臺灣博碩士論文加值系統

在石化資源日漸減少以及環保意識抬頭的潮流之下，乾淨、無污染、取之不盡、用之不竭的能源有其迫切需要性，因此再生能源的開發與應用是近年來各國相當重視的研究項目之ㄧ，愈來愈多國家將再生能源列為未來能源政策考慮重點，整合再生能源之發電系統也將隨之日漸普及。為此，本論文旨在開發再生能源混合發電微型電網之調度與監控系統，混合發電來源包括發展已有一定水準的風力發電與太陽能發電，同時亦考慮機動性高且運用廣泛的微渦輪發電機。進一步地，針對這些再生能源混合發電系統擬定運轉策略，以備援型供電策略為主要目標，平時正常作電能最佳運用調度，但若發生公共電網電力異常或中斷時，整體再生能源發電系統仍能保持一定的備援能力，不至於影響重要負載的電力供電需求，使重要負載在公共電網中斷時仍能夠穩定且持續運作。
本論文建構之再生能源混合發電的調度與監控系統，可運轉在市電並網模式及獨立運轉模式。在市電並網模式運轉時，主要以再生能源為供應負載之電源，再輔以市電供給；當再生能源供電量大於負載需求量時，可將多餘電力存入蓄電池或回售至電力公司。在市電中斷或獨立運轉模式時，若負載增加或外在自然環境條件不佳造成再生能源發電輸出功率不足，再啟動微渦輪機作為輔助電源供給。藉由對此系統的建構與操作運轉，累積再生能源混合發電的調度與控制經驗，可作為未來實際著手規劃整合多元再生能源混合發電系統之整體設計及運轉之參考。

Under the circumstances of petroleum resources in dwindling and the trend of consciousness of environmental protection rising up, clean, non-contaminated and inexhaustible energy source is in urgent need. Thus, the development and application of the renewable energy become one of the most important studies that every country is engaging in as well as putting it the primary energy policy in consideration in recently years. The integration of renewable energy into an independent power system shall be populated in the near future. For this, the main purpose of the thesis is to develop a dispatch and monitoring-control system of the hybrid renewable energy based micro grid, which includes a wind turbine and solar cell; in the mean time, a highly mobilized and widely applicable micro turbine was adopted as well. Further, an operation strategy for the purpose of back-up power supply is derived. The renewable energies are optimally dispatched in the normal condition. In case the utility is in abnormal or interrupted, the overall hybrid power system is ensured to keep the power loading in demand, so the operation can be run steadily.
The constructed dispatch and monitoring-control system of the integrated hybrid power system is able to operate in grid-connected mode or independent operation mode. In grid-connected mode, the renewable energy is adapted as primary power supply of loading. When the power generated by renewable energy is larger than the demand, it can be feedback to the power company. If the loading demand increases or external environmental factor results in insufficient output power, the micro turbines shall be adopted for the backup in power supply for the balance management of power system. It can be a useful reference for the overall design and operation in planning and integrating the hybrid power system derived from renewable energy.

摘要 i
Abstract ii
誌謝 iii
目錄 iv
圖目錄 vii
表目錄 xi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究背景與動機 4
1.3 文獻回顧 6
1.4 章節大綱 7
第二章 發電系統設備之簡介 8
2.1 風力發電 8
2.1.1 風力發電機簡介 8
2.1.2 風力發電之原理 13
2.1.3 風力發電機之規格 14
2.2 太陽能電池 15
2.2.1 太陽能電池簡介 15
2.2.2 太陽能發電之原理 16
2.2.3 太陽能電池之規格 18
2.3 燃料電池 19
2.3.1 燃料電池簡介 19
2.3.2 燃料電池發電之原理 21
2.3.3 燃料電池之規格 23
2.4 微渦輪發電機 24
2.4.1 微渦輪發電機簡介 24
2.4.2 微渦輪發電機之原理 26
2.4.3 微渦輪發電機之規格 27
第三章 系統架構與調度系統運轉策略研究 28
3.1 前言 28
3.2 系統整體架構 28
3.3 微型電源與儲能之控制方法 31
3.3.1 P/Q控制 31
3.3.2 調差率（Droop）控制 32
3.3.3 電壓/頻率（U/f）控制 35
3.4 市電並聯型系統運轉策略 36
3.4.1 並網運轉方式下微電網的運轉特性 36
3.4.2 市電並聯型系統運轉策略 37
3.5 獨立型系統運轉策略 43
3.5.1 獨立運轉方式下微電網的運轉特性 43
3.5.2 獨立型系統運轉策略 43
3.6 備援型發電系統調度運轉 45
3.6.1 系統參數設定 45
3.6.2 計算結果分析 50
第四章 監控系統之開發 55
4.1 階層式管理架構 55
4.1.1 代理和多代理系統簡介 55
4.1.2 建立基於MAS下的微電網控制架構 58
4.2 監控系統簡介 60
4.3 監控系統硬體架構 61
4.4 監控系統軟體架構 63
4.5 人機介面 64
4.6 監控系統的通訊 65
4.6.1 RS-485網路架構 65
4.6.2 Modbus概觀 67
第五章 微電網模擬試驗結果與電力品質量測 68
5.1 市電並聯型系統策略運轉試驗結果 68
5.1.1 負載分擔模式運轉試驗 68
5.1.2 售電模式運轉試驗 69
5.2 獨立型系統策略運轉試驗結果 71
5.3 備援型發電系統調度運轉試驗結果 75
5.4 系統諧波量測 86
5.4.1 備援型發電與調度系統之諧波量測 87
5.4.2 獨立型系統之諧波量測 92
5.5 系統電壓品質量測 93
5.5.1 電壓驟降 93
5.5.2 備援型發電與調度系統之電壓驟降量測 98
5.5.3 電壓閃爍 101
5.5.4 備援型發電與調度系統之電壓閃爍量測 103
第六章 結論與未來展望 110
6.1 結論 110
6.2 未來展望 111
參考文獻 112
作者簡介 118

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