臺灣博碩士論文加值系統

本論文旨在評估未來台灣鐵路雙軌化、捷運化與提速對牽引變壓器容量與列車受電電壓之影響。研究範圍包括列車動態位置圖之模擬、標的系統日負載曲線估算與牽引電力系統電力潮流分析等論題。
本論文首先針對捷運與台鐵列車之牽引負載特性進行分析，藉由其供電架構與方式、牽引馬達的運轉特性與能源轉換效率關係，以及行車動態等資訊的了解與掌握，並透過軟體程式的開發，即得以模擬出台鐵東/西部標的系統之日負載曲線。並藉由模擬與實際量測比對，驗證其列車運轉特性符合未來需求。最後為考量未來列車班次與行駛速度的提升對牽引系統之影響，亦結合Simulink與牽引系統電力潮流程式分析牽引負載對其所連接電力系統之影響，其分析結果得以評估各時間點下，列車數量、車次、消耗功率、受電電壓與距離之關係，使得評估工作不再侷限於變壓器容量考量，而能觀察牽引負載對牽引系統影響之全貌。本論文研究結果可供國內外相關工程師執行相關軌道系統規劃、設計及運轉時之參考與運用。

The purpose of this thesis is to evaluate the effect of the capacity of traction substation and the supply voltage of trains after the railway system replacing to double tracks, boosting speed, and adding the train's shifts in the future. The simulation of train’s dynamic positions, Daily Load Curve evaluation of PU systems and the powerflow analysis of traction systems are included in the thesis.
To make the program in the software to simulate the Daily Load Curve of Eastern and Western PU system, this thesis analyzes the load’s characteristic of railway and MRT system by their voltage supplied structure, the way of motor operation, the relation of torque transfer to energy and timetable in the beginning. After simulation, comparing simulated values with the real measure values to make sure the train’s operational curve fit in the future. Consider to the effect that cause by the train shift increasing and boosting speed this thesis use the powerflow program along with Simulink to study the relation of voltage drops and traction loads from the simulation results in the last. The result could show the train number, power consumption and the relation of train’s position and voltage drops in any time that make the evaluation not only consider the capacity of traction substation but whether the voltage drops influence of load to traction system meet criterion. The study result could offer both at home and abroad engineers and consultants to execute rail system planning, designing, operating and be a reference.

中文摘要 I
ABSTRACT II
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 X
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究方法與流程 2
1.3 研究貢獻 4
1.4 論文架構 5
第二章 牽引電力系統組成及相關技術規範介紹 7
2.1 前言 7
2.2 牽引變電站 7
2.2.1 牽引變電站結構 7
2.2.2 牽引變電站功能 8
2.2.3 典型台鐵牽引變電站架構 9
2.3 電車線 10
2.3.1 電車線饋電方式 10
2.3.2 電車線饋電型式 11
2.3.3 電車線系統及其限制 12
2.4 牽引負載 13
2.5 牽引電壓 14
2.5.1 牽引電壓種類 14
2.5.2 牽引電壓標準與規範 15
2.6 本章小結 20
第三章 列車運轉特性模擬與分析 21
3.1 前言 21
3.2 列車能耗評估方法 21
3.3 追速模式介紹 23
3.4 日負載曲線評估方法 24
3.4.1 列車種類及模擬方式 25
3.5 花蓮15MVA標的饋電系統簡介 28
3.5.1 正常供電之標的系統 28
3.5.2 正常供電之日負載曲線結果 29
3.5.3 跨區供電之標的系統 33
3.5.4 跨區供電之日負載曲線模擬結果 33
3.5.5 正常供電與跨區供電模擬結果比較 36
3.6 南港25MVA標的饋電系統簡介 38
3.6.1 正常與跨區供電之標的系統 38
3.6.2 正常供電之負載曲線模擬結果 41
3.6.3 跨區供電之負載曲線模擬結果 45
3.7 花蓮系統模擬與實際量測之比較 47
3.7.1 實際量測資料之處理步驟 47
3.7.2 追速模式之模擬方式及步驟 48
3.7.3 花蓮系統列車實際量測與模擬之比較結果 49
3.8 本章小結 52
第四章 牽引電力系統之連續電力潮流分析 53
4.1 前言 53
4.2 牽引系統之數學模型推導 53
4.2.1 電源系統等效數學模型 53
4.2.2 變壓器數學模型 55
4.2.3 電車線系統數學模型 61
4.3 牽引負載數學模型 64
4.4 牽引饋電系統元件等效電路模型之建構 65
4.5 牽引電力系統連續電力潮流模擬方法 69
4.6 牽引電力系統連續電力潮流模擬結果 71
4.7 本章小結 76
第五章 結論與未來研究方向 77
5.1 結論 77
5.2 未來研究方向 78
參考文獻 79

[1]席寶祥，「穩態運轉下高速鐵路牽引電力系統之分析與設計」，國立清華大學博士論文，民國八十七年。
[2]李源洲，「Matlab/Simulink在高速鐵路牽引饋電系統模擬程式開發上之應用」，國立台灣科技大學碩士論文，民國九十一年。
[3]陳文晉，「台鐵捷運化基隆至新竹供電變電站之容量研究」，國立台北科技大學碩士論文，民國九十二年。
[4]鍾志成，「列車運轉時分與能源消耗之定性分析」，中興工程，第九十七期。
[5]T. H. Chen, R. N. Liao “Modelling, simulation, and verification for detailed short-circuit analysis of a 1×25kV railway traction system,” IET Generation, Transmission&Distribution, vol 10, issue 5, 2016.
[6]第三軌供電示意圖http://www.weixinnu.com/tag/article/623429387
[7]梁火南，「改善電車線系統以提升台鐵供電品質之評估研究」，國立台北科技大學碩士論文，民國九十四年。
[8]李宏富，「台鐵局49.5mm2主吊線改為95mm2之研究」，建國科技大學-碩士論文，民國一零二年。
[9]EN 50163, “Railway applications. Supply voltages of traction systems”, 2004.
[10]IEC 60850, “Railway application-Supply voltages of traction systems”, Second edition, 2000.
[11]UIC600,“ Electric traction with aerial contact line”.
[12]潘幸璟，「列車運行耗能最適化之模擬與分析」，國立臺灣科技大學碩士論文，民國一百零五年。
[13]宋豐華，「列車運轉曲線之自動規劃與動態模擬研究」，國立台北科技大學碩士論文，民國八十八年。
[14]林宜勝，「軌道列車最短時間運轉曲線自動規劃程式的研發」，國立台北科技大學碩士論文，民國九十年。
[15]C. S. Chen, H. J. Chuang, J. L. Chen, “Analysis of Dynamic Load Behavior for Electrified Mass Rapid Transit Systems,” IEEE Industry Applications Conference, vol. 2, pp992-998 (1999).
[16]B.A. Ross, “Meeting tomorrow’s railroad power requirement,” IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, vol. PAS-90, no. 2, pp.393-400 (1971).
[17]陳智淵，「台北捷運系統列車運行動態模擬」，國立臺灣科技大學碩士論文，民國九十一年。
[18]曾乙申，「捷運系統列車績效模擬與交/直流負載潮流分析之整合」，國科會報告NSC87-2213-E-161-001，民國八十七年七月。
[19]劉居璘，「捷運系統列車之最大速度與加速度對節能之影響」，國立臺灣科技大學碩士論文，民國九十七年。
[20]S.V. Raygani, A. Tahavorgar, S. S. Fazel, B. Moaveni, “Load flow analysis and future development study for an AC electric railway,” IET Electrical Systems in Transportation, vol. 2, pp. 139-147 (2012).
[21]Sheilah Frey, “Railway Electrification Systems & Engineering”, First Edition, 2012, ISBN 978-81-323-4395-0.
[22]A. Capasso, R. Lamedica, F. M. Gatta, A. Geri, M. Maccioni, A. Ruvio, “Individual driving style impact on traction energy consumption in railway lines: A simulation model,” IEEE Conference Publication, pp. 665-670 (2016).
[23]陳木慶，「互動式高速鐵路列車運行模擬系統之研發」，國立台灣科技大學碩士論文，民國九十六年。
[24]宋豐華，「列車運轉曲線之自動規劃與動態模擬研究」，國立台北科技大學碩士論文，民國八十八年。
[25]交通部台灣鐵路管理局網站，東部幹線營業里程。
http://www.railway.gov.tw/tw/cp.aspx?sn=3613
[26]GPS Visualizer
http://www.gpsvisualizer.com/
[27]陳登輝，「利用Matlab-Simulink開發配電系統模擬程式」，國立臺灣科技大學碩士論文，民國九十三年。
[28]W. H. Kersting and R. K. Green, “The Application of Carson’s Equation to the Steady –State Analysis of Distribution Feeders,” Power Systems Conference and Exposition (PSCE), pp.1-6(2011).
[29]台灣世曦工程顧問股份有限公司，「台鐵電力系統模型建置及系統分析研究報告」，民國一零四年。
[30]C. S. Chen, H. J. Chuang, L. J. Fan, “Design of Main Transformer Capacity for Electrified Railway Power Systems,” IEEE, International Conference on Power System, vol. 1, pp.311-316 (2000).
[31]C. S. Chen, H. J. Chuang, C. H. Lin, “Optimal Expansion Planning of Traction Substations for an Electrified Mass Rapid Transit System”, IEEE, International Conference on Power System, (2006).
[32]T. H. Chen, H. Y. Kuo, “Simulation of Daily Load Curves at Traction Substations along an Electric Railway,” IEEE, International Conference on Power System, vol. 2, pp.708-713, (1998).
[33]許炎豐，「2×25kv高速鐵路系統之電壓降與短路故障分析」，國立臺灣科技大學博士論文，民國八十八年。
[34]朱文賢，「高速鐵路牽引系統電壓不平衡及諧波改善之研究」，國立台灣科技大學碩士論文，民國九十六年。
[35]柯唯翔，「鐵路牽引系統電力品質之分析與程式開發」，國立台灣科技大學碩士論文，民國一百年。