第一章 緒論
1.2 主要研究成果
本文將針對風機併網可能產生的逆送電力、孤島運轉、電壓波動、併聯電 壓突降、電壓控制、短路電流、保護裝置、保護協調、系統不平衡、最大併聯容 量、併聯點、併聯要求、併聯變壓器接線方式、功因改善、接地方式等問題先進 行探討研究，同時並研發所需元件與系統之數學模型，以瞭解風力發電與市電系 統併聯時造成的影響，以資進一步瞭解風力發電機併網時所須注意之事項、研擬 保護協調策略及相關配套措施等，並探討我國相關法規各相關條文之適切性及需 增、修訂之處或方向。
本期研究的主要議題簡述如下：
(1) 風力發電機相關技術資料與文獻之蒐集。
(2) 國內外風力發電系統規劃、設計、運轉與維護等相關技術資料與文獻 之蒐集。
(3) 風力發電機與市電系統併聯所可能造成衝擊之探討與分析。
(4) 風力發電機與市電系統併聯之技術探討與效益分析。
(5) 風力發電機併網衝擊分析用元件與系統數學模型之開發。
其中第(1)及(2)項有關「國內外風力發電相關技術資料與文獻之蒐集」以及
「國內外風力發電系統規劃、設計、運轉與維護等相關技術資料與文獻之蒐集」
部份已大有斬獲，截至目前為止已蒐集到近兩百篇有關的研究報告與論文，五十 多篇歐洲風能協會(EWEA)、美國風能協會(American Wind Energy Association, AWEA) 、美國電力研究協會 (Electric Power Research Institute, EPRI) 、德國 DIgSILENT 電力系統顧問及軟體開發公司等所發表的技術論文及研究報告等，
三個國內風力發電廠規劃、設計、運轉或維護相關技術資料，對本計畫之進行大 有裨益，然因國內外風力發電系統正蓬勃發展，相關技術不斷推陳出新，是故本 研究仍將持續蒐集，以充分掌握發展現況及最先進技術。
第(3)項有關「風力發電機與市電系統併聯所可能造成衝擊之探討與分析」
之研究工作，刻正積極進行中，主要就逆送電力至輸電系統、孤島運轉、電壓波 動、併聯電壓突降、電壓控制、短路電流、保護裝置、保護協調、系統不平衡、
最大併聯容量、並聯點、併聯要求、併聯變壓器接線方式、功因改善、接地方式 等所可能造成之衝擊及嚴重等級，並就以上問題可能因系統型態、接地方式及風 力發電機種類等之不同而有不同衝擊進行探討與分析，以做為後續系統綜合模 擬、分析與探討之基礎。
第(4)及(5)項有關「風力發電機與市電系統併聯之技術探討與效益分析」及
「風力發電機併網衝擊分析用元件與系統數學模型之開發」兩項研究工作，亦正 積極進行中，主要之初步研究成果，簡述如下。
(1)對系統保護之衝擊研究
對於自動復閉裝置、測距保護及過電流保護協調等之影響、短路電流的 重新分配已完成理論基礎分析，以作為後續電腦模擬之依據。
(2)相關之保護設定準則
電壓驟降、頻率變動、保護電驛之規劃均已參考國內、外相關法規並加
以分析、歸類成具體的準則，利於後續研究。
(3)孤島運轉研究
有關風力發電系統的單獨運轉檢出之相關技術已發展出各種型態的方 法，目前已在市面上的除了傳統的轉移跳脫(Transfer Trip)方式，其他較 被認同的方式為被動型的電壓大小檢出、頻率變化率檢出、相位移檢 出、電流第三諧波變動偵測等方法。上述各種方法之基本原理已整理完 成，利於後續研究。
(4)風速模型
風是由於地球自轉與太陽輻射不均而引起的空氣循環流動，其變化無一 定型式且難以捉摸，如何有效且完整描述風速變化十分重要，本研究為 完整描述日風速變化情形，機定將風速資料之時間間隔設為 2 分鐘，因 此每日風速資料將有 720 筆之多，本研究所完成之風速模型其時間間隔 可依實際需求加以調整，以因應不同之研究需求。本模型不僅可描述出 瞬間風速變化情形，更可完整呈現日(0~24 時)變動走勢。
(5)感應發電機模型
本論文採用 ARENE 內建之通用非同步機模型作為感應發電機模型。此 非同步機模型內含一簡單
∆
-Y 變壓器，供使用者隔離零序成份或昇壓 與降壓用，除此之外，使用者亦可選用獨立的變壓器模型，依需求設定 完整的變壓器參數。在參數設定方面，由於模型是以派克分量(Park components)為基礎建構的，因此可直接設定直軸(d-axis)、交軸(q-axis) 與零相序成份或以輸入等效模型參數，經內部計算後自行轉換為直軸、交軸與零相序成份的方式處理。在機械轉矩方面，使用者可從固定轉矩 模式、機械轉矩與電氣轉矩一致的完美模式、機械轉矩與轉子速度相依 之曲線模式及使用者自訂模式等四種模式中選用適切之轉矩模式，並設
定相關參數，亦可自行建構轉矩模型使用。
(6)風機控制系統
風機控制系統主要是根據感應發電機與風力渦輪機之特性所設計的。然 而為達降低系統計算量與簡化分析之目的，本論文所建構之風機控制系 統乃以特性曲線及控制方塊為主架構，搭配線性內插法藉以延展及細膩 化內建風速資料，已取得更細膩的風速波形。
(7)風力發電系統整合模型
風力發電系統整合模型乃將上述風速模型、感應發電機模型、風機控制 系統及自激電容器組(補償電容器組)整合為一個次系統，此模型不僅較 原分散式模型節省空間，更能有效縮短除錯時間。