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行政院國家科學委員會專題研究計劃成果報告 整合配電自動化(DAS)與自動圖資 (OMS)之智慧型配電系統規劃與運轉策略研究 子計畫四：含分散式電源之智慧型微電網電力 品質與供電可靠度分析 NSC 97-2221-E-218-058 主持人：許振廷 教授 南台科技大學 電機系 1 大綱 研究背景與動機 研究方法與成果 1. 研究配電饋線 2. DG對配電系統衝擊分析方法 3. WG對配電系統衝擊分析 4. WG最大裝置容量分析 結論 2 研究背景與動機 分散式電源(風力發電、太陽光電、小水力發電及汽電共生等) 一般會接引 於電力公司之配電系統，這些DG會對現有配電系統之規劃、運轉與保護 策略產生重大的影響。 ECC（微電網分散式電源控制中心） 含高敏感性負載饋線 Feeder A SD PCC Feeder B DG(風力發電、太陽 光電等)+DS(BES、 SMES等) Sensitive Loads Sensitive Loads 分散式電 源控制器 傳統饋線 PCC (責任分界點) 斷路器 SD（敏感性饋 線保護開關） 3 本年度計劃在執行DG對配電系統的衝擊分析與最 大裝置容量評估。首先經由OMS系統、拓樸分析 與節點簡化獲得配電饋線模型，然後分析風力發 電對配電系統電壓、逆送電力、電壓閃爍、故障 電流與電力諧波的影響，並探討風機併接於饋線 不同位置下之最大裝置容量。 分析DG與DS和配電系統併聯運轉及微電網獨立 運轉的策略、探討DG之最佳裝設位置、饋線開關 最佳化規劃，期可讓電力公司在執行智慧型配電 系統的規劃與運轉時，除可增加DG的滲透率外， 亦可維持良好的電力品質與供電可靠度。 4 研究配電饋線 其它饋線 負載 B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 台電 SPC S/S 主變壓器 WG 升壓 變壓器 風力 發電廠 2X 2.3MW 5 P & Q (kW & kvar) 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Active Power Reactive Power P & Q (kW & kvar) 1 3 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (hour) Active Power Reactive Power 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 Time (hour) 6 DG對配電系統衝擊分析方法 1. 負載潮流分析 確定電壓變動率、逆送電力與線路熱容量是否超出管制標準。 VkDG Vk V(%) 100% Vk 2. 短路故障分析 與系統直接併聯的DG，依設備裝置容量與次暫態電抗計算其所貢獻的故障電 流大小。使用電力轉換器的DG，則採用電力轉換器額定電流的2倍大小做為 其故障電流大小。 3. 諧波分析 計算風機所造成責任分界點之諧波電流公式為 N WT I I h n i 1 i h ,i 4. 電壓閃爍分析 在IEC61400-21中，若有多部風機併接至共同點k，那這些風機在連續運轉狀 態的閃爍係數總和，可由下面的方程式來評估。 Pst 1 Sk N WT ci k , v a Sn,i i 1 2 P V10 st 3 7 WG對配電系統衝擊分析 負載潮流分析 1.077 1.084 1.021 尖峰運轉 離峰運轉 1.029 0.985 0.995 由負載潮流分析可知在尖峰運轉時，風機功因在1.0與0.85落後時，其電壓 變動率為3.6%與9.2%。離峰運轉時，風機功因在1.0與0.85落後時，其電 壓變動率為3.4%與8.9%。此外，離峰運轉時，有約350kW的逆送電力。 8 短路故障、電壓閃爍與諧波分析 7728 2087 由短路故障分析可知，WG提供之故障 電流約為466A，最大短路故障電流為 饋線口的7728A。 併接點之短路容量為32MVA，電壓閃 爍係數c(Ψk, va)為3.89，電壓閃爍步 階因數kf(Ψk)為0.072，由此可計算出 連續運轉與切入運轉之電壓閃爍分別 為0.132%與0.055%。 由廠商提供變頻器所產生之各級諧波電流 百分比，執行諧波潮流分析可獲得PCC之 諧波電流與電壓大小，較大之諧波電流為 第 13 與 17 級 的 0.60% 與 0.50% ， ITHD 為 1.35%，各級諧波電流與總諧波電流失真 百分比皆在台電管制標準內，而VTHD 為 2.28%也低於IEEE建議值。 9 WG最大裝置容量分析 風力發電使用感應發電機組經升壓變壓器與台電併聯，感應發電機額定 功率2300kW，次暫態電抗為0.25pu。變壓器額定容量為感應發電機容量 之1.25倍、阻抗4.21%。探討12種事例的電壓變動率、故障電流、線路 容量、電壓閃爍、逆送潮流與躉售電力，在不超過台電現行管制標準下， 分析此一配電系統所能併接之最大WG裝置容量。 10 風機併接於饋線末端 電壓變動率5%之限制 電壓變動率2.5%之限制 風力發電併接於饋線末端會受到5%電壓變 風力發電併接於饋線末端會受到2.5%電壓 動率的限制，最大風機裝設容量為 變動率的限制，最大風機裝設容量為 2.3MVA(1.96MW) 。 1MVA(0.85MW) 。 11 風機併接於饋線中間 電壓變動率5%之限制 電壓變動率2.5%之限制 風力發電併接於饋線中間會受到5%電壓變 風力發電併接於饋線中間會受到2.5%電壓 動率的限制，最大風機裝設容量為 變動率的限制，最大風機裝設容量為 2.1MVA(1.79MW) 。 4.2MVA(3.57MW) 。 12 風機以專線併接於饋線口 風力發電併接於饋線口時，躉售電力限制了風機最大 只能裝設5MW。 13 結論 本計劃首先針對含風力發電之台電實際配電饋線進行衝擊分析 ，當風機滿載發電且功因在0.85落後時，穩態電壓變動率會超 出5%的限制值。此外，對饋線所能裝設最大風機容量而言， 不論風機併接於饋線末端或中間，皆會受到電壓變動率的限制 ﹔若併接於饋線口，則會受到躉售電力的限制。 適當的控制分散式電源與訂定合適的再生能源併聯條件是相當 重要的，由本計劃的分析可建議電力公司維持5%的電壓變動 率，並放寬躉售電力與逆送電力的限制，配合在適當時機控制 分散式電源的實、虛功率輸出，如此既可提高分散式電源於配 電系統的滲透率，又可維持電力系統的供電品質。 14 謝 敬 謝 請 聆 指 聽 教 15