本文目的在於分析電容器組切換時發生的暫態過電壓。在電力系統中安裝電容器組是用來補償所需的虛功率，提升電網的電壓和降低損失。在典型的一天中若電容器開關投切頻繁，這個切換動作可能會產生很大的暫態過電壓，這些暫態現象會造成很嚴重的電力品質問題。
本文以電壓零點投入、電壓峰值投入、加裝限流電抗器和預置電阻器，藉由電磁暫態程式ATP來比較幾種切換情形的暫態過電壓，提出一些建議方法來減輕暫態現象。經由結果顯示預置電阻器的方法對於開關投入的時間偏差有較大的容忍度，也可以有效地抑制三相的暫態過電壓。

This paper aims to reduce the transient overvoltages problem occurred in switching shunt capacitor banks. Capacitor banks installed in power system are used to compensate the reactive power demand for improving the network’s voltage profile and decreasing the network’s losses. Capacitor banks may be switched on and off frequently during a typical day according to certain load curves.
The switching actions will produce large transient overvoltages. These transients may cause serious power quality problems. This paper uses Alternative Transients Program (ATP) to compare the responses of several typical switching strategies such as voltage zero closing, voltage peak closing, installing current-limiting reactors and pre-installed resistors, then suggestions for reducing transients are proposed. According to the result, the method of pre-installed resistors has a greater tolerance for time deviation of switch closing than other methods; it also can effectively inhibit the three-phase transient overvoltages.

摘 要 i
Abstract ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vii
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 文獻回顧 3
1.3 研究方法 4
1.4 章節概要 4
第二章 電力系統干擾現象分析 6
2.1 前言 6
2.2 電力系統干擾現象的定義與分類 6
2.2.1 電壓驟降 8
2.2.2 電力中斷 9
2.2.3 電壓驟升 10
2.2.4 暫態 11
2.3 電力系統暫態分析 11
2.3.1 脈衝式暫態 11
2.3.2 振盪式暫態 12
2.4 電容器組切換暫態之影響 14
第三章 電容器投入之暫態現象探討 15
3.1 前言 15
3.2 電容器投入之基本電路分析 15
3.3 電壓放大效應 22
3.4 過電壓 23
3.5 突入及突出電流 24
3.5.1 突入電流 24
3.5.2 突出電流 25
3.6 電容器切換暫態的抑制方法 26
3.6.1 預置電阻器 26
3.6.2 同步開關閉合控制 27
3.6.3 加裝限流電抗器 28
3.6.4 多級切換電容器組 29
3.6.5 突波抑制器 30
3.6.6 電力電子控制開關 30
第四章 電磁暫態程式介紹 32
4.1 前言 32
4.2 操作說明 33
4.3 基本元件介紹與參數設定 34
4.3.1 單相正弦波電壓源 34
4.3.2 電阻 36
4.3.3 電壓探針 38
4.4 模擬設定 39
4.4.1 節點命名 39
4.4.2 模擬電路操作 40
4.4.3 顯示結果 41
第五章 模擬結果與討論 42
5.1 系統描述 42
5.2 電容器投入之各種狀況描述 44
5.3 電容器電壓之結果分析與探討 45
5.3.1 開關精準投入 45
5.3.2 開關延遲1ms投入 53
5.3.3 三相分析 60
5.3.4 預置電阻值之影響 68
5.4 結果討論 69
第六章 結論 71
6.1 本文成果 71
6.2 未來展望 72
參考文獻 73
作者簡介 76

[1] 台灣電力公司網站，http://www.taipower.com.tw。
[2] 王耀諄，「電力品質」，高立圖書，民國94 年。
[3] R. W. Alexander, “Synchronous Closing Control for Shunt
Capacitors,” IEEE Transaction on Power Apparatus and
Systems,Vol.PAS-104, No 9, September 1985.
[4] 涂瑞成，69kV 系統靜態電力電容器之暫態現象研究，逢甲大學，
碩士論文，2006。
[5] 許明童、劉志文、游象吉， “並聯電容器組開關暫態之研究與分
析”，電機月刊，第九卷，第十期，第174-183 頁，1999 年10 月。
[6] 張文恭，“電力系統並聯電容器切換暫態之分析、模擬與抑制策
略”，電機月刊，第十二卷，第十一期，第184-194 頁，2002 年
11 月。
[7] IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality,
IEEE std 1159-2009, New York, 2009.
[8] M. F. McGranaghan, T. E. Grebe, G. Hensley, T. Singh, and M.
Samotyj, "Impact of Utility Switched Capacitors on Customer
Systems, Part II - Adjustable-Speed Drive Concerns," IEEE Trans. on
Power Delivery, Vol. 6, No. 4, October 1991, pp. 1623-1628.
74
[9] K.-C. Liu , N. Chen, “Voltage-Peak Synchronous Closing Control for
Shunt Capacitors,” IEE Proc-Cener. Transm. Distrih., Vol. 145, No. 3,
May 1998,pp.233-238.
[10] A. Kalyuzhny, S. Zissu, D. Shein, ”Analytical Study of Voltage
Magnification Transients Due to Capacitor Switching,” IEEE Trans.
on Power Delivery, vol. 24, no. 2, April 2009.
[11] M. F. McGranaghan, R. M. Zavadil, G. Hensley, T. Singh, and M.
Samotyj, "Impact of Utility Switched Capacitors on Customer
Systems – Magnification at Low Voltage Capacitors," IEEE Trans.on
Power Delivery, Vol. 7, No. 2, April 1992, pp. 862-868.
[12] R. A. Adams, S. W. Middlekauff, E. H. Camm, and J. A. McGee,
“Solving customer quality problems due to voltage magnification,”
IEEE Trans. Power Del., vol. 13, no. 3, pp. 1515-1520, Oct. 1998.
[13] M. Saied, “Analysis of the amplitude and frequencies of the voltage
magnification transients in distribution networks due to capacitor
switching,” in Proc. IEEE Power Eng. Soc. Transm. Distrib. Conf.
Expo.: Latin America, Nov. 2004, pp. 34-38.
[14] IEEE Standard for Shunt Power Capacitors, IEEE Std 18-1992, New
York, 1993.
[15] 趙汝鵬，電力系統發生電壓驟降及並聯電容器切換暫態源位置之
追蹤與辨識，國立中正大學，碩士論文，2006。
[16] J. F. Peggs, P. W. Powell, T. E. Grebe, “Innovations for Protection and
75
Control of High Voltage Capacitor Banks on The Virginia Power
System,” IEEE Transmission and Distribution Conference, pp.
284-290, 1994.
[17] 劉國基，電容器同步加壓法之研究，國立台灣科技大學，博士論
文，1998。