# 臺灣博碩士論文加值系統

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 中文摘要 由於高速鐵路的列車負載容量大、變化快速且變化量大，因此高速鐵路負載對其責任分界點的電力品質勢必有相當的影響。本論文針對台灣高速鐵路，評估七個高鐵主變電站責任分界點的電力品質是否符合管制值。 分析責任分界點電力品質的兩個主要前提為：須先估計責任分界點的短路容量與高鐵主變電站的時變負載。本論文根據民國95年台電一次輸電系統網路與台灣高鐵的路線參數及行車時刻表，模擬高鐵七個主變電站的短路容量與時變負載。針對四個電力品質項目進行分析研究。 在三相不平衡分析方面：推導高鐵主變電站在責任分界點的電壓不平衡率計算公式，據之計算在正常及越區供電情況下責任分界點的電壓不平衡率。利用負序電流分流率，設計一套方法，估計由高鐵不平衡負載所產生的負序電流分流至台電電力系統發電機組的負序電流分流量。並運用相序網路的觀念，設計一套方法，估計任一個特定的高鐵變電站因其餘六個主變電站之不平衡負載所造成的電壓不平衡率。 在電壓變動方面：推導高鐵主變電站在責任分界點的電壓變動率計算公式，估計在正常及越區供電情況下責任分界點的電壓變動率。 在諧波方面：針對七個高鐵主變電站的不同短路容量，判定各變電站所適用之諧波管制等級。評估高鐵於責任分界點注入台電系統的諧波電流是否符合台灣現行的諧波管制標準。 在功率因數方面：推導估計功率因數的方法，並用之評估在正常及越區供電情況下，高鐵變電站責任分界點的功率因數。
 Abstract Because of the large power capacity of Taiwan High Speed Railway (HSR) train and the large as well as instantaneous power variation very short during the running of trains, the power consumption of Taiwan’s HSR could thus have significant impact on the power quality of Taiwan system. The thesis presents methodologies and results of numerical evaluation on the power quality of 7 main substations of HSR at the duty points, which includes that to examine whether the evaluated power quality could conform to the regulation. Two important premises for the analysis of power quality are the calculation of short-circuit capacity (SCC) at duty points and the estimation of time-variational traction load at main substations of HSR. The simulations are based on the planned Taipower 2006 transmission network and the route parameters as well as the planned train timetable of Taiwan HSR. Having obtained the SCC’s and the dynamic loads at 7 substations, this thesis then presents the methodologies and results of four different types of power quality. The three phase unbalance studies are comprised of three parts. In the first part, the thesis presents formulas for calculation of the three-phase voltage unbalance factor under the Scott connected transformer. By the formulas, the three-phase voltage unbalances at duty points are then evaluated under both normal and load transfer conditions. The letter refers to the condition when a HSR substation is outaged. In the second part, the thesis presents a method to estimate the negative sequence current injection into the utility generators by means of evaluation on the negative-sequence current distribution from HSR substation to the utility generators. Thirdly, the thesis presents an efficient way to estimate substation’s three-phase voltage unbalance which accounts for the influence of unbalance load from the remaining HSR substations. In voltage fluctuation analysis, the thesis presents formulas for the estimation of voltage fluctuation factor under the Scott connected transformer. Also the voltage fluctuation factors at HSR substations are evaluated under both normal and load transfer conditions. In harmonic analysis, the thesis calculates the amount of harmonic current injection into the Taipower system at HSR substations, and compares the amount of injection with the regulation, also on basis of the SCC and load at 7 substations. As to the power factor analysis, the thesis presents methodology for the estimation of power factor under Scott connected transformer. By the formula, the power factor at 7 substations are calculated under both normal and load trnsfer conditions.
 目錄 中文摘要 i 英文摘要 iii 誌謝 v 目錄 vi 圖目錄 x 表目錄 xii 第一章 緒論 1 1-1 研究背景 1 1-2 國內外研究情形 2 1-3 研究重點 3 1-4 各章概述 4 第二章 台灣高速鐵路電力背景概說 8 2-1 前言 8 2-2 台灣一次輸電系統 8 2-2.1 台電網路及電源架構 8 2-2.2 高鐵變電站電源引接之概況 9 2-3 高鐵牽引動力之電力系統架構 14 2-3.1 高鐵變電站特高壓電源引接方式 14 2-3.2 高鐵牽引饋電方式 19 2-4 再生煞車與越區供電狀況下之電力架構 21 第三章 責任分界點短路電流與時變負載之模擬 23 3-1 前言 23 3-2 台電最小短路電流值的訂定準則 23 3-3 責任分界點短路電流之模擬 24 3-3.1 模擬背景 24 3-3.2 模擬結果 26 3-4 時變負載分析 27 3-4.1 列車運行方程式 28 3-4.2 模擬時變負載之原理 29 3-4.3 時變負載估計流程 31 3-5 時變負載之模擬 33 3-5.1 模擬所需之參數 33 3-5.2 模擬結果 37 第四章 三相不平衡分析 42 4-1 前言 42 4-2 三相不平衡之規範 42 4-2.1 三相不平衡對電力系統的影響 42 4-2.2 不平衡率的定義 44 4-2.3 不平衡率的相關標準與規範 45 4-3 電壓不平衡率計算公式之推導 46 4-4 不平衡率估計結果 50 4-4.1 正常供電情況 50 4-4.2 越區供電情況 51 4-5 負序電流對電力系統之影響 52 4-6 發電機對負序電流的承受能力 52 4-6.1 短時間承受負序電流之能力 52 4-6.2 持續承受負序電流之能力 53 4-7 負序電流分流率 54 4-8 由高鐵變電站流向發電機之負序電流模擬方法 57 4-9 負序電流估計結果 59 4-9.1 正常供電情況 60 4-9.2 越區供電情況 63 4-10 高鐵各變電站相互影響所產生的不平衡問題 66 第五章 電壓變動分析 72 5-1 前言 72 5-2 電壓變動之定義 73 5-3 電壓變動管制標準 74 5-4 電壓變動率之推導 74 5-5 電壓變動分析結果 76 5-5.1 正常供電情況 76 5-5.2 越區供電情況 77 第六章 諧波分析 78 6-1 前言 78 6-2 高鐵諧波來源 78 6-3 諧波之影響 80 6-4 各高鐵主變電站適用的諧波管制等級 80 6-5 高鐵注入於台電系統之諧波量 85 第七章 功率因數分析 88 7-1 前言 88 7-2 功率因數改善 88 7-3 功因計算式之推導 89 7-4 功率因數之模擬 90 7-4.1 正常供電情況 90 7-4.2 越區供電情況 92 第八章 結論 94 參考文獻 97 附錄A 高鐵變電站特高壓電源其他引接方式 102 附錄B 高鐵其他牽引饋電方式 104
 參考文獻[1] T. A. Kneschke, “Control of System Unbalance Caused by Single-Phase Electric Traction”,IEEE Trans. on Industry Applications,Vol. IA-21,No.6,Nov./Dec. 1985,pp.1559-1570.[2] R. Barnes and K.T. Wong, “Unbalance and Harmonic Studies for the Channel Tunnel Railway System”, IEE Proc., Part B, Vol.138, No.2, March 1991, pp.41-50.[3] R. J. Hill, ”Electric Railway Traction, Part 3－Traction Power Supplies”, Power Engineering Journal, Vol. 8 No.6, December 1994. pp. 275-286.[4] A. Capasso “The Power Quality Concern in Railway Electrification Studies”, IEEE Proc. on 8th International Conference, Vol.2, 1998, pp. 647 —652.[5] J. Holtz and H. J. Klein, “The Propagation of Harmonic Currents Generated by Inverter-Fed Locomotives in the Distributed Overhead Supply System”, IEEE Trans. on Power Electronics, Vol.4, April 1989, pp.168-174.[6] 陳在相等，”高速鐵路負載對輸電系統不平衡影響之研究”，台電工程月刊，第556期，民國83年12月，第11-34頁。[7] B. K. Chen and B. S. Guo, “Three Phase Models of Specially Connected Transformers”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.11, No.1, January 1996. pp.323-330.[8] 陳士麟等，高速鐵路運轉對台電電力品質之影響評估，高速鐵路工程局研究計畫期末報告，民國86年。[9] 李睿中，高速鐵路運轉對台電系統三相不平衡之影響，清大電機系碩士論文，民國87年6月。[10] 第六輸變電計畫，台灣電力公司，民國89年4月。[11] 八十九年長期電源開發方案，台灣電力公司電源開發處，民國89年11月。[12] 陳士麟等，高速鐵路牽引動力主變電站設計與越區饋電之影響評估，高速鐵路工程局研究計畫期中報告，民國90年。[13] 軌道電氣環境技術研討會論文集，國立清華大學主辦，民國89年9月18~19日於台北市。[14] D. J. McQuillan, ”Development in Protection for 25kV AC Electrified Lines on British Railways”, Conference on Developments in Power System Protection, Conference Publication No.434, IEE, 25-27th March, 1997.[15] Final Report on High Speed Railway Power Supply，Chin-You Engineering Consultants，December 1992。中文摘譯版名稱：高速鐵路委託法國電力公司協助供電規畫期末報告，全優電機事務所，民國82年2月。[16] R. J. Hill, ”Electric Railway Traction Tutorial, Part 1－Electric Traction and DC Traction Motor Drives”, Power Engineering Journal, Vol. 8, No.1, February, 1994, pp.47-56.[17] M. Y. Huang, Modern Railway Engineering, Wen-Sheng Book Company, Taiwan, 1993,p338.[18] W. W. Hay, Railroad Engineering, John Wiley & Sons, 1982,pp.78-79.[19] 郭宏源，高速鐵路牽引負載對輸電系統不平衡之影響研究，台灣工業技術學院電機系博士論文，民國85年。[20] 陳在相與郭宏源，”電氣化鐵路變電站之動態負載模擬”，中華民國第十五屆電力工程研討會論文集，台南市國立成功大學，民國83年，第740-744頁。[21] “Current Unbalance (Negative Sequence) Protection”, IEEE Tutorial on the Protection of Synchronous Generator, pp.52-55.[22] 王茂田，發電機與馬達對負相序電流及電壓的保護，台電核能月刊，民國86年11月。[23] IEEE Recommended Practice for Electric Power Distribution for Industrial Plants, IEEE std141-1993.[24] Disturbance in Supply Systems Caused by Household Appliances and Similar Electrical Equipment , Part 3:Voltage Fluctuation, IEC555-3.[25] Evaluation of Flicker Severity, IEC 868-0,1991.[26] “Electromagnetic Compatibility (EMC)─Part 2: Environment Section 2: Compatibility Levels for Low-Frequency Conducted Disturbances and Signaling in Public Low-voltage Power Supply Systems, IEC1000-2-2 ED.2,1990.[27] 高鐵用電供電專案小組第一次研討會討論題綱，民國85年4月15日於高鐵工程籌備處。[28] 席寶祥，穩態運轉下高速鐵路牽引電力系統之分析與設計，清大電機系博士論文，民國87年6月。[29] 余政勳，短路容量對高鐵諧波及電壓變動管制值之影響，清大電機系碩士論文，民國86年6月。[30] 王明義，高鐵動態負載及三相不平衡分析，清大電機系碩士論文，民國86年6月。[31] 蘇俊誠，台灣高速鐵路諧波共振與相關電磁干擾之研究，清大電機系碩士論文，民國88年6月。[32] 江榮城、 陳士麟、 顏世雄, “諧波管制標準之研究”,台電工程月刊,第526期,民國81年6月,第36-41頁。[33] R. J. Hill, “On-Line Simulation of Voltage Regulation in Autotransformer-Fed AC Electric Railroad Traction Networks”, IEEE Trans. on Vechicular Technology, Vol. 42, No.3, August 1993. pp. 365-372.[34] R. J. Hill, “Electric Railway Traction, Part 2－Traction Drives with Three-phase Induction Motors”, Power Engineering Journal, Vol. 8 No.3, June 1994. pp.143-152.[35] 薛小生與黃郁東，工業配電，大中國圖書出版公司，民國87年。[36] 張正雄，高速鐵路供電系統規畫概要，中華技術第二十四期。[37] 郭芳源與李宏修，”台灣高速鐵路供電系統概論”，電工通訊季刊，2000年第二季，民國89年6月，第14-21頁。[38] IEEE Recommended Practices and Requirements for Harmonic Control, IEEE Std 519-1992。[39] 國鐵新幹線技術檢討期中報告，東地域電源調整會議輸變電小委員會，2001.5.10。[40] J.Ito ,Y. Hagiwara and N. Yoshie, ”Development of the IGBT Applied Traction System for the Series 700 Shinkansen High-Speed Train”, Development in Mass Transit System, Conference Publication, No.543, IEE, 1998.
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 1 高速鐵路牽引負載對輸電系統不平衡之影響研究 2 穩態運轉下高速鐵路牽引電力系統之分析與設計 3 台灣高速鐵路諧波共振與相關電磁干擾之研究 4 短路容量對高鐵諧波及電壓變動管制值之影響 5 高速鐵路諧波抑制策略之研究 6 高鐵動態負載及三相不平衡分析 7 高速鐵路牽引系統電壓不平衡及諧波改善之研究 8 新型數位式主動電力濾波器 9 三相主動式電力濾波器之研究 10 單相主動電力濾波器之研製 11 資料庫與類神經網路於諧波資料之管理與分析 12 頻率變動與解析度不足下以FFT為基礎之改良式諧波量測演算法 13 系統頻率變動對諧波及閃爍量測之效應及補救方法之研究 14 電力品質資料分析與壓縮 15 三相多功能主動式電力濾波器之研製

 1 [36] 張正雄，高速鐵路供電系統規畫概要，中華技術第二十四期。 2 [32] 江榮城、 陳士麟、 顏世雄, “諧波管制標準之研究”,台電工程月刊,第526期,民國81年6月,第36-41頁。

 1 台灣高鐵電力系統之雷突波模擬 2 中油大林煉油廠電力系統動態特性實測分析與研究改善 3 電力用戶負載歸類及整合 4 鐵路電車線系統整備測試方法研討 5 石化廠電力系統動態分析 6 台灣高速鐵路主變電站之三相電壓不平衡率計算 7 船舶電力系統規劃與設計 8 台灣電氣化鐵路諧波之研究 9 高速鐵路牽引負載對輸電系統不平衡之影響研究 10 船舶電力系統諧波分析 11 高鐵牽引負載產生諧波電流與集電弓離線衍生電弧情形之電力品質分析 12 即時模擬在電力品質分析上的應用 13 台鐵電化鐵路供電系統及設備接地之研究 14 台電345kV系統之三相不平衡對核三廠之影響分析 15 DSP-based相位雜訊量測系統之研製

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