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研究生: 鄭仕堂
Shih-Tang Cheng
論文名稱: 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
Study on Three-Phase Unbalance Improvement for Distribution Systems Based on Particle Swarm Current Injection Algorithm
指導教授: 郭政謙
Cheng-Chien Kuo
張建國
Chien-Kuo Chang
口試委員: 吳瑞南
Ruay-Nan Wu
謝宗煌
Tsung–Huang Hsieh
張宏展
Hong-Chan Chang
楊念哲
Nien-Che Yang
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: PDF總頁數136
中文關鍵詞: 三相不平衡粒子群演算法電流注入法電力品質配電系統
外文關鍵詞: Three-Phase Unbalance, Particle Swarm Optimization, Current Injection, Power Quality, Distribution Systems
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電力品質為電力穩定運轉的評估指標,其中,三相不平衡是不可忽視的議題。即使電力公司在設計階段,會盡力配置三相平衡,但實務上仍受諸多原因而導致三相不平衡,且在配電系統更為嚴重,這將造成電力設備在運作時的損害,甚至影響整個系統的運作效率。
本文旨在改善配電系統用戶端的三相不平衡,因此,提出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。在配電變壓器二次側後方接上可各相功率控制之電力調節器,藉由補償電流機制,針對不同接線之變壓器與用戶端負載,注入各相電流以調節匯流排上之功率,進而改善用戶端三相電壓不平衡。
研究採用程式軟體Matlab/Simulnik建構三相配電系統模型;接著,針對變壓器為Δ-Δ接、V-V接與負載平衡、負載不平衡組合之各種不平衡情境,加入演算法補償機制以改善用戶端三相電壓不平衡;同時,採用電路推導之解析法比對演算法補償成效。由模擬結果可知,透過所提出之補償電流機制,確實能改善用戶端電壓不平衡率至1%內,且三相總補償視在功率為0 VA。


In power systems, power quality is an evaluation indicator for stable operation of power, among which the three-phase unbalance is a non-negligible issue. Even if the power company does its best to configure the three-phase balance when designing power systems, the three-phase unbalance is still caused by many reasons in actual systems, and it is particularly serious in distribution systems, which will cause damage to the power equipment during its operation, and even affect the operating efficiency of the entire systems.
The main purpose of this study is to improve the three-phase unbalance at the electricity user side of distribution systems. Thus, proposing a study related to three-phase unbalance improvement for distribution systems based on particle swarm current injection algorithm. The power conditioner capable of controlling each phase power is connected to the following of the secondary side of the distribution transformer, and through the compensation current mechanism, for different wiring transformers and electricity user side loads, inject each phase current to regulate the power on the bus, thereby improving the three-phase voltage unbalance at the electricity user side.
This study uses the programming software Matlab/Simulink to construct a three-phase power distribution system model; then, for various unbalanced situations where the transformer is Δ-Δ connection, V-V connection, and load balance, load unbalance combination, attach the algorithm compensation mechanism to improve the three-phase voltage unbalance at the electricity user side; moreover, adopt the circuit derivation analysis method to compare the algorithm compensation effect. From the simulation result, the proposed compensation current mechanism can indeed improve the voltage unbalance rate of the electricity user side to within 1%, and the three-phase total compensation apparent power is 0 VA.

目錄 摘要 I ABSTRACT II 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 VIII 表目錄 X 第1章、 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.1.1 三相不平衡成因與影響 1 1.1.2 三相不平衡改善之文獻探討 3 1.2 研究方法與步驟 6 1.3 研究貢獻 8 1.4 章節簡述 9 第2章、 電壓、電流不平衡率之定義與規範 11 2.1 電壓、電流不平衡率之三種定義 11 2.2 電壓、電流不平衡率之規範 13 第3章、 配電系統電路模型之建構與分析 17 3.1 Matlab/Simulink程式軟體介紹 17 3.2 電路模型之建構 19 3.2.1 三相四線Y接等效電源 21 3.2.2 模型傳輸線 22 3.2.3 非理想之Δ-Δ接與V-V接亭置式變壓器 24 3.2.4 變壓器至各用戶之三相傳輸線 26 3.2.5 三相四線Y接並聯型定阻抗負載 28 3.2.6 補償電流機制程式 29 3.3 各種不平衡情境之模擬與探討 29 3.3.1 Δ-Δ接與V-V接架構之比較 30 3.3.2 列舉用戶端電壓不平衡率案例 34 3.4 本章小結 36 第4章、 各相補償電流機制 37 4.1 粒子群演算法 37 4.1.1 原理介紹 37 4.1.2 常見之參數優化 40 4.1.3 應用於本研究之粒子群演算法 42 4.2 電路推導之解析法 54 第5章、 模擬結果與分析 62 5.1 粒子群演算法 63 5.2 電路推導之解析法 70 5.3 粒子群演算法與電路推導之解析法模擬結果比較 75 5.4 粒子群演算法於各種不平衡情境之彙整與探討 76 第6章、 結論與未來展望 79 6.1 結論 79 6.2 未來展望 80 參考文獻 82 附錄A、 列舉用戶端電壓不平衡率案例之方法 87 附錄B、 僅變壓器接線或僅負載改變之探討 94 附錄C、 粒子群演算法於其他情境之模擬 97 附錄D、 不同參數與限制條件設定探討 112 附錄E、 不同負載程度對求解的影響 114   圖目錄 圖 1 1 、自動平衡電子電力變壓器(A-EPT)的架構 4 圖 1 2 、三相電力彈簧電路(Three-Phase ES Circuit)與控制方塊 5 圖 1 3 、研究流程圖 7 圖 3 1 、Simscape圖庫中的SC圖塊 18 圖 3 2 、Simscape圖庫中的ST圖塊 18 圖 3 3 、配電系統單饋線網路之單線圖 19 圖 3 4 、本研究之Simulink電路圖 20 圖 3 5 、三相四線Y接等效電源參數設定畫面 22 圖 3 6 、模型傳輸線參數設定畫面 25 圖 3 7 、單相變壓器參數設定畫面 26 圖 3 8 、變壓器至各用戶之三相傳輸線參數設定畫面 27 圖 3 9 、三相四線Y接並聯型定阻抗負載參數設定畫面 28 圖 3 10 、Δ-Δ接變壓器接線圖 31 圖 3 11 、Δ-Δ接變壓器一次和二次側之電壓與電流相量圖 31 圖 3 12 、V-V接變壓器接線圖 32 圖 3 13 、V-V接變壓器一次和二次側之電壓與電流相量圖 33 圖 4 1 、粒子群演算法流程 39 圖 4 2 、是否有線性下降的w對系統可變性的影響 41 圖 4 3 、不同的c_1和c_2對搜尋範圍的影響 42 圖 4 4 、不同維度的R_1和R_2對搜尋範圍的影響 42 圖 4 5 、本研究之粒子群演算法主流程圖 48 圖 4 6 、評估各組粒子適應函數值流程圖 51 圖 4 7 、評估是否重新計算補償電流值流程圖 52 圖 4 8 、粒子群演算法於各種情境之補償結果示意圖 53 圖 4 9 、模擬變壓器Δ-Δ接/負載平衡情境之示意圖 55 圖 4 10 、電路解析法於變壓器Δ-Δ接/負載不平衡情境之流程圖 59 圖 4 11 、電路解析法於變壓器Δ-Δ接/負載不平衡情境之補償結果示意圖 61 圖 5 1 、演算法:最小適應函數值隨疊代次數的變化趨勢 64 圖 5 2 、演算法:bus2_VUR隨疊代次數的變化趨勢 64 圖 5 3 、演算法:bus2_"d" _"0" 隨疊代次數的變化趨勢 65 圖 5 4 、演算法:bus2_"d" _"2" 隨疊代次數的變化趨勢 65 圖 5 5 、演算法:Bus2各相電壓於補償前後相量圖 66 圖 5 6 、演算法:各相補償電流相量圖 68 圖 5 7 、解析法:Bus2各相電壓於補償前後相量圖 71 圖 5 8 、解析法:各相補償電流相量圖 73   表目錄 表 2 1 、各國對於不平衡率之相關標準與規範 14 表 2 2 、我國電力公司對於不平衡率之定義與規範 15 表 3 1 、三相四線Y接等效電源參數彙整表 22 表 3 2 、我國電力公司之高壓地下電纜主幹線三相線路阻抗值 23 表 3 3 、模型傳輸線相序參數彙整表 24 表 3 4 、我國電力公司之配電變壓器阻抗值 25 表 3 5 、我國電力公司之低壓地下電纜主幹線規格 27 表 3 6 、各情境案例於補償前之電壓不平衡率彙整表 35 表 4 1 、w和"c" _"1" 和"c" _"2" 隨疊代次數的變化 47 表 5 1 、演算法:補償後電流彙整表 68 表 5 2 、演算法:補償後功率彙整表 69 表 5 3 、演算法:補償前後對電壓不平衡率的影響 69 表 5 4 、演算法:補償前後對Bus2各相電壓變動率的影響 70 表 5 5 、解析法:補償後電流彙整表 72 表 5 6 、解析法:補償後功率彙整表 74 表 5 7 、解析法:補償前後對電壓不平衡率的影響 74 表 5 8 、解析法:補償前後對Bus2各相電壓變動率的影響 75 表 5 9 、粒子群演算法與電路解析法對電壓不平衡率影響之比較 76 表 5 10 、粒子群演算法於各種不平衡情境之補償前後彙整表 77

[1] 行政院國家科學委員會補助專題研究計畫,「海底電纜輸電系統暫態分析」,國立台灣科技大學電機工程系,2010年7月。
[2] 黃維澤,「電壓、電流不平衡率定義之探討與分析」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程所,1999年6 月。
[3] 鄧宇宏,「考慮電壓變動與三相不平衡下離島配電系統太陽光電最大併入量探討」,碩士論文,國立中正大學電機工程所,2015年7月。
[4] 黃明陽,「應用停限電運轉圖資系統支援配電饋線三相不平衡分析與改善」,博士論文,國立中山大學電機工程所,2008年7月。
[5] 楊晉豪,「考慮配電系統三相不平衡之負載轉供配電站最佳化規劃研究」碩士論文,建國科技大學電機工程所,2002年7月。
[6] 陳在相、曾彥霖、楊念哲,「非支配排序基因演算法應用於三相不平衡改善研究」,第十七屆台灣電力電子研討會,暨第四十一屆中華民國電力工程研討會,台灣台北市,2020年9月。
[7] Zeyu Wang, Jianhui Wang, and Senior Member, “A Three-Phase Microgrid Restoration Model Considering Unbalanced Operation of Distributed Generation,” IEEE Transactions on Smart Grid, vol. 9, no. 4, pp. 3594-3604, July 2018.
[8] Dan Wanga, Chengxiong Mao, Jiming Lu, Jinping He, and Haibo Liu, “Auto-balancing transformer based on power electronics,” Electric Power Systems Research, vol. 80, no. 1, pp. 28-36, January 2010.
[9] Shuo Yan, Siew-Chong Tan, Chi-Kwan Lee, and S.Y. Ron Hui, “Reducing Three-Phase Power Imbalance with Electric Springs,” 2014 IEEE 5th International Symposium on Power Electronics for Distributed Generation Systems (PEDG), June 2014.
[10] 胡高健,「應用於不平衡配電系統之動態電壓調整器研製」,碩士論文,國立台灣大學電機工程所,2003年7月。
[11] 台灣電力公司,「赴美參加電力品質訓練課程與風力發電會議」,2005年12月。
[12] “Motors and Generators,” NEMA Standard MG1 12.45,1987.
[13] “IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants,” IEEE Standard 141,1993.
[14] 「何謂三相不平衡?」,台灣電力公司,檢索於2020年11月10日,取自https://www.taipower.com.tw/tc/faq2_info.aspx?mid=80&id=159&chk=c6c328b0-9501-4c83-ae5a-762916026365¶m=pn%3D1。
[15] 朱文賢,「高速鐵路牽引系統電壓不平衡及諧波改善之研究」,博士論文,國立台灣科技大學電機工程所,2007年7月。
[16] MathWorks website, Retrieved from: https://www.mathworks.com/?s_tid=gn_logo (November 10, 2020)
[17] MathWorks website, “What Is the Difference Between the Simscape Electrical Foundation and Simscape Power Systems Specialized Technology Libraries for Electrical Domain Applications,” Retrieved from:https://www.mathworks.com/matlabcentral/answers/435771-what-is-the-difference-between-the-simscape-electrical-foundation-and-simscape-power-systems-special (November 10, 2020)
[18] 全國法規資料庫,「電業供電電壓及頻率標準」,2017年6月12日修訂。
[19] 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。
[20] 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。
[21] 台灣電力公司,「配電系統被覆線裝置、斷線事故即時偵測與防範對策研究」,2016年6月。
[22] Nien-Che Yang, and Tsai-Hsiang Chen, “Dual Genetic Algorithm-Based Approach to Fast Screening Process for Distributed-Generation Interconnections,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol. 26, no. 2, pp. 850-858, April 2011.
[23] 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。
[24] 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。
[25] William H. Kersting, “Distribution System Modeling and Analysis,” CRC Press, 1st edition, August 2001.
[26] 劉威廷,「基於二元樹搜尋法和RBFNN模型之配電系統三相電力潮流運算」,碩士論文,國立台灣科技大學電機工程所,2020年7月。
[27] 台灣電力公司材料標準,「亭置式變壓器」,編號C001,2020年2月編印。
[28] 台灣電力公司業務處,「配電技術手冊(四)地下電纜線路設計」,2018年10月修訂。
[29] 全國法規資料庫,「用戶用電設備裝置規則」,2020年4月15日修訂。
[30] 全國法規資料庫,「輸配電設備裝置規則」,2017年10月24日修訂。
[31] 汪永文、劉啟欣,「電工機械I(第一冊)」,初版,龍騰文化,2015年3月。
[32] 林信宏,「粒子群演算法於多目標排程問題之研究」,博士論文,國立交通大學工業工程與管理學系,2010年6月。
[33] 吳佳翰,「引用粒子群演算法與對位的粒子群演算法解具有兩個代理商訂購單之研究」,碩士論文,逢甲大學統計學系,2016年1月。
[34] Konstantinos E. Parsopoulos, and Michael N. Vrahatis, “Particle Swarm Optimization and Intelligence: Advances and Applications,” Information Science Reference, 2010.
[35] Fan Huayu, and Zhan Hao, “A Fast PSO Algorithm Based on Alpha-stable Mutation and Its Application in Aerodynamic Optimization,” 2018 9th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering (ICMAE), pp. 225-232, July 2018.
[36] Archana Sarangi, Sonali Samal, and Shubhendu Kumar Sarangi, “Comparative Analysis of Cauchy Mutation and Gaussian Mutation in Crazy PSO,” 2019 3rd International Conference on Computing and Communications Technologies (ICCCT), pp. 68-72, February 2019.

無法下載圖示 全文公開日期 2026/01/22 (校內網路)
全文公開日期 2026/01/22 (校外網路)
全文公開日期 2026/01/22 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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