第一章 緒論
1.1 研究背景與文獻回顧
[1]對電力系統穩定度下了一個明確的定義，其原文如下：
“ If the oscillatory response of a power system during the transient period following a
disturbance is damped and the system settles in a finite time to a new steady operating condition, we say the system is stable. If the system is not stable, it is considered unstable.”
意指系統在遭受擾動之後，無論是故障、線路開斷或是負載變動等各種大小 擾動，會歷經一段暫態期間，在這段期間內，振盪型的響應會反應在輸電線路的 電力潮流上，如果此振盪響應的振幅最終能夠衰減，並使系統在一段有限的時間 內到達另一個穩定狀態，則稱此系統是穩定的，否則則不穩定。
[2]則對電力系統穩定度有一個清楚的分類。一開始為求簡單清楚的區分，暫 不考慮分析時間的長短。電力系統穩定度可粗分為相角穩定度（Angle Stability）
與電壓穩定度（Voltage Stability）。相角穩定度定義為當系統遭受擾動後，同步機 維持同步運轉的能力；換言之，相角不穩定即是機組失去同步的情況。電壓穩定 度之定義為當負載增加或受干擾時系統維持匯流排電壓於可運轉範圍內之能力。
相角穩定度又可分為暫態穩定度（Transient Stability）與小信號穩定度（Small-Signal Stability）。暫態穩定度為系統遭受大擾動之後機組能否維持同步運轉的能力，此大 擾動通常是輸電線短路或開路、發電機跳機、匯流排故障等。小信號穩定度則是 指系統遭受小擾動之後機組能否維持同步運轉的能力，此小擾動通常是負載小變 動、變壓器分接頭的切換、電容器組的切入或切離系統等。
時域與頻域分析可說是電力系統穩定度分析的基礎。暫態穩定度的時間尺度 約在 2~3 秒，且數學模型是非線性模型，故需要作時域分析以觀察系統能否在時 間尺度內到達另一個穩定狀態。小信號不穩定通常伴隨著低頻振盪現象，其振盪
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頻率通常介於 0.1Hz~2Hz 之間，低頻振盪的發展通常達數分鐘以上；加上其數學 模型可線性化，所以小信號穩定度的分析通常先利用頻域方法分析其振盪模式，
而以時域分析輔助來驗證頻域分析的結果。電壓不穩定常由某一地區電壓下降開 始，最後導致全系統電壓崩潰，其時間尺度約在數秒至數十分鐘，所以也會用到 時域分析來觀察電壓響應情形。電力系統穩定度分析需要複雜的計算，過去，在 缺乏電腦工具的時代，要作大系統的穩定度分析往往曠日費時；如今拜尖端電腦 科技之賜，已有許多先進的電腦模擬程式可茲利用，大幅提升電力系統穩定度模 擬分析的效率。正確的時域與頻域模擬才能確保可靠的穩定度分析結果，根據可 靠的穩定度分析結果才能有完善的電力系統規劃。
隨著電力系統結構的改變、負載的成長等因素，電力公司必須經常地執行電 力系統穩定度分析以確保能及時掌握最新的系統狀況、及早發現問題並採取必要 措施。從古至今，臺電公司的穩定度實務研究項目大概如下：
1. 新龜山發電所發電機之穩定度[3]
此研究乃根據等面積範疇及定磁鏈兩種理論試行計算新龜山發電機之穩定 度。
2. 電力系統穩定度之改善與臺電系統失步原因檢討[4,5]
此研究乃探討系統失步事故之原因、現象及改善對策，並檢討臺電系統失步事 故。
3. 電力系統動態穩定度程式[6]
此文乃說明電力系統動態穩定度程式的開發與編製。
4. 電力系統動態穩定度研究與分析[7]
此文乃探討電力系統動態穩定度的理論模型，並以臺電系統為實例作試驗分 析。
5. 系統動態穩定度及電力系統穩定器分析研討[8]
此文旨在介紹動態穩定度分析程式，並利用此程式分析臺電系統動態特性及電 力系統穩定器參數最佳設計，並配合時域模擬證實電力系統穩定器對改進動態 穩定度確為一有效措施。
6. 電力系統相量量測技術應用於暫態穩定度預測[9]
此文敘述藉由保護系統微電腦化相量量測技術，由系統中擷取電壓和電流信號
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以預測暫態穩定度，並進行自適應控制。
7. 考慮負載增加型態與系統運轉狀況之電壓穩定度分析[10]
此文以數值上非常穩定之連續法(Continuation method)求考慮負載增加型態及 各種實際系統運轉狀況下之系統電壓崩潰點之精確解，可以解一般電力潮流程 式在電壓崩潰點時微分矩陣 (Jacobian matrix)之奇異值(Singular value)等於零 數值不穩定而無法收斂之問題。而為提供運轉規劃人員對系統電壓穩定度之判 斷，提出一以最小奇異值(Minimum singular value)為電壓穩定度指標之計算方 法。此文內容尚包括對臺電年度、歷年尖峰及未來之規劃系統之分析。特殊問 題研討上則包含有不同卸載模式之電壓穩定度分析、超高壓幹線跳加線對系統 電壓穩定度之影響分析及靜態電容器投切之電壓穩定度指標研討，以提供規劃 及運轉人員參考，確保系統之安全可靠。
8. 臺電系統動態穩定度線上分析[11]
此文摘述當時臺電公司中央調度室正在測試中的一套線上動態穩定度監視系 統"ODSAS"，此系統會將臺電系統特徵值的變化趨勢顯示在螢光幕上，提供調 度人員參考，以降低系統發生低頻振盪的機率。
9. 含負載模型之電壓穩定度研究[12]
此文之目的，在研究含負載模型之電壓穩定度分析。與傳統上電壓穩定度或電 壓崩潰研究所不同的是，當負載模型加入之後，電壓穩定度極限將會產生重大 的變化，P-V 曲線的下半部，可以是電壓穩定的範圍。此文首先回顧歷史上幾 個國家所發生電壓穩定問題而造成系統大事故的經過，接著討論一些有關電壓 穩定度研究的文獻。此文並提出電壓穩定度研究之方法，並將此方法應用於臺 電之實際系統。除此之外，感應電動機效應對電壓穩定度之影響及實驗室中電 壓穩定度之試驗，亦在此文研究討論範圍之內。
10. 電壓穩定度控制對發電廠運轉之影響分析[13]
此文以電力系統所採取電壓穩定度控制設施的介紹為出發點，透過各種形 式的串、並聯補償的分析，進一步指出理論上作串、並聯補償可能導致電力系 統的衝擊，最後佐以台中電廠發電機實際運轉的經驗與資料作介紹。透過上述 的分析可提供電力品質控制及調度之參考與對電廠運轉與維護之瞭解。
11. 強化臺灣電力系統穩定度研究[14]
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此研究考慮民國92 年與 95 年的臺電系統，進行各項電力系統特性分析。此研 究進行方法上，首先建立電力系統模型，進而利用PSS/E 電腦軟體進行各項電 力系統特性分析，最後研擬規劃、調度、運轉三方面之因應對策與改善措施。
12. 由東京電力公司強化電力系統穩定度以減少事故影響來探討臺電系統之改善 方式[15]
此文說明東京電力公司提升系統穩定度之技術，並與臺電現有改善方式比較，
供系統規劃及運轉人員參考，俾研擬因應對策及改善措施。
13. 風力發電之系統暫態穩定度衝擊模擬[16]
此文首先整理國內風力發電現況與併聯系統衝擊評估依據，其次介紹採用之併 聯衝擊模擬方法，包含模擬軟體、電力系統、風機模型，以及臺電系統發電機 排程表。最後分析輸電系統增設30MVA 之大型風場與配置系統增設 3.96MVA 之小型風場後之故障電流貢獻量與暫態穩定度衝擊模擬結果，作為風場併聯衝 擊評估之參考。
14. 臺電輸電系統電壓穩定度與電壓控制裝置之規劃研究[17]
基於美國大木系統公司開發的電壓穩定分析與增強控制VSA&E 程式，本文對 VSA&E 程式和臺電輸電系統電壓穩定度進行了研究。數值分析結果表明，臺 灣電網的電壓穩定度良好，所考慮事故多數都能達到N-1 準則 5％穩定度裕度，
N-2 準則 2.5％穩定度裕度的要求。對於穩定度裕度沒有達到要求的少數事故，
採用現有控制裝置調控後，其穩定度裕度均增加，滿足了穩定度裕度要求。
15. 臺電電力系統小信號穩定度之分析與改善[18]
此研究首先考慮臺電系統民國96-98 年之重載及輕載系統，於既設電力系統中 建立特殊機組勵磁系統及系統穩定器模型，並檢視臺電公司及民營電廠既有機 組穩定器參數適宜性、檢討既設及增設之電力系統穩定器適用參數值。此研究 進行方法，首先建立電力系統模型，進而利用SSSP 與 PSS/E 電腦軟體進行電 力系統小信號穩定度頻域及時域分析，最後研擬適宜之電力系統穩定器參數值，
以增進臺電系統穩定度。
16. 臺電系統全黑啟動運轉能力評估[19]
此研究評估臺電系統全黑啟動運轉能力，提出全黑啟動電腦決策支援系統，並 建議臺電系統應具備之合理的全黑啟動容量與配置。
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在國內學術界也累積了不少針對電力系統穩定度的研究。電力系統穩定度研 究領域持續受相當關注。
1.2 研究動機與目的 動機
雖然已有許多電力系統穩定度的相關研究成果，但是國內鮮少有針對臺電系 統的整合且串聯性的實務研究報告，作為可以從中吸取歷史經驗、方法、案例的 著作。筆者有幸參與過數次臺電系統相關的穩定度研究[20-23]，欲藉此撰寫博士 論文的機會對過去所從事的研究作一番整理、歸納出重點並分享經驗，期能傳承 前輩的指導，讓大家繼續為守護這塊土地上的電力系統而努力。
目的
本論文以臺灣本島電力系統為研究對象，利用時域與頻域分析方法探討數種 穩定度分析相關議題，包含系統模型及參數之合理性探討、電力系統偶發事故分
本論文以臺灣本島電力系統為研究對象，利用時域與頻域分析方法探討數種 穩定度分析相關議題，包含系統模型及參數之合理性探討、電力系統偶發事故分