臺灣博碩士論文加值系統

為了維護電力系統之可靠度、安全性及電力品質，併聯風力發電系統時必須仔細評估諸如：電壓調節、電壓閃爍及故障電流等之系統運轉衝擊項目。其中併聯於配電或輸電系統時之可靠度亦非常重要，故本篇論文利用故障樹分析軟體建構風力發電系統之故障樹並估算整體硬體設備之失能率，比較併接於配電與輸電系統之可靠度，最後提出相關討論與結論。

In order to maintain the reliability, safety, and power quality of power systems, the wind power generation integrated into the electrical distribution system should be carefully assessed the impacts on power system operations, such as voltage regulation, voltage flicker, fault current, etc. The reliability of the electrical power system connected with wind power generations is very important. For that, this thesis utilizes the fault tree analysis method to develop the fault tree of wind power generations for assessing the unavailability of the overall system and comparing the reliability of wind power generations connected with distribution and transmission system. Finally, this thesis summaries related discussions and conclusions.

目錄

中文摘要..................................................i
英文摘要.................................................ii
誌謝....................................................iii
目錄.....................................................iv
圖索引..................................................vii
表索引....................................................x

第一章 緒論...............................................1
1.1研究背景與動機................................1
1.2全球風力發電之發展概況........................2
1.3論文內容概述..................................4
第二章 風力發電對電力系統之衝擊影響.......................6
2.1前言..........................................6
2.2風力發電機組併聯電力系統之影響................6
2.3台電再生能源併聯技術要點.....................12
第三章 風力發電系統架構及風力機組特性....................20
3.1前言.........................................20
3.2目前台電風力發電系統概況.....................20
3.3風力發電理論及特性...........................22
3.4風力發電機組形式及架構.......................24
3.4.1風力發電機組主要構成組件..........24
3.4.2風力發電機併聯之形式..............24
3.4.3輸變電系統架構及監控系統..........28
3.4.4風力機之輸出性能..................30
第四章 可靠度分析........................................35
4.1前言.........................................36
4.2故障樹分析方法...............................36
4.3切割集之求法與計算...........................43
4.4重要性之量測.................................45
第五章 故障樹分析軟體....................................49
5.1前言.........................................49
5.2 Reliability Workbench 9.1模擬分析軟體應用介紹 ............................................49
第六章 應用範例與模擬測試................................59
6.1前言.........................................59
6.2故障樹之建立.................................59
6.3風力發電系統併接於配電系統之可靠度分析.......60
6.3.1「甲風力發電站」電力系統簡介......60
6.3.2「甲風力發電站」電力系統故障樹建立 .................................62
6.3.3可靠度估算檢討與改善..............66
6.4風力發電系統併接於輸電系統之可靠度分析.......70
6.4.1「乙風力發電站」電力系統簡介......70
6.4.2「乙風力發電站」電力系統故障樹建立 .................................70
6.4.3可靠度估算檢討與改善..............77
6.5併接不同系統之失能率.........................78
6.6結果與討論...................................79
第七章 結論與展望........................................83
7.1結論.........................................83
7.2展望.........................................83
參考文獻.................................................85

圖索引

圖2.1風力發電機併入系統後改善饋線壓降之情形...............7
圖2.2風力發電機併入系統後產生過電壓之情形.................7
圖2.3風力發電系統與配電調整器之架構.......................8
圖2.4受諧波干擾前後之電壓波形.............................9
圖2.5電力制動組尼系統....................................10
圖3.1阻力型葉片..........................................22
圖3.2直接連網定速鼠籠式感應發電機........................25
圖3.3雙饋入可變速感應發電機..............................25
圖3.4直接傳動可變速同步發電機............................26
圖3.5風力機組與系統併聯示意圖............................29
圖3.6典型固定旋翼（虛線）和可變旋翼（實線）風力機輸出曲線 ................................................32
圖4.1串聯系統與OR閘之圖示................................40
圖4.2併聯系統與AND閘之圖示...............................42
圖4.3馬達啟動迴路圖......................................44
圖4.4 可靠性方塊圖.......................................44
圖4.5 馬達不啟動故障樹圖.................................45
圖5.1 Fault Tree功能選項.................................50
圖5.2新增計畫選項........................................50
圖5.3建立頂端事件........................................50
圖5.4新增邏輯閘功能鍵....................................51
圖5.5新增元件功能鍵......................................51
圖5.6建立次要事項........................................51
圖5.7建立末端事件........................................51
圖5.8整體之故障樹........................................52
圖5.9編輯邏輯閘..........................................52
圖5.10定義為AND閘........................................53
圖5.11形成一AND閘........................................53
圖5.12編輯元件之名稱及功能描述...........................53
圖5.13邏輯閘之功能描述...................................54
圖5.14選擇Fixed Type.....................................55
圖5.15輸入失能率.........................................55
圖5.16各元件之失能率.....................................55
圖5.17執行分析鍵.........................................56
圖5.18分析結果...........................................56
圖5.19將Retain Relsults致能..............................57
圖5.20顯示各次要事件之失能率.............................57
圖5.21重要度分析圖.......................................58
圖6.1併接點失效故障樹建立架構圖..........................60
圖6.2「甲風力發電站」電力系統單線圖......................61
圖6.3「甲風力發電站」系統故障樹..........................64
圖6.4「甲風力發電站」系統併接一部風力機時重要度分析圖....67
圖6.5「甲風力發電站」系統併接二部風力機時重要度分析圖....68
圖6.6「甲風力發電站」系統併接三部風力機時重要度分析圖....68
圖6.7「乙風力發電站」電力系統單線圖......................71
圖6.8許厝港風力發電機群失效..............................72
圖6.9草漯群風力發電機失效................................72
圖6.10樹林子1風力發電機群失效............................73
圖6.11樹林子2風力發電機群失效............................73
圖6.12風力發電機失效故障樹...............................74
圖6.13保護設備失效故障樹.................................75
圖6.14乙風力發電系統故障樹...............................76
圖6.15「乙風力發電站」系統併接點電力重要度分析圖.........77
圖6.16改採IED重要度分析圖................................78
圖6.17「甲風力發電站」併接於69kV系統故障樹圖.............81
圖6.18「乙風力發電站」併接於11.4kV系統故障樹圖..........82

表索引

表1.1全球五大風力發電機製造商.............................3
表1.2全球十大風力發電發展國家.............................4
表2.1 120V－69kV配電系統電流諧波標準限制值...............15
表2.2輸電系統電壓諧波標準限制值..........................16
表3.1台電於台灣本島設置風力機組概況表....................21
表3.2 風力發電機型式優缺點比較表.........................27
表4.1事件符號............................................39
表4.2邏輯符號表..........................................39
表6.1風力發電站各次要事件失能率表........................63
表6.2設備元件之失能率表..................................66
表6.3「甲風力發電站」設備改善之併接點失能率比較表........69
表6.4風力發電站併接配電與輸電系統失能率改善比較表........80

參考文獻

[1]台電風力發電計畫第二期可行性研究報告，民國93年3月。
[2]世界風力發展協會（WWEA）, http://www.wwindea.org/
[3]L. Holdsworth, N. Jenkins, G. Strbac, “AC-DC Power Transmission,” 2001. Proceedings of IEE seventh international conference, 28-30 Nov. 2001, pp. 156–161.
[4]郭芳楠、林明民、馮輝正、江榮城，「分散型電源併聯技術要點整合」，第二十四屆電力研討會，第1617~1621 頁，民國93 年。
[5]再生能源及混合式發電併聯技術開發計畫(1/3)期末報告，經濟部能源委員會，民國93 年1 月。
[6]再生能源及混合式發電併聯技術開發計畫(2/3)期末報告，經濟部能源局，民國93 年7 月。
[7]IEEE Recommended practice and requirements for harmonic control in electrical power systems, IEEE Standard 519-1992, IEEE, New York, 1993.
[8]台電公司，電力系統運轉操作章則彙編，民國89年8月。
[9]台電公司輸電系統規劃準則，民國88年2月。
[10]台灣電力公司再生能源發電系統併聯技術要點，民國91年6月。
[11]Jack Park The Wind Power Book, MF 21-495, Cheshire Books, USA.
[12]B. Wolff, H. Meyer, Wind Energy, The Franklin Institute Press, 1978.
[13]J. G. Slootweg, S. W. H. de Haan, H. Polinder, W. L. Kling, “Aggregated modeling of wind parks with variable speed wind turbines in power system dynamics simulations,” Proceedings of 14th Power Systems Computation Conference （PSCC）conference, Sevilla, Spain, June 24-28, 2002.
[14]J. G. Slootweg, H. Polinder, and W. L. Kling, “Dynamic modeling of a wind turbine with doubly fed induction generator,” Power enginnering society summer meeting, 2001, IEEE, Vol.1, July 2001, pp. 15-19.
[15]Z. Chen, and E. Spooner, “Grid power quality with variable speed wind turbines;” IEEE Transactions on energy conversion, volume: 16, Issue: 2 , June 2001, pp. 148–154.
[16]J.G. Slootweg, and E. de Vries, "Inside wind turbines - fixed vs. variable speed", Renewable Energy World, V0.6, no.1, Jan./Feb. 2003, pp.30-40.
[17]褚崑成，可靠度理論與實務，中興經營管理顧問公司，民國83年。
[18]E.O. Schweitzer III, B. Fleming, T.J. Lee and P.M. Anderson, “Reliability analysis of transmission protection using fault tree method,” Schweitzer Engineering Laboratories, Inc., Power Math Associates, San Diego.
[19]趙世輝，可靠度淺釋，中華民國品質管制學會，民國79年。
[20]張桂琥，不完全訊息下之系統可靠度分析-以含糊集運算方法，國防管理學院資源管理研究所，民國89年6月。
[21]Mohammad Modarres, Mark Kaminskiy, and Vasiliy Krivtsov, Reliability engineering and risk analysis, New York, Marcel Dekker,1999.