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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:張鎮宇
研究生(外文):Chen-Yu Chang
論文名稱:智慧電網用戶側之電磁相容規範研究
論文名稱(外文):Study on EMC Standards for Consumer Equipments of Smart Grid
指導教授:陳士麟陳士麟引用關係
指導教授(外文):SHI-LIN CHEN
學位類別:碩士
校院名稱:中原大學
系所名稱:電機工程研究所
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:2014
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:121
中文關鍵詞:智慧電網電磁耐受電磁相容電磁干擾
外文關鍵詞:electromagnetic susceptibilityelectromagnetic interferenceEMCsmartgridelectromagnetic compatibility
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隨著環保意識的抬頭與全球氣候變遷的議題,以再生能源代替化石燃料發電已經成國際間關注的議題,先進國家開始推動智慧電網的發展與電力網路的升級,在智慧電網中使用了許多通訊、運算、控制及切換設備,這些設備都會產生電磁干擾,並與環境中的電磁干擾互相結合,形成一個相當複雜的電磁環境,而這些電磁干擾會經由傳導、輻射或耦合的方式會影響在環境中的其他設備,造成性能降低或操作失效引起危險,國際間有許多標準制定組織對智慧電網相關的電磁相容議題制定出一系列的規範,使得智慧電網的產品在生產或製造時有一標準可供參考,減少電磁干擾的影響。透過測試與認證的程序,也可以簡化智慧電網相關產品進出口貿易的困難度。本篇論文將電磁干擾的發生原因,干擾途徑與常見的電磁相容相關測試,並將智慧電網用戶側中的電磁相容測試規範及常見電磁相容不符合的改善方法做一整理。



With the rise of environmental consciousness and the issue of global climate change, renewable energy alternative to fossil fuels has been a subject of international concern. Advanced countries began to promote the development of smart grid and upgrades power networks. The use of many smart grid communications, operation, control and switching equipment, which will produce interference, combined with environmental electromagnetic interference with each other forming a fairly complex electromagnetic environment. At the meantime, electromagnetic interference via conduction, radiation or induction can affect other devices in the environment, resulting in performance degradation or function loss caused by dangerous operation. There are a lot of international standard-setting unit of electromagnetic compatibility smart grid related issues to develop a series of standardized, making smart grid products in the production or manufacture of a standard for reference, to reduce electromagnetic interference. Through testing and certification procedures, you can easy simplify the difficulty of smart grid related products import and export trade. In this thesis introduces electromagnetic interference causes, coupling paths and common electromagnetic compatibility relative tests. Also, summary electromagnetic compatibility standards for load equipment of smart grid and introduces non conformity debug method.





目錄
中文摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1研究背景 1
1.2研究動機 2
1.3研究成果及主要貢獻 3
1.4各章重點 7
第二章 電磁相容 8
2.1 前言 8
2.2 電磁相容的定義 9
2.3 電磁相容原理及效應說明 10
2.3.1 電磁相容簡介 10
2.3.2干擾源 11
2.3.3 耦合途徑 15
2.4 電磁相容常見測試 23
2.4.1 輻射干擾測試 23
2.4.2 傳導干擾測試 25
2.4.3電源諧波測試 27
2.4.4電壓閃爍測試 29
2.4.5 靜電放電測試 31
2.4.6輻射耐受測試 36
2.4.7 電性快速暫態脈衝測試 39
2.4.8 雷擊耐受測試 41
2.4.9 傳導耐受測試 45
2.4.10 電源頻率磁場耐受測試 47
2.4.11 電壓驟降、電源瞬斷與電壓變動測試 49
2.5 本章重點 52
第三章 智慧電網用戶側的系統範圍及相關電磁相容法規 55
3.1 智慧電網用戶側系統範圍 55
3.2 先進讀表基礎建設 56
3.3 能源管理及保護系統 59
3.4 蓄電池與電動車 64
3.5 分散式發電系統 67
3.6 本章重點 73
第四章 共同的電磁相容測試與驗證 75
4.1國際間的驗證與測試單位 75
4.2國內的驗證與測試單位 78
4.2.1 先進讀表基礎建設 79
4.2.2能源管理及保護系統 81
4.2.3蓄電池與電動車 83
4.2.4分散式發電系統 85
4.3共同的電磁相容測試 87
4.4常見不通過的現象及改善方法 91
4.4.1傳導及輻射干擾 91
4.4.2 靜電放電耐受性測試 94
4.5 本章重點 96
第五章 結論與建議 98
5.1 研究結論 98
5.2 未來研究方向 99
參考文獻 100
附錄 106

圖目錄
圖1-1 智慧電網用戶側電磁相容相關規範 4
圖2-1 電磁相容分類 10
圖2-2 電磁干擾產生原因 11
圖2-3平行導線間之靜電耦合示意圖 17
圖2-4平行導線間之靜電耦合等效電路 17
圖2-5低頻時靜電耦合等效電路 18
圖2-6高頻時靜電耦合等效電路 18
圖2-7平行線間單位長度耦合電容示意圖 19
圖2-8導電感應示意圖 22
圖2-9多負載回路串音現象示意圖 23
圖2-10輻射干擾測試架構示意圖 24
圖2-11傳導干擾測試架構示意圖 26
圖2-12電源諧波測試架構示意圖 28
圖2-13電壓閃爍測試架構示意圖 30
圖2-14人員接觸不同材質所產生的最大靜電放電電壓 32
圖2-15靜電放電測試架構示意圖 33
圖2-16理想接觸放電波形(4kV) 35
圖2-17輻射耐受測試架構圖 37
圖2-18輻射耐受測試場地示意圖 38
圖2-19均勻面測試範圍示意圖 38
圖2-20電性快速脈衝測試架構示意圖 40
圖2-21快速電性脈衝測試波形示意圖 40
圖2-22雷擊耐受測試架構 43
圖2-23雷擊耐受測試電壓波形 43
圖2-24雷擊耐受測試電壓波形 44
圖2-25傳導耐受測試架構示意圖 46
圖2-26傳導耐受測試波形 46
圖2-27電源頻率磁場耐受測試架構示意圖 48
圖2-28電源頻率磁場耐受感應線圈示意圖 48
圖2-29電壓驟降、電源瞬斷與電壓變動測試架構示意圖 50
圖2-30電壓驟降示意圖 51
圖2-31電源瞬斷示意圖 51
圖3-1智慧電網用戶側系統範圍示意圖 55
圖3-2先進讀表基礎建設架構與電磁環境示意圖 56
圖3-3能源管理及保護系統電磁環境示意圖 60
圖3- 4 電動車充電站與蓄電池電磁環境示意圖 64
圖3- 5 分散式發電系統電磁環境示意圖 68
圖4-1國際間驗證與測試單位測試項目示意圖 75
圖4-2 國內驗證及測試單位測試項目示意圖 79
圖4-3回路電流示意圖 92
圖4-4 USB介面電路使用共模扼流圈電路圖 93
圖4-5屏蔽線材接地示意圖 94
圖4-6靜電接觸放電改善方式 95
圖4-7設備外殼間隙靜電放電示意圖 95
圖4-8 USB介面電路靜電放電保護方法示意圖 96


表目錄
表1- 1智慧電網用戶側電磁相容規範及測試項目 5
表2-1 自然界雜訊發生原因 12
表2-2 人為產生雜訊發生原因 12
表2-3 電磁干擾分類及發生原因 14
表2-4 電磁干擾耦合途徑示意圖 15
表2-5 輻射干擾測試限制值 25
表2-6 電源傳導干擾測試限制值 27
表2-7 電流諧波測試限制值 29
表2-8 靜電放電測試電壓及測試等級 35
表2-9 輻射耐受測試場強及測試等級 39
表2-10 電性快速脈衝測試電壓及測試等級 41
表2-11 雷擊耐受測試等級及測試電壓 44
表2-12 傳導耐受測試等級及測試電壓 47
表2-13 電源頻率磁場耐受磁場強度及測試等級 49
表2-14 家電產品最大磁場產生值 49
表2-15 電壓驟降測試等級與時間 52
表2-16 電源瞬斷測試等級與時間 52
表2-17 電磁相容測試分類 53
表2-18 電磁耐受測試分類 53
表3-1 ANSI C12.1電磁相容測試項目及要求 57
表3-2 IEC 61326-1電磁相容測試項目與要求 58
表3-3 IEC 61850-3電磁相容測試項目與要求 60
表3-4 IEC 60870-2-1電磁相容測試項目與要求 61
表3-5 IEC 60255-26電磁相容測試項目與要求 62
表3-6 IEEE 1613電磁相容測試項目與要求 63
表3-7 IEC61000-6-1電磁相容測試項目與要求 65
表3-8 IEC61000-6-3電磁相容測試項目與要求 65
表3-9 IEC 61851-21-2電磁相容測試項目與要求 66
表3-10 IEEE 2231-2電磁相容測試項目與要求 67
表3-11 IEC 61000-6-1電磁相容測試項目與要求 69
表3-12 IEC 61000-6-2電磁相容測試項目與要求 69
表3-13 IEC 61000-6-3電磁相容測試項目與要求 70
表3-14 IEC 61000-6-4電磁相容測試項目與要求 71
表3-15 IEC 61800-3電磁相容測試項目與要求 71
表3-16 IEC 61400-1電磁相容測試項目與要求 72
表3-17 IEEE 1547.1電磁相容測試項目與要求 73
表4-1台電綜合研究所電子電度表認證項目 80
表4-2台電綜合研究所電子電度表測試能力 80
表4-3宇海科技能源管理及保護系統測試項目與測試能力 82
表4-4電子檢驗中心能源管理及保護系統測試項目與測試能力 83
表4-5電子檢驗中心蓄電池與電動車測試項目與測試能力 84
表4-6宇海科技蓄電池與電動車測試項目與測試能力 85
表4-7精密機械中心分散式發電系統測試項目與測試能力 86
表4-8工研院量測中心分散式發電系統測試項目與測試能力 86
表4-9電子檢驗中心分散式發電系統測試項目與測試能力 87
表4-10宇海科技分散式發電系統測試項目與測試能力 87
表4-11智慧電網用戶側電磁相容測試規範及測試項目 89


[1] STARGRID EU, Smart Grid Standardisation Documentation Map. Version 3, November 2013.
[2] NIST, Framework and Roadmap for Smart Grid Interoperability Standards, Release 2.0, February 2012.
[3] 經濟部能源局,智慧電網總體規劃方案(核定本),2012年8月,摘自http://web3.moeaboe.gov.tw/ECW/populace/content/
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[4] Maxwell, On Physical Lines of Force, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 4. 161-175,281-348.
[5] IEC 60050-161 (1990): International Electrotechnical Vocabulary. Chapter 161: Electromagnetic compatibility.
[6] 廖財昌 編譯,雜訊干擾及防止對策,全華科技圖書股份有限公司,2001 。
[7] David K. Cheng, Field and Wave Electromagnetics, 2nd edition, Addison-Wesley, New York, 1992.
[8] CISPR 16-2-3:2006, Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods – Part 2-3: Methods of Measurement of Disturbances and Immunity – Radiated Disturbance Measurements.
[9] ANSI C63.4:2009, American National Standard for Methods of Measurement of Radio- Noise Emissions from Low-Voltage Electrical and Electronic Equipment in the Range of 9 kHz to 40 GHz.
[10] CISPR 16-1-1:2006, Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods – Part 1-1: Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus – Measuring Apparatus.
Amendment 1 (2006)
Amendment 2 (2007)
[11] CISPR 16-1-4:2007, Specification for Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus and Methods – Part 1-4: Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus – Ancillary Equipment – Radiated Disturbances.
Amendment 1 (2007)
Amendment 2 (2008)
[12] ANSI C63.2:2009, American National Standard for Electromagnetic Noise and Field Strength Instrumentation, 10 Hz to 40 GHz Specifications.
[13] ANSI C63.5:2006, American National Standard for Electromagnetic Compatibility - Radiated Emission Measurements in Electromagnetic Interference (EMI) Control - Calibration of Antennas (9 kHz to 40 GHz).
[14] IEC 61000-6-3:2006, Electromagnetic Compatibility (EMC) — Part 6-3: Generic Standards — Emission Standard for Residential, Commercial and Light-Industrial Environments.
[15] IEC 61000-6-4:2006, Electromagnetic Compatibility (EMC) — Part 6-4: Generic Standards — Emission Standard for Industrial Environments.
[16] CISPR 16-2-1:2005, Part 2-1:Methods of Measurement of Disturbances and Immunity – Conducted Disturbance Measurements.
[17] CISPR 16-1-2:2006, Part 1-2:Radio Disturbance and Immunity Measuring Apparatus – Ancillary Equipment – Conducted Disturbances.
[18] IEC 61000-3-2:2005, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-2: Limits - Limits for Harmonic Current Emissions (Equipment Input Current ≦16 A per Phase).
[19] IEC 61000-3-12:2011, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-12: Limits - Limits for Harmonic Currents Produced by Equipment Connected to Public Low-Voltage Systems with Input Current > 16 A and ≦75 A per Phase.
[20] IEC 61000-3-3:2008, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-3: Limits - Limitation of Voltage Changes, Voltage Fluctuations and Flicker in Public Low-Voltage Supply Systems, For Equipment with Rated Current ≦16 A per Phase and Not Subject to Conditional Connection.
[21] IEC 61000-3-11:2000, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 3-11: Limits - Limitation of Voltage Changes, Voltage Fluctuations and Flicker in Public Low-Voltage Supply Systems - Equipment with Rated Current ≦75 A and Subjet To Conditional Connection.
[22] IEC 61000-4-15:2010, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-15: Testing and Measurement Techniques - Flickermeter - Functional and Design Specifications.
[23] IEC 61000-4-2:2009, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-2: Testing and Measurement Techniques - Electrostatic Discharge Immunity Test.
[24] IEC 61000-4-3:2010, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-3: Testing and Measurement Techniques - Radiated, Radio-Frequency, Electromagnetic Field Immunity Test.
[25] IEC 61000-4-4:2004, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-4: Testing and Measurement Techniques - Electrical Fast Transient/Burst Immunity Test.
[26] IEC 61000-4-5:2005, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-5: Testing and Measurement Techniques - Surge Immunity Test.
[27] IEC 61000-4-6:2008, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-6: Testing and Measurement Techniques - Immunity to Conducted Disturbances, Induced by Radio-Frequency Fields.
[28] IEC 61000-4-8:2009, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-8: Testing and Measurement Techniques - Power Frequency Magnetic Field Immunity Test.
[29] IEC 61000-4-11:2004, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 4-11: Testing and Measurement Techniques - Voltage Dips, Short Interruptions and Voltage Variations Immunity Tests.
[30] ANSI C12.1:2008, American National Standard for Electric Meters Code for Electricity Metering.
[31] IEC 61326-1:2012, Electrical Equipment for Measurement, Control and Laboratory Use - EMC Requirements - Part 1: General Requirements.
[32] IEC 61850-3:2002, Communication Networks and Systems in Substations - Part 3: General Requirements.
[33] IEC 60870-2-1:1995, Telecontrol Equipment and Systems - Part 2: Operating Conditions - Section 1: Power Supply and Electromagnetic Compatibility.
[34] IEC 60255-26:2008, Electrical Relays - Part 26: Electromagnetic Compatibility Requirements for Measuring Relays and Protection Equipment.
[35] IEEE 1613:2009, IEEE Standard Environmental and Testing Requirements for Communications Networking Devices Installed in Electric Power Substations.
[36] IEC 61000-6-1:2005, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 6-1: Generic standards - Immunity for residential, commercial and light-industrial environments.
[37] IEC TC 69/281/CD. IEC 61851-21-2:2013, Electric Vehicle Conductive Charging System - Part 21-2: EMC Requirements for Off Board Electric Vehicle Charging Systems.
[38] UL-2231-2:2012, Personnel Protection Systems for Electric Vehicle (EV) Supply Circuits: Particular Requirements for Protection Devices for Use in Charging Systems.
[39] IEC 61000-6-2:2005, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 6-2: Generic Standards - Immunity for Industrial Environments.
[40] IEC 61000-6-4:2006, Electromagnetic Compatibility (EMC) - Part 6-4: Generic Standards - Emission Standard for Industrial Environments.
[41] IEC 61800-3:2004, Adjustable Speed Electrical Power Drive Systems - Part 3: EMC Requirements and Specific Test Methods.
[42] IEC 61400-1:2005, Wind Turbines - Part 1: Design Requirements.
[43] IEEE 1547.1:2005, Standard for Conformance Test Procedures for Equipment Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems.
[44] DNV GL:2014, http://www.dnvgl.com/energy/
[45] Bureau Veritas:2014, http://www.bureauveritas.com/wps/wcm/connect/bv_com/group/home/your-industry/power-generation
[46] Intertek Testing Service:2014, http://www.intertek.com/energy/renewable/
[47] SGS:2014, http://www.sgs.com/en/Energy/Energy-Sources.aspx
[48] TÜV SÜD:2014, http://www.tuv-sud.com/industry/power-energy/
[49] UL:2014, http://industries.ul.com/energy-and-industrial-systems/
[50] 財團法人全國認證基金:認可項目內容。2011年10月,摘自 http://hr.taftw.org.tw/service/labinfo.aspx?code=1945。
[51] CNS 14607,2001年12月,電子式電度表,經濟部標準檢驗局。
[52] 財團法人全國認證基金:認可項目內容。2012年11月,摘自 http://hr.taftw.org.tw/service/labinfo.aspx?code=1113。
[53] 財團法人全國認證基金:認可項目內容。2012年11月,摘自 http://hr.taftw.org.tw/service/labinfo.aspx?code=2628。
[54] CNS 15511-3:2011年10月,電動車輛傳導式充電系統-第三部:安全要求,經濟部標準檢驗局。
[55] SAE J551-5:2012, Performance Levels and Methods of Measurement of Magnetic and Electric Field Strength from Electric Vehicles, 150 kHz to 30 MHz.
[56] 財團法人全國認證基金:認可項目內容。2012年3月,摘自 http://hr.taftw.org.tw/service/labinfo.aspx?code=1503。
[57] 財團法人全國認證基金:認可項目內容。2013年2月,摘自 http://hr.taftw.org.tw/service/labinfo.aspx?code=2684。
[58] Würth Elektronik, The Protection of USB 2.0 Applications, June 2009

QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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