臺灣博碩士論文加值系統

直流供電系統在整個捷運系統中是相當重要的一環，它主要是提供電聯車運轉時的動力電源，在每日營運量達百萬人次的臺北捷運系統中，建置一套迅速且正確的電力防衛系統是相當重要的一項工作及課題。依保護觀點而言，直流供電系統特性與傳統交流供電系統不太相似，當重載電聯車啟動或加速時其負載電流可會大於遠端線路短路故障電流，所以傳統交流供電系統所使用之保護協調邏輯無法完全適用於直流系統上。
首先本論文利用PSCAD V3.0.8電力系統暫態模擬程式建立捷運直流供電系統等效電路模型，並進行短路故障模擬，再將所模擬電流值與實際測試之故障電流值進行比較，以修正所建立之直流供電系統模型。接著將驗証後之模擬故障電流值與電聯車實際負載電流值兩者進行綜整分析。最後提出有效之保護裝置設定原則，以做為直流供電系保護電驛啟斷策略及參數設定之依據。

DC power supply system plays a vital role in MRT system and mainly provides the power to the operation of EMU. It also is an essential work and task to construct a rapid and effective power defence system at the daily millions of ridership of TRTC. Basically, the characters of DC power supply system is not similar to that of AC power supply system in the point of view of protection.When the train starting or accelerating in heavy load condition, the load current may be higher than the short circuit current at remote site.Therefore, the protection and coordination principles for traditional AC power supply system is not the same with DC power supply system.
First of all, this thesis uses PSCAD V3.0.8 to setup an equivalent MRT’s DC power supply system module to perform short circuit analysis. Modification of equivalent module is necessary if simulation results are different from the field test data. Furthermore, the discrepancy between remote faulted current and heavy load current are examined in detail. Finally, an effectively programming notion for protection device is proposed including parameter setting and braking stradgy of relay to comply with protection requirement in MRT DC power supply system.

摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖表索引 VII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻探討 1
1.3 研究動機與目的 2
1.4 研究內容與步驟 3
1.5 研究貢獻 4
1.6 論文架構 4
第二章 捷運直流供電系統 6
2.1 前言 6
2.2 直流與交流供電系統之比較 6
2.3 捷運供電架構 8
2.4 主變電站 9
2.5 牽引動力變電站 11
2.6 車站變電站 13
第三章 直流供電系統故障偵測技術 14
3.1 前言 15
3.2 直流系統故障偵測問題探討 15
3.3 直流供電系統故障等效電路及故障型態 16
3.3.1 整流器單元故障 17
3.3.2 近端線路短路故障 18
3.3.3 中端及遠端線路短路故障 19
3.3.4 故障原因 20
3.4 台北捷運直流供電系統故障偵測與保護方式 20
3.4.1 故障偵測方法 20
3.4.2 保護設定及協調 26
第四章 直流供電系統數學模型 30
4.1 前言 30
4.2 相位移整流變壓器相量模型推導 30
4.2.1 相位移整流變壓器銘牌 31
4.2.2 相位移整流變壓器相量圖推導 34
4.2.31 TRAFO相位移整流變壓器相量推導 34
4.2.41 TRASFOR相位移整流變壓器相量推導 39
4.2.51 TRAFO與TRASFOR相位移整流變壓器比較 44
4.3 直流供電系統之PSCAD模型 45
4.3.1 電源系統 45
4.3.2 整流器單元 46
4.3.3 相間變壓器 48
4.3.4 軌道阻抗 49
4.4 模擬結果 49
第五章 量測與模擬 51
5.1 前言 51
5.2 捷運電聯車推進系統 51
5.2.1 交流與直流推進系統 51
5.2.2 規格介紹及控制說明 52
5.3 捷運電聯車負載電流量測 54
5.3.1 量測計畫與程序 54
5.3.2 量測結果 55
5.3.3 分析與討論 63
5.4 直流供電系統短路故障電流量測 64
5.4.1 量測計畫與程序 64
5.4.2 量測結果 66
5.5 直流供電系統短路故障電流模擬 71
5.6 量測與模擬結果分析 74
5.7 保護協調之電驛設定策略 75
第六章 結論及未來研究方向 79
6.1 結論 79
6.2 未來研究方向 80
參考文獻 81
作者簡介 85

[1]台北大眾捷運公司網站http://www.trtc.com.tw/c/
[2]陳南鳴，「軌道機電整合計畫」，國科會電力學門九十年度研究計畫成果發表，民國九十年。
[3]J. C. Brown, J. Allan, and B. Mellitt, “Six-pulse three-phase rectifier bridge models for calculating closeup and remote short circuit transients on DC supplied railways” Electric Power Applications, IEE Proceedings B, Vol. 138, No. 6, pp. 303-310, Nov.1991.
[4]J. C. Brown, J. Allan, and B. Mellitt, “Calculation of remote short circuit fault currents for DC railways” Electric Power Applications, IEE Proceedings B, Vol. 139, No. 4, pp. 289-294, Jul. 1992.
[5]Zhu Panfeng and Li Yongli Girgis “An adaptive protection scheme in subway DC traction supply system” IEEE International Conference on Power System Technology, Vol. 2, pp. 716-719, 2002.
[6]Wang Xiaohong, Li qunzhan, Chen Xiaochuan, and Zhu Panfeng, “The research on main protection for DC feeder line of subway” IEEE The 2nd International Workshop on Autonomous Decentralized System, pp. 342-346, Nov. 2002.
[7]J. C. Brown, J. Allan, and B. Mellitt, “Calculation and measurement of rail impedances applicable to remote circuit fault currents” Electric Power Applications, IEE Proceedings B, Vol. 139, No. 4, pp. 295-302, Jul. 1992.
[8]李昌螢，「台北捷運系統淡水線之直流短路測試」，碩士論文，國立台灣科技大學，民國八十七年六月。
[9]C. S. Chang, T. Feng, A. M. Khambadkone, and S. Kumar, “Remote short-circuit current determination in DC railway systems using wavelet transform” Electric Power Applications, IEE Proceedings B, Vol. 147, pp. 520-526, Nov. 2000.
[10]黃國明，「台北捷運系統淡水-新店線之供電系統故障分析」，碩士論文，國立台灣工業技術學院，民國八十四年。
[11]王曉紅，「地鐵直流饋線保護研究」，碩士論文，西南交通大學，2002年4月1日。
[12]朱攀峰，「一種自適應的地鐵直流牽引供電系統微機保護的研究」，碩士論文，天津大學，2003年1月1日。
[13]Bih-Yuan Ku, “Simulation and emulation of rapid transit DC short circuit current” IEEE/ASME Joint Rail Conference, pp. 191-197, April 2003.
[14]曾乙申，「捷運直流短路故障模擬」，第24屆電力研討會論文集，民國九十二年十二月。
[15]孔琪，「城市軌道交通直流牽引系統故障分析及若干問題的研究」，博士論文，華北電力大學，民國九十四年五月。
[16]古碧源，楊仁智，「台北捷運南港線直流短路電流之特性分析與檢測」，第23屆電力研討會論文集，民國九十一年十二月。
[17]M. Reis, “Optimization of dc feeder rate of rise overcurrent protection settings using delta i cumulative distribution” IEEE International Conference on Industrial and Commercial Power Systems Technical, pp. 63-66, May 2004.
[18]楊振武，「輕軌系統供電電壓等級之研究」，碩士論文，國立台灣科技大學，民國九十一年。
[19]曾乙申，「台北捷運工程系統淡水-新站線之供電系統之負載潮流與諧波分析」，博士論文，台灣工業技術學院，民國八十四年。
[20]黃森榮，「捷運供電系統概念」，台北市政府捷運工程局，民國九十年十二月。
[21]林文進，「台北捷運變電站規劃與設計」，台北市政府捷運工程局，民國九十年十二月。
[22]「高運量供電維修人員基礎訓練」，台北大眾捷運股份有限公司，民國九十二年五月。
[23]林廣傑，「創新捷運直流牽引電力系統諧波研究」，捷運技術半年刊第26期，民國九十一年二月。
[24]Secheron Ltd.,Service Manual of Protection and Control Unit Type PCU6000, Document NO.:SG802110, February 1999.
[25]陳建旭，「台北捷運系統南港板橋線在交、直流系統上之整流變壓器分析」，碩士論文，國立台北科技大學，民國九十年六月。
[26]巫文傑，「捷運三相交流/直流供電系統之整合模擬」，碩士論文，國立台灣科技大學電機工程系，民國八十九年。
[27]黃茂源，「捷運牽引變電站整流變壓器之精確模型推導與應用」，碩士論文，國立台灣科技大學電機工程系，民國八十四年。
[28]Cyril W. Lander 原著/王耀諄，陳明堂，吳坤德編譯，「電力電子學」，全華圖書，民國八十四年。
[29]Kongwei, Qinlijun, Yangqixun, and Dingfuhua, “DC side short circuit transient simulation of DC traction power supply system” 2004 International Conference on Power System Technology, Vol. 1, pp. 182-186, 21-24 Nov. 2004.
[30]P. Pozzobon, “Transient and steady-state short-circuit currents in rectifiers for DC traction supply” IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 47, No. 4, pp. 1390-1404, Nov. 1998.
[31]何宗軒，「電聯車推進系統規劃與設計」，台北市政府捷運工程局，民國九十年十二月。
[32]陳光立，「重運量電聯車推進及輔助電力系統簡介」，捷運技術半年刊第26期，民國九十一年二月。
[33]Chien-Hsing Lee, “Evaluation of the maximum potential rise in Taipei rail transit systems” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 20, No. 2, pp. 1379-1384, April 2005.
[34]Chien-Hsing Lee, and Kuang-Chieh Lin, “Measurement and characterization of harmonics on the Taipei MRT DC system” IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 40, No. 6, pp. 1700-1704, Nov.-Dec. 2004.
[35]「高運量行車路線里程圖」，台北大眾捷運股份有限公司，民國九十五年三月。