8.1 前言
在數位 E 化的時代中，國家經濟的發展有賴於各產業蓬勃的資訊交流，這 主要奠基於穩定且可靠之電力供應。而大部分的工廠內製程生產設備及商業辦公 大樓內的資訊用品，漸漸地依靠各式晶片來精密控制，對高科技的產業而言，電 力品質不良或供電中斷所造成工廠生產及商業交易之損失將會相對提高。為降低 電力干擾所造成之損失，提昇產業生產效率，電力品質的分析與改善將扮演重要 角色。
電力品質問題對用電設備的傷害可能為立刻型的作用，使設備故障不能使 用，另外也可能為潛在累積傷害，直到一些時日後才造成用電設備故障。但不論 是那一種影響，電力品質問題一直存在於用電環境中，必須注意。電力品質問題 大致上分成下列幾大類:(1)電擊與開關切換引起的電力暫態,(2)故障電流及大型 負載啟動引起的電壓驟降與突昇，(3)輸電系統架構及不平衡負載及故障引起的 三相不平衡及其解決對策，(4)電力電子及電弧爐等引起的電力諧波，(5)電弧爐 及軋鋼爐等引起的電壓閃爍，(6)碎石機、點焊機及研磨機等引起的電壓波動 (fluctuation) ， (7)大電流高電壓引起的電磁干擾，(8)接地與雜散電流等。這些 電力品質問題確實存在於國內的電力系統內部，也是必須好好面對與解決的課 題。這些問題常常造成設備破壞、損耗增加、設備誤動作、照明閃爍、敏感系統 受干擾、生產線停止工作，甚至危害人員的安全，對電力供應的可靠性及安全性 造成極大的不良影響。因此，電力品質的分析、監測與改善成為極重要的研究主 題。
以電力諧波而言，近年來由於電力電子的技術急速發展，使得電力轉換器廣 泛的被使用在多種電力設備中，雖然電力設備可以被有效的控制，然而這些電力 設備有非線性負載的特性會導致電力系統受到嚴重的諧波污染，造成電力設備的
干擾及設備（如電驛）的誤動作，甚至因系統共振現象，導致儀器設備的損壞。
因此各電力公司、IEEE 及 IEC 都對電力諧波有管制要求，以保護用電設備。另 一方面，電壓驟降是電力系統某些匯流排之電壓在數十個週期內的電壓急降現 象，它往往為大型負載啟動及故障電流所引起。過去因系統以照明、電熱、動力 負載為主，其對電壓驟降有較強之承受能力，故電力品質問題較不明顯，但隨著 高科技時代的來臨，一些工廠大量改採用一些自動化製程設備之電壓靈敏負載，
當電壓驟降到達某個程度時，這些設備的控制器常常發生跳脫（tripping），而 造成電力中斷，這常見於高科技科學園區之工廠，其損失除了半成品毀損，生產 設備亦需清理，在修復期間的停產造成損失慘重。因此，資訊技術設備設計必須 滿足輸入電壓變動的容忍度(CBEMA 及 ITIC 曲線) ，而半導體材料設備設計必 須滿足電壓變動容忍度(SEMI 曲線) 。
再者，配電系統中隱含著許多間歇性變動負載（intermittent loads），例如 研磨機、擊石機、熔接機、點焊機及夾物機等，這些設備常做週期性或隨機性的 工作，並且分佈在多條生產線上，每條生產線又有多部設備，由於這類負載用電 量變化相當劇烈，從全載至空載來回變化，所以在其鄰近之匯流排上，就會發生 程度不一之電壓波動（voltage fluctuation）現象，其波動幅度大小、時間長短及 發生頻率一般係呈隨機分佈，通常波動幅度大但時間極短或時間長但波動幅度小 者不致於造成供用電設備之誤動作，但波動幅度大、時間較長且不符合 CBEMA 曲線者，則會對電壓變動敏感之設備或負載造成破壞或引發誤動作情況，電壓波 動發生情況為工廠所不可接受時，就必須執行適當的改善措施。
以電力系統暫態而言，工廠或電力系統經常於電力電容器組投入時，發生電 容器單元、保護熔絲或與其串聯之限流電感器的損害，通常這些現象在背對背運 轉的情形下較易發生，且一般在三相之中至多僅有二相發生事故，部分事故之電 容器有爆裂與絕緣損毀現象，造成危害及停電，在此一情況下亦常發現保護熔絲 並未熔斷之狀況。因此電力開關之切換(包括電力電容器之切入)，在電力系統暫
態現象中扮演一極重要的角色，必須謹慎處理，不致引起事故而導致電力中斷。
鋼鐵廠內煉鋼的主要設備為電弧爐，由於技術的進步，電弧爐已朝向大型化 發展，加上電弧爐數量的持續增加的結果，將造成嚴重的電壓閃爍問題，使燈具 照度閃爍及其它用電設備運轉困擾。台灣地區電力系統受到電壓閃爍污染的情形 有逐年增加的趨勢，探討電壓閃爍如何形成、電弧爐工作原理、電弧爐如何造成 電壓閃爍、如何以較佳數學方式求得電壓閃爍值及可行的測量方法，及電壓閃爍 在電力系統上的影響等問題，將有助於對電壓閃爍的瞭解，並進而有助於電力品 質的提升。另外國內使用的直流電弧爐容量高達 100MVA，所以諧波問題也要一 併考量。
在電業自由化的風潮下，分散式電源扮演一種非常重要的零售電力轉供角 色，其中再生能源（太陽光電、風能、地熱、沼氣及生質能）已逐漸受到重視，
目前能委會已大力推展太陽光電發電系統，並以學校及公家單位為主要裝設對 象，另一方面，台塑也建構好風力發電，這也將是國內在推行分散式電源之一重 要里程碑。但是分散式電源（包括微渦輪機、柴油機、燃料電池、汽電共生等）
必須利用電力電子轉換器將電能注入電力系統，因此可能對現有系統供電品質造 成影響，國外已對其中某些分散式電源對電力品質衝擊進行研究，國內應針對分 散式電源對電力品質（電力諧波、電壓閃爍、切換暫態、電壓驟降、三相不平衡、
電壓波動、自動保護及故障隔離）之影響做深入之研究。
在電力系統中為了保護系統安全，常常實施多重接地，在運轉過程中，電流 無可避免將有部份洩漏入大地中，或以地為回路產生感應的環流，形成大地洩漏 電流，這些電流可能到處流竄，通常被稱為雜散電流（stray current），有雜散 電流存在，則有雜散電壓，兩者均對各種系統與設備，甚至對人畜的安全都有不 良的影響。而傳導性干擾也經常造成用電設備故障或毀損，造成重大損傷。
電力在輸送時，在周遭空間會產生電磁場，由於電力是屬於低頻之信號，是
屬於非游離之輻射，但是長期暴露在其環境下，對人體可能也有莫大的傷害，因 此國際非游離輻射保護委員會（ICNIRP）及其他先進國家都有訂定標準規範。
此外為了使機器、設備與零件不受此類之電磁干擾而影響其正常功能，在高科技 設備設計時，就必須考慮防範電磁干擾之電磁耐受及電磁抗擾能力，也要有較佳 配線方式，使空間中電力頻率磁場能降低。
欲改善電力品質首先需瞭解造成電力品質異常或電力事故的原因，而欲瞭解 與掌握造成異常電力品質或電力事故的原因，則需倚賴長期及多點的監測用戶端 甚或電源端電力信號波形（包括電壓與電流），作為異常電力品質或事故判斷的 重要參考依據。要能好好監測電力品質就要有好的量測技術，包括電力品質計算 方法、軟體程式設計技術、及使用較先進的硬體架構。這些監測硬體技術包括如 DSP、ASIC 及 SOC 等之晶片設計、數位電表之整體設計、資料擷取卡之研發，
並與有線或無線通訊區域網路之技術結合，例如有線寛頻技術與無線「藍芽」技 術等。電力監測軟硬體設備的研發有助於監控系統技術提昇和實作人才的培育。
未來的供電架構及電費結構將因電力供應之可靠度與品質而有所不同，用戶 設備對供電品質的要求將愈來愈高，為改善目前在供電品質上的困境，並因應未 來在品質提昇上的需求，電力品質分析及改善方案的研究有其重要性。
8.2 擬推動之研究主題及內容
主題一: 不良電力品質對供電系統元件影響分析，相關研究子題如下：
（1） 分析電壓不平衡對電動機及驅動系統運轉特性之影響。
（2） 探討諧波、直流偏壓、電壓波動對變壓器之影響。
（3） 探討快速變動負載所產生的電壓波動(時間、頻率及大小)。
（4） 探討雷擊及開關突波所引起的暫態現象及其衝擊。
（5） 探討接地故障所引起的問題與衝擊，兼顧各種接地系統的特性。
（6） 分析電力設備切換時之暫態行為。
（7） 分析各種故障型態所引起之電壓驟降現象及對用電設備之影響。
主題二: 電力品質之監測及資料庫建立，相關研究子題如下：
（1） 電力干擾及電力品質計算方法研究。
（2） 電力品質監測系統硬體電路（電表及 IC 等）設計。
（3） 電力品質監測系統研究及架構規劃。
（4） 通信與資訊技術在電力監測之整合及應用。
主題三: 電力品質改善策略研擬，相關研究子題如下：
（1） 電力諧波濾波器種類（主動及被動式）安裝位置及大小。
（2） 電壓驟降補償器之規劃（安裝位置及容量）。
（3） 配電系統開關切換重組以降低電力干擾及提升供電地區電力品質。
（4） 快速變動負載所產生的電壓波動之改善。
（5） 高功率電力儲存及功率設備在電力品質改善上之應用。
（6） 雜散電流之消除(高科技產業工廠與電氣化軌道系統)。
（7） 雷擊突波及開關突波之抑制。
（8） 高科技工廠接地問題之改進。
（9） 高科技產業之電力品質提昇技術與策略。
（10） 不同電力品質等級之計價方式。
（11） 不同電力品質等級最適供電模式之探討。
（11） 不同電力品質等級最適供電模式之探討。