臺灣博碩士論文加值系統

風力資源在不同地形、環境、季節下，所產生的功率分佈特性皆不相同，因此在風力資源供電的穩定性欠佳，當其在電力系統中裝置容量占比逐漸增加之後，對系統調度有相當影響。如何在台灣不同地區規劃一組能符合實際負載需求，且兼顧成本及安全目標之最佳風力發電機組配置型式，是本研究主要目標。
本論文利用有效風率及容量因數兩種指標，觀察風力發電機組對環境風場間的可利用率，再利用缺電時數當可靠度指標，藉由拉格朗日方程式結合成本及安全條件進行最佳化，可求出不同可靠度下，小型獨立型風力機組要如何搭配不同容量的蓄電池才能使電力發電機組之總建構成本最低，本論文亦將探討在風力發電機組之功率曲線及供應之負載變動時，是否對於最佳風機之成本之機組選擇會有所影響。
利用中央氣象局所取得2003~2008年台灣基隆港區、梧棲、台南永康、恆春、成功、澎湖馬公、澎湖東吉島及蘭嶼等八地區之逐時風速，及20種測試小型風力發電機組進行模擬，可規劃出在不同地區架設何種獨立式風力機組最佳，不同缺電時數下如何影響風機個數與蓄電池最佳容量的配置形式，亦將在本論文中有詳細模擬測試及討論。

Wind power resources are affected by the topography, environment and seasonal conditions. The fluctuational characteristics of wind result to poor stability of a power system with considerable ratio of wind production. The main objective of this thesis is to find the optimal allocation of stand-alone wind generator after considering the installation cost & system reliability.

The availability factor and capacity factor will be utilized to describe the correlation between the wind resources and the wind generation. Using the Loss of Load Hours (LOLH)as a reliable index, the Lagrangian Equation can integrate cost function & reliability constraints to get the optimal allocation of wind generators & batteries. The variation of power curve of wind generators & loads are considered to the impacts of optimal results.

The measured average hourly wind speeds of the following eight areas, Taiwan Ji long, Wu qi, Yong kang, Heng chun, Cheng gong, Peng hu Ma gong, Peng hu Dong Ji island and Lanyu, provided by the Central Weather Bureau the years 2003 and 2008 are simulated by 20wind generators. Based on the simulation results, the best wind generator in the corresponding 8 areas can be decided. Detailed discussions were undertaken to the impacts of different types of LOLH to the optimal allocations.

摘要 i
英文摘要 ii
目次 iii
表目錄 v
圖目錄 vi
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 10
1.3 論文架構及內容概述 11
第二章 風能轉換及發電系統架構 13
2.1 風能功率 13
2.1.1大型風力發電機之功率曲線 15
2.1.2風速高度修正公式 17
2.2 風力發電機組類型 19
2.2.1 風力機的分類 19
2.2.2 風力機組的選擇 20
2.2.3 風力機組之功率調節 21
2.3 風力發電系統模式 25
2.3.1 電瓶模型 26
2.3.2 充放電控制器 27
2.3.3 風力發電系統架構分析 28
第三章 風力發電系統可靠度及最佳化分析模式 29
3.1 風力發電系統可靠度分析 29
3.1.1 風力發電系統可靠度分析流程 29
3.1.2 負載模型 32
3.2 有限制條件之最佳化 34
3.2.1 拉格朗日方程式 34
3.2.2 最佳化方程式之限制函數 35
3.2.3 最佳化求解過程 37
第四章 風力發電機組特性及可靠度分析 39
4.1 測試風力機組規格及功率曲線 39
4.2 八地區風速分佈 41
4.2.1 風速分佈機率分佈分析 41
4.2.2 風機累計發電量機率分佈分析 45
4.3 分析指標 53
4.3.1 有效風率(Availability factor，AF) 53
4.3.2 容量因數(Capacity factor，CF) 56
4.4 風力發電系統可靠度模擬測試 64
4.4.1 缺電時數分析表 64
4.4.2 缺電時數分佈曲線圖 68
第五章 風力發電系統最佳容量規劃及靈敏度分析 75
5.1 台灣不同區域最佳化容量變化之分析 76
5.1.1 基隆港區 76
5.1.2 梧棲地區 80
5.1.3 台南永康 85
5.1.4 恆春地區 89
5.1.5 成功地區 93
5.1.6 澎湖馬公 98
5.1.7 澎湖東吉島 102
5.1.8 蘭嶼地區 106
5.2 功率曲線變動對最佳化容量變化之靈敏度分析 112
5.3 負載變動對最佳化容量變化之靈敏度分析 118
5.3.1 小型風機組 119
5.3.2 中型風機組 128
5.4 實際裝置案例測試 136
第六章 結論及未來展望 139
6.1 結論 139
6.2 未來展望 141
參考文獻 143

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