第五章 結果與討論
5.4 輻射型微型電網系統之規畫與設計:
5.4.3 孤島型微電網系統之電壓衝擊分析
當市電系統發生異常斷電事故，無法正常供電時，微電網系統將由併網運轉模式轉換 為孤島運轉模式，藉以維持區域性用電負載正常運作。本節內容將以單一配電饋線之用電 負載，作為孤島型微電網系統之供電範圍，探討所設置各微型發電機組(包含再生能源發電 機組，與非再生能源發電機組)設置位置、裝置容量、運轉功因等因素，對於配電系統電壓 變動之影響衝擊與模擬分析，模擬示意圖如圖 5-131 所示。本次模擬內容，將針對單一饋 線之微電網系統進行分析，並將依照饋線上負載之分布情形，約略分為帄均分布負載、遞 增分布負載，以及遞減分布負載等三種類型。再生能源發電機組的併網位置，將分別假設 為饋線前端(Bus1)、饋線中間(Bus5)，以及饋線末端(Bus10)等三處，再生能源發電機組的發 電容量選擇影響電壓變動較為劇烈的6MVA，運轉功因選擇 1.0、0.98 超前，以及 0.85 落後
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0.97 0.975 0.98 0.985 0.99 0.995
1 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case SC installed in Bus3 SC installed in Bus7 SC installed in Bus12
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
0.97 0.975 0.98 0.985 0.99 0.995
1 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case SC installed in Bus3 SC installed in Bus7 SC installed in Bus12
網之模擬結果，作為基準饋線匯流排電壓。
主變壓器
主變二次側 其他饋線及總負載
Bus 1
市電系統
靜態開關 (切離)
孤島型微電網
系統 EMS
柴油發電機 微型渦輪機
風力發電系統
太陽能發電 系統
可控制負載
Bus 2 Bus 3 Bus 4 Bus 5 Bus 6 Bus 7 Bus 8 Bus 9 Bus 10
能源管理系統 控制線路
微電網系統內多種 分散資源併網位置
圖5-131 孤島型微電網系統之模擬系統示意圖
5.4.3.1 饋線負載均勻分布
本研究案例為饋線負載均勻分布時，探討孤島型微電網系統內再生能源發電機組與非 再生能源發電機組之併網位置與併網容量，對於配電系統之電壓衝擊與影響。本節模擬案 例內容繁多，所有模擬條件與模擬結果將匯整於表5-12 所示。模擬結果顯示，由於孤島型 微電網系統內的主要穩定電源與負載間的距離較短，且忽略主變壓器與其他饋線及總負載 對饋線上匯流排電壓所造成的影響。因此，相較於前述併網型微電網系統之穩態分析結果，
孤島型微電網系統之匯流排電壓變動幅度明顯較小。然而，雖然孤島型微電網系統的穩態 電壓幅度變化不大，但是其主要穩定電源之短路容量相較於市電系統，仍顯得微不足道。
因此，倘若孤島型微電網系統內，發生大容量馬達性負載之瞬間切換，其所造成的暫態響 應將較為嚴重。此外，模擬結果亦顯示，當主要穩定電源設置位置與再生能源併網點位於 同一點時，再生能源發電機組之運轉功因對於整條饋線之電壓變動影響甚微。然而，若主 要穩定電源設置位置，與再生能源發電機組間的距離越遠，其對於整條饋線電壓變動之影 響則較為劇烈。綜觀整體模擬結果顯示，主要穩定電源設置於饋線中間(Bus5)，亦即靠近 饋線負載重心位置，整體饋線電壓變動較小，詳如圖5-132~圖 5-140 所示。
表5-12 孤島型微電網系統模擬案例(一)
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-134 孤島型微電網系統於饋線負載帄均分布之饋線電壓圖(3)
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-137 孤島型微電網系統於饋線負載帄均分布之饋線電壓圖(6)
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-140 孤島型微電網系統於饋線負載帄均分布之饋線電壓圖(9)
1.015 Bus Voltage Values for Average Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-141 孤島型微電網系統於饋線負載遞增分布之饋線電壓圖(1)
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-144 孤島型微電網系統於饋線負載遞增分布之饋線電壓圖(4)
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-147 孤島型微電網系統於饋線負載遞增分布之饋線電壓圖(7)
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Increase Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
5.4.3.3 饋線負載遞減分布
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-151 孤島型微電網系統於饋線負載遞減分布之饋線電壓圖(2)
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-154 孤島型微電網系統於饋線負載遞減分布之饋線電壓圖(5)
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case
DG Bus10 6MW pf=1
DG Bus10 6MW pf=0.98 leading DG Bus10 6MW pf=0.85 lagging
圖 5-157 孤島型微電網系統於饋線負載遞減分布之饋線電壓圖(8)
圖 5-158 孤島型微電網系統於饋線負載遞減分布之饋線電壓圖(9)
5.4.3.4 結果與討論
本研究案例為探討孤島型微電網系統內再生能源發電機組與非再生能源發電機組之併 網位置與併網容量，對於配電系統之電壓衝擊與影響。整體模擬結果顯示，由於孤島型微 電網系統之穩定電源與負載間的距離較短，因此，相較於併網型微電網系統之穩態分析結 果，孤島型微電網系統之匯流排電壓變動幅度明顯較小。當主要穩定電源設置位置與再生 能源併網點位於同一點時，再生能源發電機組之運轉功因，對於整條饋線之電壓變動影響 甚微。然而，若主要穩定電源設置位置，與再生能源併網點間的距離越遠，其對於整條饋 線電壓變動之影響則較為劇烈。整體而言，當主要穩定電源設置於負載重心附近時，整體 饋線電壓之變動較小，反之，整體饋線電壓之變動將提升。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.98 0.985 0.99 0.995 1 1.005 1.01
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus5 6MW pf=1
DG Bus5 6MW pf=0.98 leading DG Bus5 6MW pf=0.85 lagging
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0.98 0.985 0.99 0.995 1 1.005 1.01
1.015 Bus Voltage Values for Decrease Load Arrangement
Bus Number
Bus Voltage (pu)
Base Case DG Bus1 6MW pf=1
DG Bus1 6MW pf=0.98 leading DG Bus1 6MW pf=0.85 lagging
5.4.4 分散式放置靜態電容器對孤島型微電網系統之電壓衝擊改善
本節內容將利用上述孤島型微電網之模擬成果，選擇電壓變動幅度較為顯著的模擬案 例，探討將靜態電容器(SC)分散式裝設至饋線前端、饋線中端，以及饋線末端時，對於饋 線電壓改善之模擬與分析。本節模擬案例內容將所有模擬條件與模擬結果，匯整如表 5-15 所示。由於單一饋線微電網系統之智慧型開關，可能會將微電網系統與變電所內所裝設靜 態電容器進行完全隔離，因此，本模擬案例僅針對靜態電容器設置於不同饋線上匯流排位 置之模擬結果，進行比較與說明。
模擬結果如圖5-159~圖 5-167，若將靜態電容器組(SC)的設置位置鄰近主要穩定電源，
雖然可以降低主要穩定電源對於饋線負載虛功率之供應，進而提升整體孤島系統運轉的經 濟效益。然而，對於整體饋線電壓控制之改善效果，卻與完全不裝設靜態電容器組的結果 相似。反之，若能將靜態電容器組的設置地點，遠離主要穩定電源設置位置，則靜態電容 器組將能同時提升整體孤島系統運轉效益，並改善整體饋線電壓。因此，針對孤島型微電 網系統，若欲選擇較適切之靜態電容器組設置位置，則必頇先考量整體孤島微電網系統內 所有分散式資源之設置位置，以及設置容量，唯此，才能確實能為我國配電系統建立更友 善(friendly)的微型電網系統發展帄台。
表5-15 分散式放置靜態電容器對於孤島型微電網系統之模擬案例
分散式放置靜態電容器對於孤島型微電網系統之電壓衝擊改善
非再生能源發電機組(穩定電源)併網位置(Bus) 1
再生能源發電設備併網位置(Bus) 10
再生能源併網容量(MVA) 6
再生能源運轉功因 0.85 lagging.
靜態電容器裝置容量(Mvar) 3
饋線負載分布情形 帄均 遞增 遞減
靜態電容器放置位置(Bus) 1 5 10 1 5 10 1 5 10
模擬結果圖標號 5-159 5-160 5-161
非再生能源發電機組(穩定電源)併網位置(Bus) 5
再生能源發電設備併網位置(Bus) 10
再生能源併網容量(MVA) 6
再生能源運轉功因 0.85 lagging.
靜態電容器裝置容量(Mvar) 3
饋線負載分布情形 帄均 遞增 遞減
靜態電容器放置位置(Bus) 1 5 10 1 5 10 1 5 10
模擬結果圖標號 5-162 5-163 5-164
非再生能源發電機組(穩定電源)併網位置(Bus) 10
再生能源發電設備併網位置(Bus) 10
再生能源併網容量(MVA) 6
再生能源運轉功因 0.85 lagging.
靜態電容器裝置容量(Mvar) 3
饋線負載分布情形 帄均 遞增 遞減
靜態電容器放置位置(Bus) 1 5 10 1 5 10 1 5 10
模擬結果圖標號 5-165 5-166 5-167
圖 5-159 分散式放置靜態電容器對負載均勻分布孤島型微電網系統之饋線電壓圖(1)
圖5-160 分散式放置靜態電容器對負載均勻分布孤島型微電網系統之饋線電壓圖(2)
圖5-160 分散式放置靜態電容器對負載均勻分布孤島型微電網系統之饋線電壓圖(2)