臺灣博碩士論文加值系統

對於微電網內幹線、電源/負載分路之故障偵測，本研究發展電流方向偵測法，當故障發生時可以藉由故障電流方向以及故障兩端電驛間之通訊，比對後檢出故障發生線段。運用模擬器產生類比波形數據及過去核研所多區域微電網人工故障試驗之數據，進行電流方向偵測法測試，模擬器產生包括四類故障之模擬波形數據，所稱四類故障是指單相及兩相接地以及兩相與三相短路故障。本研究亦在核研所微電網內執行人工故障試驗，測試電驛雛型之故障偵測能力，亦測試電驛雛型與靜態開關聯合動作遮蔽故障電流的能力。

This study proposes a new current-direction detection method to effectively determine faulted sections on trunk lines, source/load laterals for multi-microgrids. Depending on the purpose of fault detection and location on trunk lines, source branches or load branches, the corresponding digital relays will apply the proposed current-direction detection method and exchange the data to their adjacent relays through a neighbor communication system.
Based on the simulation data, which include single phase to ground fault, double phase fault, double phase to ground fault, three phase fault of an analog signal machine, and the experiment data of INER multi-microgrid in 2015, the proposed current-direction detection method has been tested in detail. Field-test results have demonstrated that a prototype digital relay using the current-direction detection method can operate to detect and determine faulted sections in the INER multi-microgrid system. Last but not least, the ability of interrupting fault currents of a new static switch (a power-electronic switching device) has also been successfully tested with prototype digital relay.

目錄

摘要
Abstract
致謝
目錄
圖目錄
表目錄
第一章、緒論
1.1 研究背景
1.2 研究目的
1.3 研究成果
1.4 文獻回顧
1.5 各章重點
第二章、多區域微電網保護方法
2.1 前言
2.2 多區域微電網保護方法架構
2.3 故障電流檢出
2.4 故障電壓檢出
2.5 適用於四類十種故障
2.6 故障區間判別法(故障所在區間之方向偵測)
2.6.1 零交越點法
2.6.2 電壓電流平均偵測法
2.7 適用於多區域微電網的幹線及分路
2.8 本章結論
第三章、故障偵測方法及雛型電驛之測試方法
3.1 前言
3.2 運用即時模擬器之故障方向判斷測試方法
3.3 運用人工故障試驗數據之故障方向判斷測試方法
3.4 電驛雛型及靜態開關試驗
3.4.1 試驗目的
3.4.2 多區域人工故障試驗之安全考量
3.4.3 靜態開關試驗方法設計
3.4.4 試驗流程
3.4.5 試驗案例
3.5 本章結論
第四章、多區域微電網故障偵測方法之模擬測試結果
4.1 前言
4.2 運用即時模擬器之零交越點法測試結果
4.2.1 A相接地
4.2.2 B相接地
4.2.3 C相接地
4.2.4 三相短路
4.2.5 A、B相短路
4.2.6 B、C相短路
4.2.7 A、C相短路
4.2.8 A、B相短路接地
4.2.9 B、C相短路接地
4.2.10 A、C相短路接地
4.3 運用即時模擬器之電壓電流平均偵測法測試結果
4.3.1 A相接地
4.3.2 B相接地
4.3.3 C相接地
4.3.4 三相故障
4.3.5 A、B相短路
4.3.6 B、C相短路
4.3.7 A、C相短路
4.3.8 A、B相短路接地
4.3.9 B、C相短路接地
4.3.10 A、C相短路接地
4.4 運用人工故障試驗數據之電壓電流平均偵測法測試結果
4.4.1 單相接地故障
4.4.2 三相短路故障
4.5 本章結論
第五章、多區域微電網電驛雛型及靜態開關試驗結果
5.1 前言
5.2 多區域人工故障下的電驛雛型試驗結果
5.2.1 Case 1-1 A相接地故障
5.2.2 Case 1-2三相短路故障
5.2.3 Case 1-3 B、C相短路故障
5.2.4 Case 1-4 B、C相短路接地故障
5.3 靜態開關試驗結果
5.3.1 Case 2-1靜態開關承載測試
5.3.2 Case 2-2靜態開關試驗-兩區域解聯
5.3.3 Case 2-3靜態開關試驗-A相接地故障
5.4 分析與討論
5.4.1 數位濾波後檢測結果
5.4.2 運用電壓電流平均偵測法測試結果
5.5 本章結論
第六章、結論與未來研究方向
6.1 結論
6.2 未來研究方向
參考文獻

圖目錄

圖1.4-1、核研所微電網單線圖用於幹線電力潮流的區域劃分
圖1.4-2、核研所微電網市電併聯情境假設之潮流方向
圖1.4-3、核研所微電網孤島運轉情境假設之潮流方向
圖1.4-4、圖1.4-2與圖1.4-3電力潮流方向比較
圖2.2-1、微電網保護方法整體架構
圖2.4-1、移動視窗法示意圖
圖2.6-1、微電網電驛簡易網絡架構圖
圖2.6-2、故障前後電流方向示意圖
圖2.6-3、零交越點方向判別流程圖
圖2.6-4、零交越點法示意圖
圖2.6-5、三角波波形示意圖
圖2.6-6、(1/4,pre)與(1/4,post)取樣範圍示意圖
圖2.6-7、(1/4*,pre) 與 (1/4*,post) 取樣範圍示意圖
圖2.6-8、電壓電流平均偵測法流程圖
圖2.7-1、多區域微電網保護電驛分類示意
圖3.2-1、電驛測試儀器即時模擬波形
圖3.3-1、出現三角波之故障電壓、電流波形圖
圖3.4-1、微型電網試驗場
圖3.4-2、微電網單線圖(Zone1、Zone2)
圖3.4-3、故障電流分流示意圖
圖3.4-4、25kVA靜態開關試驗整體架構(測試靜態開關的額定功率及遮斷容量)
圖3.4-5、靜態開關人工故障試驗接線示意圖
圖3.4-6、對應於圖3.4-5 Zone 1及接地點的SLG序網路
圖3.4-7、多區域人工故障試驗單線圖(Case 1)
圖3.4-8、Case3測試靜態開關的電力潮流承載能力
圖3.4-9、25kVA靜態開關功率測試
圖3.4-10、靜態開關跳脫試驗
圖3.4-11、Case4 靜態開關位置圖
圖4.2-1、A相接地-電壓、電流波形
圖4.2-2、B相接地-電壓、電流波形
圖4.2-3、C相接地-電壓、電流波形
圖4.2-4、三相短路-A相電壓、電流波形
圖4.2-5、三相短路-B相電壓、電流波形
圖4.2-6、三相短路-C相電壓、電流波形
圖4.2-7、A、B相短路-A相電壓、電流波形
圖4.2-8、A、B相短路-B相電壓、電流波形
圖4.2-9、B、C相短路- B相電壓、電流波形
圖4.2-10、B、C相短路- C相電壓、電流波形
圖4.2-11、A、C相短路- A相電壓、電流波形
圖4.2-12、A、C相短路- C相電壓、電流波形
圖4.2-13、A、B相短路接地- A相電壓、電流波形
圖4.2-14、A、B相短路接地- B相電壓、電流波形
圖4.2-15、B、C相短路接地- B相電壓、電流波形
圖4.2-16、B、C相短路接地- C相電壓、電流波形
圖4.2-17、A、C相短路接地-A相電壓、電流波形
圖4.2-18、A、C相短路接地-C相電壓、電流波形
圖4.3-1、A相接地-電壓、電流波形
圖4.3-2、B相接地-電壓、電流波形
圖4.3-3、C相接地-電壓、電流波形
圖4.3-4、三相短路-A相電壓、電流波形
圖4.3-5、三相短路-B相電壓、電流波形
圖4.3-6、三相短路-C相電壓、電流波形
圖4.3-7、A、B相短路-A相電壓、電流波形
圖4.3-8、A、B相短路-B相電壓、電流波形
圖4.3-9、B、C相短路- B相電壓、電流波形
圖4.3-10、B、C相短路- C相電壓、電流波形
圖4.3-11、A、C相短路- A相電壓、電流波形
圖4.3-12、A、C相短路- C相電壓、電流波形
圖4.3-13、A、B相短路接地- A相電壓、電流波形
圖4.3-14、A、B相短路接地- B相電壓、電流波形
圖4.3-15、B、C相短路接地- B相電壓、電流波形
圖4.3-16、B、C相短路接地- C相電壓、電流波形
圖4.3-17、A、C相短路接地-A相電壓、電流波形
圖4.3-18、A、C相短路接地-C相電壓、電流波形
圖4.4-1、104年人工故障試驗幹線故障單線圖
圖4.4-2、單相接地故障量測點1之C相電壓、電流波形
圖4.4-3、單相接地故障量測點2之A相電壓、電流波形
圖4.4-4、單相接地故障量測點4之C相電壓、電流波形
圖4.4-5、三相短路故障量測點1之A相電壓、電流波形
圖4.4-6、三相短路故障量測點2之A相電壓、電流波形
圖4.4-7、三相短路故障量測點4之A相電壓、電流波形
圖5.2-1、Case1-1電驛與量測設備位置單線圖
圖5.2-2、Case 1-1量測點1之A相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-3、Case 1-1量測點2之A相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-4、Case 1-1量測點3之A相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-5、Case 1-1之#1電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-6、Case 1-1之#2電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-7、Case 1-1之#3電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-8、Case 1-1量測點3之C相電壓、電流波形圖
圖5.2-9、Case1-2電驛與量測設備位置單線圖
圖5.2-10、Case 1-2量測點1之三相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-11、Case 1-2量測點2之三相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-12、Case 1-2量測點3之三相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-13、Case 1-2之#1電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-14、Case 1-2之#2電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-15、Case 1-2之#3電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-16、Case1-3電驛與量測設備位置單線圖
圖5.2-17、Case 1-3量測點1之B、C相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-18、Case 1-3量測點2之B、C相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-19、Case 1-3量測點3之B、C相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-20、Case 1-3之#1電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-21、Case 1-3之#2電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-22、Case 1-3之#3電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-23、Case1-4電驛與量測設備位置單線圖
圖5.2-24、Case 1-4量測點1之B、C相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-25、Case 1-4量測點2之B、C相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-26、Case 1-4量測點3之B、C相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.2-27、Case 1-4之#1電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-28、Case 1-4之#2電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-29、Case 1-4之#3電驛：(a)故障訊號；(b)電流反向訊號
圖5.2-30、Case 1-4量測點1之A相電壓、電流波形圖
圖5.3-1、Case2-1電驛、量測設備與靜態開關位置單線圖
圖5.3-2、靜態開關承載狀況
圖5.3-3、Case2-2電驛、量測設備與靜態開關位置單線圖
圖5.3-4、Case 2-2量測點4之三相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.3-5、Case 2-2量測點2之三相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.3-6、Case 2-2量測點3之三相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.3-7、Case2-3電驛、量測設備與靜態開關位置單線圖 110
圖5.3-8、Case 2-3量測點4之A相：(a)電壓波形圖；(b)電流波形圖
圖5.3-9、Case 2-3之#4電驛故障訊號
圖5.4-1、三相短路故障-量測點2濾波後電壓
圖5.4-2、三相短路故障-量測點2濾波後電流
圖5.4-3、B、C相短路故障-量測點2濾波後電壓
圖5.4-4、B、C相短路故障-量測點2濾波後電流
圖5.4-5、B、C相短路故障-量測點3濾波後電壓
圖5.4-6、B、C相短路故障-量測點3濾波後電流
圖5.4-7、B、C相短路接地故障-量測點2濾波後電壓
圖5.4-8、B、C相短路接地故障-量測點2濾波後電流
圖5.4-9、濾波前後電壓相位比對
圖5.4-10、濾波前後電流相位比對

表目錄

表1.4-1、微電網市電/孤島各區出力狀況表
表2.6-1、故障前後電流方向示意表
表2.6-2、零交越點法判斷
表2.6-3、對應圖2.6 6之計算
表2.6-4、對應圖2.6 7之計算
表2.6-5、電流方向判別
表3.2-1、圖3.2 1數據計算之結果
表3.4-1、核研所人工故障試驗流程
表3.4-2、各量測點負責同學
表3.4-3、案例總表
表4.2-1、A相接地-零交越點計算
表4.2-2、B相接地-零交越點計算
表4.2-3、C相接地-零交越點計算
表4.2-4、三相短路-A相零交越點計算
表4.2-5、三相短路-B相零交越點計算
表4.2-6、三相短路-C相零交越點計算
表4.2-7、A、B相短路-A相零交越點計算
表4.2-8、A、B相短路-B相零交越點計算
表4.2-9、B、C相短路-B相零交越點計算
表4.2-10、B、C相短路-C相零交越點計算
表4.2-11、A、C相短路-A相零交越點計算
表4.2-12、A、C相短路-C相零交越點計算
表4.2-13、A、B相短路接地-A相零交越點計算
表4.2-14、A、B相短路接地-B相零交越點計算
表4.2-15、B、C相短路接地-B相零交越點計算
表4.2-16、B、C相短路接地-C相零交越點計算
表4.2-17、A、C相短路接地-A相零交越點計算
表4.2-18、A、C相短路接地-C相零交越點計算
表4.3-1、A相接地-電壓電流平均法計算結果
表4.3-2、B相接地-電壓電流平均法計算結果
表4.3-3、C相接地-電壓電流平均法計算結果
表4.3-4、三相故障-電壓電流平均法計算結果
表4.3-5、A、B相短路-電壓電流平均法計算結果
表4.3-6、B、C相短路-電壓電流平均法計算結果
表4.3-7、A、C相短路-電壓電流平均法計算結果
表4.3-8、A、B相短路接地-電壓電流平均法計算結果
表4.3-9、B、C相短路接地-電壓電流平均法計算結果
表4.3-10、A、C相短路接地-電壓電流平均法計算結果
表4.4-1、單相接地故障量測點1-電壓電流平均法計算結果
表4.4-2、單相接地故障量測點2-電壓電流平均法計算結果
表4.4-3、單相接地故障量測點4-電壓電流平均法計算結果
表4.4-4、三相短路故障量測點1-電壓電流平均法計算結果
表4.4-5、三相短路故障量測點2-電壓電流平均法計算結果
表4.4-6、三相短路故障量測點4-電壓電流平均法計算結果
表5.2-1、各案例偵測狀況總表
表5.4-1、三相短路於量測點#2之A相檢測於電壓電流平均法
表5.4-2、B、C相短路於量測點#2之B相檢測於電壓電流平均法
表5.4-3、B、C相短路於量測點#3之B相檢測於電壓電流平均法
表5.4-4、B、C相短路接地於量測點#2之B、C相檢測於電壓電流平均法

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