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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:王靖凱
研究生(外文):Wang, Chingkai
論文名稱:以靜態補償器改善含太陽光電之電力系統 暫態穩定度
論文名稱(外文):Improvement Of Transient Stability For Power System With PV Generation
指導教授:陳朝順陳朝順引用關係
指導教授(外文):Chen, Chaoshuen
口試委員:陳朝順許振廷林堉仁
口試委員(外文):Chen, ChaoshuenHsu, ChentingLin, Yujen
口試日期:2012-06-26
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:98
中文關鍵詞:靜態同步補償器太陽光電
外文關鍵詞:STATCOMPV Generation
相關次數:
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本論文針對含柴油發電機組與太陽光電系統(Photovoltaic, PV)構成之獨立型電力系統,進行電力品質分析並提出改善策略。首先介紹太陽能光電之發電原理,並建立太陽光發電數學模型,依據不同的溫度及日照強度,估算出太陽能光電系統輸出之電力。本論文選擇金門電力系統架構為研究對象,利用PSS/E軟體進行獨立電力系統之模擬,探討日照強度變動時,PV系統對電力系統之擾動,其中包括系統電壓及頻率之變動,並決定滿足系統暫態穩定度限制條件之允許最大PV併網容量。最後於鄰近分散式電源(DG)配電饋線處加入靜態同步補償器(Static Synchronous Compensator, STATCOM),當電力系統發生三相短路事故時,藉由STATCOM設備對含PV發電之電力系統作即時虛功補償和電壓調控,以有效強化孤島電力系統電壓及頻率之暫態穩定度。
This thesis investigates the power quality analysis and recommendations on improvement strategies for independent power system with diesel generators and photovoltaic (PV) system. First, the principle of PV system is introduced and the corresponding mathematical model is developed to represent the output power of PV system as function of solar irradiation and surface temperature of PV panels. In this thesis, the Kinmen power system is selected for computer simulation using PSS/E software. The impact of intermittent PV generation due to variation of solar irradiation to power system voltage and frequency is investigated. The maximum PV capacity which is allowed to be integrated in the study power system by considering the constraint of system transient stability. Finally, the Static Synchronous Compensator (STATCOM) is considered to be applied to provide fast reactive power compensation for voltage regulation control to enhance the transient stability of isolated power system with high concentration of PV installation.
誌謝i
中文摘要ii
英文摘要iii
目錄iv
圖目錄vii
表目錄x
第一章 緒論1
1.1 研究背景及目的1
1.2 研究概要與章節簡述2
第二章 分散式電源3
2.1 前言3
2.2 分散式電源對電力系統之影響4
2.3 太陽光電發電原理10
2.4 太陽光電池之種類11
2.5 太陽光電發電模組15
2.6 太陽光電發電系統之種類21
2.7 太陽光發電對系統之衝擊分析23
第三章 靜態同步補償器26
3.1 前言26
3.2 彈性交流傳輸系統26
3.2.1 串聯型FACTS 控制器27
3.2.2 併聯型FACTS 控制器27
3.2.3 串聯-串聯組合型FACTS 控制器28
3.2.4 串聯-併聯組合型FACTS 控制器29
3.3 靜態同步補償器(STATCOM)30
3.3.1 STATCOM 工作原理30
3.3.2 STATCOM 數學模型31
3.3.3 STATCOM V-I 特性曲線36
3.3.4 STATCOM 控制方塊圖37
第四章 含太陽光發電系統之獨立電力系統38
4.1 前言38
4.2 金門電力系統架構之概述38
4.3 金門電力系統發電設備之模型與參數39
4.3.1 柴油發電機39
4.3.2 激磁機41
4.3.3 調速機44
4.3.4 輸電、配電線路設備45
4.3.5 太陽能模型參數48
4.4 金門電力系統之低頻卸載策略50
4.5 太陽光發電擾動之暫態穩定度分析51
4.5.1 案例一:併聯太陽光發電容量3MW 52
4.5.2 案例二:併聯太陽光發電容量4MW 56
4.5.3 案例三:併聯太陽光發電容量5MW 60
4.6 併聯太陽光發電系統之電壓變動率分析62
4.6.1 案例一:尖峰負載量時63
4.6.2 案例一:離峰負載量時64
4.7 本章結論65
第五章 含靜態同步補償器之獨立電力系統66
5.1 前言66
5.2 日照強度變動時不同容量STATCOM 之補償效益66
5.2.1 案例一 : 未併聯STATCOM 67
5.2.2 案例二 : 3MVAR 之STATCOM 補償效益69
5.2.3 案例三 : 5MVAR 之STATCOM 補償效益70
5.2.4 案例四 : 10MVAR 之STATCOM 補償效益72
5.3 案例事故分析74
5.4 本章結論81
第六章 結論與未來研究方向82
6.1 結論82
6.2 未來研究方向83
參考文獻84
圖目錄
圖2.1 分散式電源併入前後對系統電壓之影響5
圖2.2 分散式電源與電容器之串聯共振6
圖2.3 含分散式電源之配電系統故障電流圖7
圖2.4 分散式電源造成斷路器之誤動作8
圖2.5 配電系統孤島運轉示意圖9
圖2.6 太陽光發電原理11
圖2.7 太陽能電池之種類12
圖2.8 太陽能板內部等效電路圖12
圖2.9 不同日照強度之太陽能電池模組I-V 曲線19
圖2.10 不同日照強度之太陽能電池模組P-V 曲線19
圖2.11 不同溫度下之太陽能電池模組I-V 曲線20
圖2.12 不同溫度下之太陽能電池模組P-V 曲線20
圖2.13 獨立型太陽光電系統21
圖2.14 併聯太陽光電系統22
圖2.15 混合型太陽光電系統22
圖3.1 串聯型FACTS 控制器27
圖3.2 併聯型FACTS 控制器28
圖3.3 串聯-串聯組合型FACTS 控制器28
圖3.4 串聯-併聯組合型FACTS 控制器29
圖3.5 Unified Power Flow Controller (UPFC)29
圖3.6(a) STATCOM 架構圖30
圖3.6(b) STATCOM 控制原理30
圖3.7 時變同步旋轉參考座標向量圖32
圖3.8 STATCOM 與系統連接電路架構圖33
圖3.9 STATCOM V-I 特性曲線36
圖3.10 STATCOM 控制方塊圖37
圖4.1 金門電力系統架構示意圖38
圖4.2 發電機模型方塊圖40
圖4.3 塔山一期及夏興激磁機模型方塊圖42
圖4.4 塔山二期激磁機模型方塊圖42
圖4.5 調速機模型方塊圖45
圖4.6 太陽能日照度模型圖48
圖4.7 太陽能板發電模型圖48
圖4.8(a) 轉換器控制模型方塊圖49
圖4.8(b) 轉換器控制模型方塊圖49
圖4.9 太陽光發電容量3MW 下2 台柴油發電機之發電量與頻率波形52
圖4.10 太陽光發電容量3MW 下3 台柴油發電機之發電量與頻率波形53
圖4.11 太陽光發電容量3MW 下4 台柴油發電機之發電量與頻率波形54
圖4.12 太陽光發電容量4MW 下2 台柴油發電機之發電量與頻率波形56
圖4.13 太陽光發電容量4MW 下3 台柴油發電機之發電量與頻率波形57
圖4.14 太陽光發電容量4MW 下4 台柴油發電機之發電量與頻率波形58
圖4.15 太陽光發電容量5MW 下2 台柴油發電機之發電量與頻率波形60
圖4.16 太陽光發電容量5MW 下3 台柴油發電機之發電量與頻率波形61
圖5.1 含STATCOM 設備之金門電力系統架構圖66
圖5.2 日照強度改變和輸出功率之變化圖67
圖5.3 未併聯STATCOM 之電壓變化圖68
圖5.4 未併聯STATCOM 之頻率變化圖68
圖5.5 STATCOM 容量3MVAR 之電壓與虛功率變化圖69
圖5.6 STATCOM 容量3MVAR 之頻率變化圖70
圖5.7 STATCOM 容量5MVAR 之電壓與虛功率變化圖71
圖5.8 STATCOM 容量5MVAR 之頻率變化圖71
圖5.9 STATCOM 容量10MVAR 之電壓與虛功率變化圖72
圖5.10 STATCOM 容量10MVAR 之頻率變化圖73
圖5.11 加入STATCOM 前之臨界故障清除時間75
圖5.12 加入STATCOM 後之臨界故障清除時間76
圖5.13 Bus-2201 之電壓變化圖77
圖5.14 Bus-1109 之電壓變化圖78
圖5.15 系統頻率變化圖79
圖5.16 塔山G2 發電機之轉子角度變化圖80
圖5.17 塔山G1 發電機之實功率變化圖81
表目錄
表2.1 太陽光電池材料種類與轉換效率12
表2.2 太陽能電池的電器參數17
表4.1 金門電力系統發電機數據39
表4.2 發電機數學模型及參數40
表4.3 激磁機數學模型及參數43
表4.4 調速機數學模型及參數44
表4.5 金門電力系統輸電線路常數46
表4.6 金門電力系統主要變壓器常數47
表4.7 卸載策略之設置50
表4.8 系統併聯3MW 太陽光發電之暫態變化值55
表4.9 系統併聯4MW 太陽光發電之暫態變化值59
表4.10 尖峰負載時之電壓大小及電壓變動率63
表4.11 離峰負載時之電壓大小及電壓變動率64
表5.1 不同容量STATCOM 之補償效益74
中文部份
[1]公共建設設置太陽光電系統參考手冊,工業技術研究院,2009。
[2]「分散式發電併聯技術開發計畫」,經濟部能源局,民國95年。
[3]太陽光電示範系統推廣網站,http://solarpv.itri.org.tw。
[4]朱翊誌,「含風力發電微電網之孤島運轉策略」,國立中山大學碩士論文,民國九十八年六月。
[5]吳財富、張健軒、陳裕愷,“太陽能供電與照明系統綜論”,全華科技圖書股份有限公司,民國92年。
[6]林群峰,「金門金沙風力發電併接點變更之系統衝擊及系統暫態穩定度分析」, 台電綜合研究所,技術報告,民國九十八年三月。
[7]旺能光電股份有限公司,Solar Cell Specification-D6p, Available: http://www.delsolarpv.com/product/document/D6P.pdf
[8]風力發電對系統衝擊影響之研究,台灣電力公司研究計畫期中報告書,民國九十七年二月。
[9]許巧玲,“太陽電池-21世紀的新能源”,科學新天地,第8期,2004年6月。
[10]莊嘉琛,“太陽能工程-太陽電池篇¬”,全華圖書,民國97年08月。
[11]熊谷秀,“太陽光電知多少”,科學發展,第383期,民國93年11月。
[12]葉志杰,「含風力發電與靜態同步補償器之微電網運轉研究」,南台科技大學碩士論文,民國100年1月。
[13]劉傳聖,「激磁系統參數確認與電力系統動態穩定度改善之研究」,國立台灣大學博士論文,民國八十四年。
[14]賴宥杰,「含風機之獨立電網穩定度分析與經濟調度」,國立中山大學碩士論文,民國100年6月。
[15]陳朝順、黃佳文,“配電規劃需求功能整合應用研究”,第一次期中報告,台灣電力公司,民國100年4月。
[16]蔡進譯,“超高效率太陽電池-從愛因斯坦的光電效應談起”,物理雙月刊,第27卷,第5期,民國94年10月。
[17]魏榮宗、張裕倉,“智慧型混合能源供電系統之應用及發展”,永續產業發展第45期,民國98年08月。
英文部份
[1]A. Driesse, S. Harrison, and P. Jain,“Evaluating the effectiveness of maximum power point tracking methods in photovoltaic power systems using array performance models,”in Proc. IEEE Power Electron. Spec. Conf. (PESC), 2007, pp. 145–151.
[2]Chee-Mun Ong, “Dynamic Simulation of Electric Machinery”, Prentice Hall PTR Prentice-Hall, Inc., 1998.
[3]EPRI Report EL-6943, Flexible ac Transmission Systems(FACTS):Scoping Study, Volume 1, Part 1: Analytical Studies, Final report of project 3022-1, prepared by Power Technologies Inc. August 1990.
[4]EPRI Report EL-6943, Flexible ac Transmission Systems (FACTS):Scoping Study, Volume 2, Part 1: Analytical Studies, Final report of project 3022-2, prepared by General Electric Company, September 1991.
[5]Farid katiraei, Reza lravani, Nikos Hatziargyriou and Aris Dimeas, “Microgrids Management,” IEEE power & energy magazine, Vol. 6 , Issue 3, May/June 2008, pp. 54-65.
[6]F. Nakanishi, T. Ikegami, K. Ebihara, S. Kuriyama, and Y. Shiota,“Modeling and operation of a 10kW photovoltaic power generator using equivalent electric circuit method,”in Proc. Conf. Record 28th IEEE Photovoltaic Spec. Conf. , Sep. 2000, pp.1703–1706.
[7]J. Crispim, M. Carreira, and R. Castro,“Validation of photovoltaic electrical models against manufacturers data and experimental results,”in Proc. Int. Conf. Power Eng., Energy Elect. Drives, POWERENG, 2007, pp. 556–561.
[8]K. H. Hussein, I. Muta, T. Hoshino, and M. Osakada, “Maximum photovoltaic power tracking: An algorithm for rapidly changing atmospheric conditions,”in Proc. IEE Proc.-Generation, Transmiss. Distrib. , Jan. 1995, vol. 142, pp.59–64.
[9]N.G. Hingorani and L. Gyuyi, Understanding FACT-Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems, IEEE Press, 1999.
[10]N. Jenkins, R. Allan, P. Crossley, D. Kirschen and G. Strbac, Embedded Generation, IEE, London, 2000.
[11]“PSS/E 32 volume I Program Application Guide,” Power Technologies Ins., 2010.
[12]“PSS/E 32 volume II Program Application Guide,” Power Technologies Ins., 2010.
[13]Q. Kou, S. A. Klein, and W. A. Beckman,“A method for estimating the long-term performance of direct-coupled PV pumping systems,”Solar Energy, vol. 64, no. 1–3, pp. 33–40, Sep. 1998.
[14]R. A. Messenger and J. Ventre, Photovoltaic Systems Engineering. Boca Raton, FL: CRC Press, 2004.
[15]W. De Soto, S. A. Klein, and W. A. Beckman, “Improvement and validation of a model for photovoltaic array performance,”Solar Energy, vol.80, no. 1, pp.77-88, Jan. 2006.
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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