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研究生:吳孟修
研究生(外文):Meng-Xiu Wu
論文名稱:緊急狀態下工廠柴油發電機組的暫態穩定度研究
論文名稱(外文):Study on transient stability of plant diesel generator during emergency
指導教授:陳念波
指導教授(外文):Nien-Po Chen
口試委員:劉宗平吳傳福
口試委員(外文):Chung-Ping LiuTran-Fu Wu
口試日期:104-01-14
學位類別:碩士
校院名稱:元智大學
系所名稱:光電工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
畢業學年度:103
語文別:中文
論文頁數:90
中文關鍵詞:潮流負載暫態穩定度
外文關鍵詞:generator during emergency
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本論文主要再研究工廠僅及柴油發電機之暫態行為,重點在於探討大型緊急柴油發電機於廠內各種負載運轉時線路發生故障時之電壓及頻率變化。由於緊急柴油發電機容量較一般主發電機小,因此負載佔系統容量之相對比例較大,對電壓及頻率變化衝擊甚大;因此,在設計之初應就重要的暫態穩定度問題加以分析,以避免一些可能發生的不穩定現象。本論文以現有的緊急柴油發電機實例系統為研究對象,考量在各匯流排的代表性負載發生故障時,觀察不同故障清除時間下的系統影響,並求出其臨界清除時間以提供暫態穩定度分析之用。
In this thesis, and then only research facility and transient behavior of diesel generators focused on exploring large-scale emergency diesel generators to operate at full load voltage and frequency variations of the bus load when a fault occurs because of the emergency diesel generator capacity than the average small main generator therefore, the relative proportion accounted for a larger load capacity of the system voltage and frequency changes very big impact so In the beginning of the design should be analyzed on important issues transient stability In order to avoid some instability may occur In this paper, the existing emergency diesel generator system as the research object instances considered representative at each bus load failure observe the effects of different systems under fault clearing time and determine the critical clearing time to provide the transient stability analysis.
目錄
書名……………………………………………………………………i
審定書………………………………………………………………..ii
授權書…………………………………………………………………iii
中文摘要………………………………………………………………vii
英文摘要………………………………………………………………viii
誌謝…………………………………………………………………….ix
目錄……………………………………………………………………..x
圖目錄…………………………………………………………………..xii
表目錄……………………………………………………………...…..xxi
第一章 緒論……………………………………………………………1
1.1 研究動機……………………………………………………1
1.2 研究計畫與方法……………………………………………1
1.3 章節概要之說明……………………………………………2
第二章 大型工廠中電力系統之構想…………………………………3
2.1 電力系統架構………………………………………………3
2.2 工廠內部設備資料…………………………………………4
第三章 暫態穩定度分析………………………………………………6
3.1 前言…………………………………………………………6
3.2 暫態穩定度定義……………………………………………6
3.3 暫態穩定度分析……………………………………………8
3.3.1 系統模組架構………………………………………………9
3.3.2  系統故障解析事例…………………………………………14
3.3.3  系統暫態穩定度模擬………………………………………15
3.3.4 改善對策……………………………………………………80
第四章 結論……………………………………………………………88
第五章 未來展望.……………………………………………………….89
參考文獻………………………………………………………90










圖錄
圖P2.1 廠內電力系統架構(系統1)…………………………3
圖P3.1 無限匯流排架構圖……………………………………6
圖P3.2 等面積法………………………………………………8
圖P3.3 發電機模型…………………………………………10
圖P3.4 變電站模組…………………………………………11
圖P3.5 IEEE Type15激磁系統模型…………………………12
圖P3.6調速系統模組(IEEE AC1 Type2)……………………13
圖P3.7 PSS控制模組…………………………………………13
圖P3.8 電力系統模組與各系統網路之對應關係…………14
圖A3-1.1 TG1內部相角………………………………………17
圖A3-1.2 TG1發電機轉速……………………………………17
圖A3-1.3 TG1實功率輸出……………………………………17
圖A3-1.4 TG1虛功率輸出……………………………………17
圖A3-1.5 TG1端地紮…………………………………………18
圖A3-1.6 匯流排B3電壓……………………………………18
圖A3-1.7 發電機與變電站電壓之相位差…………………18
圖B3-2.1 TG1內部相角…………………………………….19
圖B3-2.2 TG1發電機轉速……………………………………19
圖B3-2.3 TG1實功率輸出…………………………………………19
圖B3-2.4 TG1虛功率輸出…………………………………………19
圖B3-2.5 TG1端電壓………………………………………………20
圖B3-2.6 匯流排B3電壓…………………………………………20
圖B3-2.7 發電機與變電站電壓之相位差…………………………20
圖B3-3.1 TG1內部相角……………………………………………21
圖B3-3.2 TG1發電機轉速…………………………………………21
圖B3-3.3 TG1實功率輸出…………………………………………21
圖B3-3.4 TG1虛功率輸出…………………………………………21
圖B3-3.5 TG1端電壓………………………………………………22
圖B3-3.6 匯流排B3電壓…………………………………………22
圖B3-3.7發電機與變電站電壓之相位差…………………………22
圖B3-4.1 TG1內部相角……………………………………………23
圖B3-4.2 TG1發電機轉速…………………………………………23
圖B3-4.3 TG1實功率輸出…………………………………………23
圖B3-4.4 TG1 虛功率輸出…………………………………………23
圖B3-4.5 TG1端電壓………………………………………………24
圖B3-4.6 匯流排B3電壓…………………………………………24
圖B3-4.7 發電機與變電站電壓之相位差…………………………24
圖B3-5.1 TG1內部相角………………………………………………25
圖B3-5.2 TG1發電機轉速……………………………………………25
圖B3-5.3 TG1實功率輸出……………………………………………25
圖B3-5.4 TG1虛功率輸出……………………………………………25
圖B3-5.5 TG1端電壓…………………………………………………26
圖B3-5.6匯流排B3電壓………………………………………………26
圖B3-5.7發電機與變電站電壓之相位差……………………………26
圖B3-6.1 TG1內部相角………………………………………………27
圖B3-6.2 TG1發電機轉速……………………………………………27
圖B3-6.3 TG1實功率輸出……………………………………………27
圖B3-6.4 TG1虛功率輸出……………………………………………27
圖B3-6.5 T1G端電壓…………………………………………………28
圖B3-6.6 匯流排B3電壓……………………………………………28
圖B3-6.7 發電機與變電站之電壓相位差……………………………28
圖B3-7.1 TG1內部相角………………………………………………29
圖B3-7.2 TG1發電機轉速……………………………………………29
圖B3-7.3 TG1實功率輸出……………………………………………29
圖B3-7.4 TG1虛功率輸出……………………………………………29
圖B3-7.5 T1G端電壓…………………………………………………30
圖B3-7.6 匯流排B3電壓……………………………………………30
圖B3-7.7 發電機與變電站之電壓相位差……………………………30
圖B3-8.1 TG1內部相角………………………………………………31
圖B3-8.2 TG1發電機轉速……………………………………………31
圖B3-8.3 TG1實功率輸出……………………………………………31
圖B3-8.4 TG1虛功率輸出……………………………………………31
圖B3-8.5 TG1端電壓…………………………………………………32
圖B3-8.6 匯流排B3電壓……………………………………………32
圖B3-8.7發電機與變電站電壓之相位差……………………………32
圖B3-9.1 TG1內部相角………………………………………………33
圖B3-9.2 TG1發電機轉速……………………………………………33
圖B3-9.3 TG1實功率輸出……………………………………………33
圖B3-9.4 TG1虛功率輸出……………………………………………33
圖B3-9.5 TG1端電壓…………………………………………………34
圖B3-9.6 匯流排B3電壓……………………………………………34
圖B3-9.7發電機與變電站電壓之相位差……………………………34
圖B3-10.1 TG1內部相角………………………………………………35
圖B3-10.2 TG1發電機轉速……………………………………………35
圖B3-10.3 TG1實功率輸出……………………………………………35
圖B3-10.4 TG1虛功率輸出……………………………………………35
圖B3-10.5 TG1端電壓…………………………………………………36
圖B3-10.6 匯流排B3電壓……………………………………………36
圖B3-10.7發電機與變電站電壓之相位差…………………………36
圖B3-11.1 TG1內部相角………………………………………………37
圖B3-11.2 TG1發電機轉速……………………………………………37
圖B3-11.3 TG1實功率輸出……………………………………………37
圖B3-11.4 TG1虛功率輸出……………………………………………37
圖B3-11.5 TG1端電壓…………………………………………………38
圖B3-11.6 匯流排B3電壓……………………………………………38
圖B3-11.7發電機與變電站電壓之相位差…………………………38
圖B3-12.1 TG1實功率輸出……………………………………………39
圖B3-12.2 TG1端電壓…………………………………………………39
圖B3-12.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………39
圖B3-12.4 電力相差角曲線…………………………………………39
圖B3-13.1 TG1實功率輸出……………………………………………40
圖B3-13.2 TG1端電壓…………………………………………………40
圖B3-13.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………40
圖B3-13.4 電力相差角曲線…………………………………………40
圖B3-14.1 TG1實功率輸出……………………………………………41
圖B3-14.2 TG1端電壓…………………………………………………41
圖B3-14.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………41
圖B3-14.4 電力相差角曲線…………………………………………41
圖B3-15.1 TG1實功率輸出……………………………………………42
圖B3-15.2 TG1端電壓…………………………………………………42
圖B3-15.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………42
圖B3-15.4 電力相差角曲線…………………………………………42
圖B3-16.1 TG1實功率輸出……………………………………………43
圖B3-16.2 TG1端電壓…………………………………………………43
圖B3-16.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………43
圖B3-16.4 電力相差角曲線…………………………………………43
圖B3-17.1 TG1實功率輸出……………………………………………44
圖B3-17.2 TG1端電壓…………………………………………………44
圖B3-17.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………44
圖B3-17.4 電力相差角曲線…………………………………………44
圖B3-18.1 TG1實功率輸出……………………………………………45
圖B3-18.2 TG1端電壓…………………………………………………45
圖B3-18.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………45
圖B3-18.4 電力相差角曲線…………………………………………45
圖B3-19.1 TG1實功率輸出……………………………………………46
圖B3-19.2 TG1端電壓…………………………………………………46
圖B3-19.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………46
圖B3-19.4 電力相差角曲線…………………………………………46
圖B3-20.1 TG1實功率輸出……………………………………………47
圖B3-20.2 TG1端電壓…………………………………………………47
圖B3-20.3 TG1發電機與變電站電壓之相位差………………………47
圖B3-20.4 電力相差角曲線…………………………………………47
圖B3-21.1 TG1實功率輸出……………………………………………48
圖B3-21.2 TG1端電壓…………………………………………………48
圖B3-21.3匯流排B3電壓……………………………………………48
圖B3-21.4 發電機與變電站之電壓相位差…………………………48
圖B3-21.5 發電機與匯流排B3電壓相位差…………………………48
圖B3-21.6 匯流排B3與變電站之電壓相位差………………………48
圖B3-22.1 TG1實功率輸出……………………………………………49
圖B3-22.2 TG1端電壓…………………………………………………49
圖B3-22.3匯流排B3電壓……………………………………………49
圖B3-22.4 發電機與變電站之電壓相位差…………………………49
圖B3-22.5 發電機與匯流排B3電壓相位差…………………………49
圖B3-22.6 匯流排B3與變電站之電壓相位差………………………49
圖C3-23.1 負載用量與發電機輸出關係……………………………54
圖C3-23.2 發電機運轉建議…………………………………………54
圖C3-23.3匯流排B3與發電機輸出50MW、廠內無負載狀態下電壓相位差之關係……………………………………………………………55
圖C3-23.4 匯流排B3與發電機輸出50MW、廠內負載50MW狀態下電壓相位差之關係…………………………………………………………………55
圖C3-23.5 匯流排B3與發電機輸出50MW、廠內負載100MW狀態下電壓相位差之關係…………………………………………………………………56
圖C3-23.6 廠內無負載狀態下發電機輸出50MW之負載潮流計算………………………………………………………………………57
圖D3-25.1 廠內負載與發電機輸出之關係…………………………64
圖D3-25.2 廠內發電機之運轉建議…………………………………64
圖D3-26.1 廠內負載與發電機輸出之關係…………………………69
圖D3-26.2 廠內發電機之運轉建議…………………………………69
圖E3-26.3 工廠負載與發電機輸出輸出0MW之負載潮流計算……70
圖E3-26.4 工廠負載160MW與發電機輸出輸出0MW之負載潮流計…71
圖E3-26.5 工廠負載與發電機輸出輸出100MW之負載潮流計算…72
圖E3-26.6 工廠負載160MW與發電機輸出輸出100MW之負載潮流計算…73
圖E3-27.1 發電機之運轉建議………………………………………76
圖E3-28.1 發電機之運轉建議………………………………………79
圖F1.1 發電機實功率輸出情況………………………………………83
圖F1.2 發電機端電壓…………………………………………………83
圖F1.3 發電機與變電站之電壓相位差………………………………84
圖F1.4 電力相差角曲線………………………………………………84
圖F2.1 發電機實功率輸出情況………………………………………85
圖F2.2 發電機端電壓…………………………………………………85
圖F2.3 發電機與變電站之電壓相位差………………………………86
圖F2.4 電力相差角曲線………………………………………………86
圖F2.5制動電阻能量吸收狀況………………………………………87







表錄
表2.1 變壓器資料……………………………………………………4
表2.2 輸電線資料……………………………………………………5
表2.3 發電機基本資料………………………………………………5
表2.4 其它設備容量…………………………………………………5
表3.1 發電機模組參數(單位:p.u.) ………………………………10
表3.2 事故模擬種類…………………………………………………16
表3.3 廠內負載與發電機輸出狀態…………………………………51
表3.4 發電機與變電站之電壓相位差………………………………52
表C3-24.1 三相接地事故狀態下發電機穩定範圍…………………59
表C3-24.2 發電機與變電站之電壓相位差…………………………60
表D3-25.1 廠內變壓器事故狀態下發電機穩定範圍………………62
表D3-25.2 廠內變壓器事故狀態下發電機與變電站之電壓相位差.63
表E3-26.1 廠內負載與發電機輸出匹配下之穩定與不穩定範圍…67
表E3-26.2 發電機與變電站之電壓相位差…………………………68
表E3-27.1 廠內負載與發電機輸出匹配下之穩定與不穩定範圍…75
表E3-27.2 發電機與變電站之電壓相位差…………………………76
表E3-28.1 廠內負載與發電機輸出匹配下之穩定與不穩定範圍…78
表E3-28.2 發電機與變電站之電壓相位差…………………………79

[1] 王能斌,<<工業配電系統可靠度分析及改善效益評估>>,民國九十四年十一月。
[2] Hadi Saadat, Power System Analysis Second Edition, McGraw-Hill Inc, 2008.
[3] C. T. Hsu, "Transient Stability Study of the Large Synchronous Motors Starting and Operating for the Isolated Integrated Steel-Making Facility", IEEE Trans. on Industrial Applications, vol. 39, no. 5, pp. 1436-1441, Sep./Oct., 2003.
[4] IEEE Special Stability Controls Working Group, "Static VAr Compensators Models for Power Flow and Dynamic Performance Simulation", IEEE Trans. on Power Systems, vol. 9, pp. 229-240, Feb., 1994.
[5] CYME PSAF User Guide, CYME International Inc., 2006.
[6] 江榮城,<<電力品質實務(一)>>,全華科技圖書,中華民國89年。
[7] Roy Billinton and Ronald N.Allen, Reliability Evalution of Power Systems , Third Printing, Plenum Press. New York and London, 1990.
[8] Jos Arrillaga and Neville R. Waston, Power System Harmonics, Second Edition, Reprited November 2004.
[9]蘇仁達,<<電力系統保護策略之研究>>,碩士論文,國立臺灣大學,電機工程學研究所,臺北,2000。
[10]張忠良,<<電力系統暫態穩定度研析>>,電機月刊,第十二卷,第七期,2002
[11]楊念哲,<<配電系統三相電力潮流分析技術研究>>,碩士論文,國立臺灣科技大學,電機工程系,臺北,2004。
[12] Vladislav Akhmatov and Peter Borre Eriksen, “A Large Wind Power System in Almost Island Operation - A Danish Case Study,” IEEE Transactions on power system, Vol. 22, NO.3, August, 2007.
[13] Reigh Walling, Lavelle Freeman and Warren Lasher, “Regulation Requirements with High Wind Generation Penetration in the ERCOT Market,” IEEE Power Engineering Society General Meeting, April, 2009.
[14] 陳清山、林育弘,<<應用STATCOM於風力發電系統電壓控制之模擬>>,中華民國第二十七屆電力工程研討會論文集,新竹,2006,第PA1.15.1-5頁。
[15] 王醴、黃偉、陳贊家,<<靜態同步補償器應用於風場之特性分析>>.,中華民國第二十八屆電力工程研討會論文集,2007,第D1.4-1-6頁。

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