 6 2.2 無停電配電饋線負載轉供架構 6 2.3 電力潮流分析 8 2.4 短時間大電流成因與危害 10 2.5 降低短時間大電流的方法 11 第3章 輸配電系統電壓控制方法 12 3.1 前言 12 3.2 並聯電容器(SC) 12 3.3 變壓器有載分接頭(OLTC) 14 3.3.1 查表法 16 3.3.2 電壓準位法 16 3.3.3 線路壓降補償法(LDC) 17 3.4 電力電子元件控制設備 17 3.4.1 靜態虛功補償器(SVC) 17 3.4.2 靜態同步補償器(STATCOM) 18 3.5 台電虛功率設備控制系統(RPDC) 19 3.5.1 RPDC之虛功率監控模式 20 3.5.2 RPDC之電壓監控模式 21 3.5.3 RPDC電壓與虛功率控制流程 24 3.6 相移器 24 3.7 儲能設備功率補償 26 第4章 配電饋線應用儲能設備補償匯流排電壓分析 29 4.1 儲能設備描述 29 4.1.1 儲能設備基本組成與架構 29 4.1.2 比例-積分-微分控制器簡介(PID) 31 4.2 儲能設備應用於饋線系統之模型架構 33 4.3 純電感線路之電壓幅值與相角調控 36 4.4 阻抗線路之電壓幅值與相角調控 43 第5章 配電饋線應用儲能設備改善轉供中大電流分析 51 5.1 轉供系統描述與系統參數 51 5.2 原饋線系統轉供模擬 55 5.2.1 不同負載量下兩轉供匯流排間電壓差 55 5.2.2 不同負載量下轉供中大電流 65 5.3 原饋線系統加入儲能設備後轉供模擬 79 5.3.1 PID控制系統 80 5.3.2 利用儲能設備改善兩轉供匯流排電壓差 82 5.3.3 利用儲能設備降低轉供中大電流 87 5.4 小結 95 第6章 結論與未來展望 97 6.1 結論 97 6.2 未來展望 97 參考文獻 99 附錄A 102

[1] 台灣電力公司網站,https://www.taipower.com.tw/tc/index.aspx。
[2] 崔文吉,「配電系統中考慮分散式電源併聯的電壓控制策略」,碩士論文,國立中山大學電機工程系,2007年6月。
[3] 王閔賢,「分散型發電併網運轉對配電系統常用電壓控制方法衝擊與影響研究」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程系,2006年7月。
[4] 胡竣翔,「配電饋線電壓控制方法及改善策略」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程系,2015年6月。
[5] 凃傑雄,「無停電負載轉供對配電饋線電流值之影響」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程系,2006年6月。
[6] 蔡昕峻,「無停電配電饋線轉供之短時間大電流分析與改善」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程系,2010年7月。
[7] 徐瑞鴻,吳啟瑞,「無停電配電饋線轉供之分析與改善」,中華民國第三十一屆電力工程研討會,台灣台南,2010年12月。
[8] 楊正申,「利用OLTC與相移器降低無停電配電饋線負載轉供短時間大電流之方法」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程系,2012年7月。
[9] W. H. Kersting, “Distribution Feeder Voltage Regulation Control,” Rural Electric Power Conference, Fort Collins, CO, pp.C1 - C1-7, Apr. 2009.
[10] IEEE Distribution System Analysis Subcommittee. Radial Test Feeders,Available: https://site.ieee.org/pes-testfeeders/resources/
[11] American National Standard for Electric Power-Systems and Equipment Voltage Ratings (60) Hertz, ANSI C84.1-1995, National Electrical Manufacturers Association, Rosslyn, Virginia, 1996.
[12] X. Liu, A. Aichhorn, L. Liu and H. Li, “Coordinated Control of Distributed Energy Storage System With Tap Changer Transformers for Voltage Rise Mitigation Under High Photovoltaic Penetration,” in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 3, no. 2, pp. 897-906, June 2012, doi: 10.1109/TSG.2011.2177501.
[13] 陳育棠,「高光伏發電滲透率之配電系統過電壓控制策略」,碩士論文,國立成功大學電機工程系,2014年7月。
[14] N. Lettas,A. Dagoumas,G. Papagiannis,and P. Dokopoulos, “A Case Study of the Impacts of Small Hydro Power Plants on the Power Distribution Network with the Combination of On Load Tap Changers,” Proceedings of the IEEE International Conference on Power Tech, pp.1-7, 2005.
[15] 鄭仕堂,「應用粒子群電流注入演算法於配電系統三相不平衡改善之研究」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程系,2021年1月。
[16] 陳在相、吳瑞南、張宏展,「電力系統分析」,第三版,東華書局,2014年5月。
[17] 台灣電力公司,「電力系統運轉操作章則彙編」,中華民國105 年 1 月修訂。
[18] 台灣電力公司,「配電工程無停電施工作業推行要點」,中華民國80 年 3 月修訂。
[19] R. O'Gorman and M. A. Redfern, “Voltage Control Problems on Modern Distribution Systems,” IEEE Power Engineering Society General Meeting, 2004., 2004, pp. 662-667 Vol.1, doi: 10.1109/PES.2004.1372894.
[20] 許炎豐、周昱緯、蔡文達,「遽變負載引起之電壓變動對變壓器OLTC影響與改善」,中華民國第三十六屆電力工程研討會,台灣高雄市,2015年12月。
[21] Shohei Toma et al., “Optimal Coordinated Voltage Control in Distribution System,” 2008 IEEE Power and Energy Society General Meeting - Conversion and Delivery of Electrical Energy in the 21st Century, 2008, pp. 1-7, doi: 10.1109/PES.2008.4596584.
[22] 王士熒,「靜態型無效電力補償器(STATCOM)應用實習報告」,出國報告,台灣電力公司,2008年11月。
[23] 黃培華、柯佾寬、黃柏遠,「探討靜態虛功補償器(SVC)之效益」,電驛協會會刊,第36期,第61-66頁,2013年2月。
[24] 詹育泓,「適用於放射型饋線之配電型靜態同步補償器設計」,碩士論文,國立中山大學電機工程系,2011年9月。
[25] 常雲,「運用STATCOM對動態及不平衡電壓之補償」,碩士論文,國立中正大學電機工程系,2007年7月。
[26] 何曉碩,「離岸風力發電系統之靜態型無效電力補償器(STATCOM)規劃設計資料蒐集及運用維護等技術實習」,出國報告,台灣電力公司,2018年11月。
[27] B. Singh, R. Saha, A. Chandra, and K. Al-Haddad, “Static Synchronous Compensators (STATCOM): a Review”, IET Proceeding Power Electronics, Vol. 2, pp. 297-324, 2009.
[28] J. P. Barton and D. G. Infield, “Energy Storage and Its Use with Intermittent Renewable Energy”, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 19, no. 2, pp. 441-448, Jun. 2004.
[29] G. Mokhtari, A. Ghosh, G. Nourbakhsh and G. Ledwich, “Smart Robust Resources Control in LV Network to Deal With Voltage Rise Issue,” in IEEE Transactions on Sustainable Energy, vol. 4, no. 4, pp. 1043-1050, Oct. 2013, doi: 10.1109/TSTE.2013.2265100.
[30] G. Mokhtari, G. Nourbakhsh and A. Ghosh, “Smart Coordination of Energy Storage Units (ESUs) for Voltage and Loading Management in Distribution Networks,” in IEEE Transactions on Power Systems, vol. 28, no. 4, pp. 4812-4820, Nov. 2013, doi: 10.1109/TPWRS.2013.2272092.
[31] 劉祐任,「含綠能三相在線潮流分析之研究」,委託研究計畫研究報告,行政院原子能委員會核能研究所,2020年12月。
[32] 陳正一,「分散型區域能源之調度能力與模型研究」,委託研究計畫研究報告,行政院原子能委員會,2018年12月。
[33] 江炫奮,「PID控制器參數調整方式之研究」,碩士論文,國立高雄應用科技大學電機工程系,2005年5月。
[34] P. M. Meshram and R. G. Kanojiya, “Tuning of PID Controller Using Ziegler-Nichols Method for Speed Control of DC Motor,” IEEE-International Conference On Advances In Engineering, Science And Management (ICAESM -2012), 2012, pp. 117-122.
[35] 劉火炎,「電力系統保護協調設計」,中興電工季刊,第101期,第55-64頁,2008年10月。
[36] 柯喬元、翁國成等,「大型太陽光電系統電力品質量測分析」,第三十一屆電力工程研討會,第2198-2202頁,2010年12月。
[37] 台灣電力公司,「擴大配電規劃需求功能整合應用研究完成報告」,2015年9月。

無法下載圖示 全文公開日期 2026/08/09 (校內網路)
全文公開日期 2031/08/09 (校外網路)
全文公開日期 2036/08/09 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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