圖 24 以 Simulink 建構頻率電驛內部電路方塊圖
圖 25 以 Simulink 建構頻率電驛等效模型方塊
(f) 逆電力電驛
多使用在非線路故障以外之特殊情形，主要在防止發電機變成電動機運轉及防止業者自備 發電設備的電力逆送給電力公司之系統。為了系統之供電安全，需防止逆送電力到電力公司，
否則將會影響電力公司及其它用戶之電力品質。若在 PCC 點裝設逆電力電驛，用戶向電力公司 買電時，即為正向電力，不論流過多少電力均不動作，但將電力逆送回電力公司時，則逆電力 電驛應立即動作，將相關斷路器啟斷。利用比壓器取得二次測電壓訊號，和比流器取得二次測 電流訊號；經由傅立葉轉換求得基本波電壓有效值、電流有效值、電壓相角及電流相角，再利 用
P = VI cos θ
公式計算出實功率，若 P > 0 表示無逆送電力則在程式內部作迴圈持續運算，若 P < 0 則表示有逆送電力，電驛隨即送出跳脫訊號。圖 26 所示為以 Simulink 建構逆電力電驛電 路方塊圖。圖中的延遲一週波是用來防止因雜訊而誤動作跳脫。圖 27 所示為以 Simulink 建構 逆電力電驛等效模型方塊，輸入分別為三相電壓與電流，輸出則為跳脫訊號。圖 26 以 Simulink 建構逆電力電驛之內部電路方塊圖
圖 27 以 Simulink 建構逆電力電驛等效模型方塊
4. 保護電驛原型機之製作與性能測試
保護電驛原型機之製作與性能測試保護電驛原型機之製作與性能測試保護電驛原型機之製作與性能測試(a) 過/欠頻率電驛
過/欠頻率電驛模擬圖，如圖 28(a)、(b)及(c)所示，設定當輸入頻率≧60.50Hz 或≦59.50Hz 時，即發出跳脫信號，圖(a)為頻率正常測試，圖(b)為過頻測試，圖(c)欠頻測試。圖中，resource name 為選擇硬體項目，本論文使用 CompactRIO；Number of Channels 為輸入訊號通道；Number of Elements 為 Host 端所需讀取 FPGA 存入暫存器之資料數；Sample rate 為取樣時間；Sample per Channel 為取樣點數；Full 狀態指示燈，當 FPGA 暫存器被存滿時，此燈即會亮起；upper 與 down 是頻率設定值之上、下限；counter 按鈕，主要功能為啟動計數器；Elemenst Remaining 為暫存 器內部剩餘之資料數；error out 為當程式運行有錯誤發生時，即產生一 error code，可為偵錯用。
(a) 頻率正常測試
(b) 過頻測試
(c) 欠頻測試
圖 28 IED 孤島偵測頻率功能之(a)頻率正常測試 (b)過頻測試 (c)欠頻測試
(b) 相位跳躍電驛
VSR 電驛模擬圖，如圖 29(a)、(b)所示，設定跳脫值設定值為 2°，電驛發出跳脫信號，圖
(a)為相位正常測試，圖(b)為相位異常測試。圖中，resource name 為選擇硬體項目，本論文使用 CompactRIO；Number of Channels 為輸入訊號通道；Number of Elements 為 Host 端所需讀取 FPGA 存入暫存器之資料數；Sample rate 為取樣時間；Full 狀態指示燈，當 FPGA 暫存器被存滿時，
此燈即會亮起；VSR setting 為電驛設定值； counter 按鈕，主要功能為啟動計數器；Elemenst Remaining 為暫存器內部剩餘之資料數；error out 為當程式運行有錯誤發生時，即產生一 error code，可為偵錯用；Voltage 為有效值；waveform 所表示振幅大小為電壓之最大及最小值。
(a) 相位正常測試
(b) 相位異常測試
圖 29 IED 孤島偵測 VSR 功能之(a)為相位正常測試 (b)為相位異常測試。
(c) 頻率變化率電驛
頻率變化率電驛模擬圖，如圖 30(a)、(b)所示，假設跳脫設定值為 0.5Hz/sec，頻率經 Host 端算出之後，傳入 FPGA 的電驛模組後，算出平均頻率，當連續四週波頻率與平均頻率相減之 差值，圖(a)為正常測試，圖(b)為異常測試。圖中，resource name 為選擇硬體項目，本論文使用 CompactRIO；Number of Channels 為輸入訊號通道；Number of Elements 為 Host 端所需讀取 FPGA 存入暫存器之資料數；Sample rate 為取樣時間；Full 狀態指示燈，當 FPGA 暫存器被存滿時，
此燈即會亮起；ROCOF setting 為電驛設定值；counter 按鈕，主要功能為啟動計數器；Elemenst Remaining 為暫存器內部剩餘之資料數；error out 為當程式運行有錯誤發生時，即產生一 error code，可為偵錯用；Voltage 為有效值；waveform 所表示振幅大小為電壓之最大及最小值。
(a)
(b)
圖 30 IED 孤島偵測 ROCOF 功能之(a)正常測試 (b)異常測試 (d) 逆電力電驛
圖 31 中，resource name 為選擇硬體項目，本論文使用 CompactRIO；Number of Channels 為輸入訊號通道；Number of Elements 為 Host 端所需讀取 FPGA 存入暫存器之資料數；Sample rate 為取樣時間；Full 狀態指示燈，當 FPGA 暫存器被存滿時，此燈即會亮起；upper、down 為 設定值之上下限；counter 按鈕，主要功能為啟動計數器；Elemenst Remaining 為暫存器內部剩 餘之資料數；error out 為當程式運行有錯誤發生時，即產生一 error code，可為偵錯用；theta 為 相角差；Voltage、current 為有效值；waveform 所表示振幅大小為電壓、電流之最大及最小值。
(a)
(b)
圖 31 IED 孤島偵測逆電力功能之(a)相角正常測試 (b)相角異常測試
(e) 電壓變化率與功因變動電驛
ROCOV 與 PF 電驛模擬圖，如圖 32(a)、(b)所示，假設電壓設定跳脫值設定值為 0.1V/sec，
電壓變化率、功因變動率經 Host 端算出之後，傳入 FPGA 的電驛模組後，算出平均電壓，當連 續四筆電壓與平均電壓相減之差值，當電壓變化率超過設定值且功因變動率介於設定值範圍 內，電驛則發出跳脫信號，圖(a)為正常測試，圖(b)為異常測試。跳脫測試需要一電流信號，故 利用 R-C 串聯電路進行模擬，異常情況是利用一訊號產生器，變動頻率部份當成電壓訊號，和 原始電路的電流訊號產生一相角差，可改變功因，再變動電壓大小，促使電驛模組動作，發出 跳脫訊號。圖中，resource name 為選擇硬體項目，本論文使用 CompactRIO；Number of Channels 為輸入訊號通道；Number of Elements 為 Host 端所需讀取 FPGA 存入暫存器之資料數；Sample rate 為取樣時間；Full 狀態指示燈，當 FPGA 暫存器被存滿時，此燈即會亮起；counter 按鈕，
主要功能為啟動計數器；Elemenst Remaining 為暫存器內部剩餘之資料數；error out 為當程式運 行有錯誤發生時，即產生一 error code，可為偵錯用；PF 為功因角；Voltage 為有效值；waveform 所表示振幅大小為電壓之最大及最小值。
(a)
(b)
圖 32 IED 孤島偵測 ROCOV 與 PF 功能之(a)正常測試 (b)異常測試
(f) 頻率變化率與相位跳躍電驛
ROCOF 與 VSR 電驛模擬圖，如圖 33(a)、(b)所示，假設跳脫值設定為 0.51Hz/sec 和 0.13°，
頻率經 Host 端算出之後，傳入 FPGA 的電驛模組後，算出平均頻率，當連續四週波頻率與平均
頻率相減之差值且連續五週波相位變化大於設定值時，則電驛發出跳脫信號，圖 33(a)為正常測 試，圖(b)為異常測試。圖中，resource name 為選擇硬體項目，本論文使用 CompactRIO；Number of Channels 為輸入訊號通道；Number of Elements 為 Host 端所需讀取 FPGA 存入暫存器之資料 數；Sample per Channel 為取樣點數；Sample rate 為取樣時間；Full 狀態指示燈，當 FPGA 暫存 器被存滿時，此燈即會亮起；counter 按鈕，主要功能為啟動計數器；Elemenst Remaining 為暫 存器內部剩餘之資料數；ROCOF、VSR 為跳脫設定值；error out 為當程式運行有錯誤發生時，
即產生一 error code，可為偵錯用；Voltage 為有效值；waveform 所表示振幅大小為電壓之最大 及最小值。
(a) 正常測試
(b) 異常測試
圖 33 IED 孤島偵測 ROFOF 與 VSR 功能之(a)正常測試 (b)異常測試
5. 分散型電源
分散型電源分散型電源分散型電源併網後對併網後對併網後對配電網路併網後對配電網路配電網路既有保護協調之衝擊配電網路既有保護協調之衝擊既有保護協調之衝擊 既有保護協調之衝擊 (a) 閉環路配電系統風力發電機之故障電流會隨著發電機的容量而增加，由模擬結果得知若併網 1MW 的風力 發電機，故障電流約增加 200 安培；而併網 10MW 的風力發電機，則系統的故障電流約增加 2000 安培，但是不論故障電流如何增加，卻都無損於饋線與開關母線的保護協調。原因在於饋線保 護是利用 SEL-351 的方向性過電流電驛(67out)、方向比較跨區跳脫系統(POTT)和方向性比較閉 鎖跳脫系統(DCB)，執行跳脫邏輯判斷；而開關母線的保護則是採用差動保護，故保護電驛的 跳脫時間皆已是定值，所以不隨故障電流的大小而變化。但是風力發電機的故障電流(IWG)是由 分岐線流至故障點，此時風力發電機的故障電流必定先流經分岐線保護電驛即 SEL-351A，而 SEL-351A 是利用反時型過電流電驛作為跳脫判斷，若是故障電流越大則過電流電驛的跳脫動作 時間越快，因此風力發電機的故障電流很有可能在併網一定容量之後造成 SEL-351A 比饋線保 護電驛 SEL-351 早動作。
圖 34 含風力發電時之饋線故障
而分析保護電驛衝擊時，係主要判斷 SEL-351A 的動作時間是否早於 SEL-351 的動作時間，
若 SEL-351A 的斷路器跳脫訊號比較早送出，將造成分岐線斷路器比饋線斷路器早跳脫，而引 起下游的用戶不必要的停電與損失。
圖35 分岐線保護SEL-351A之反時動作曲線
SEL-351 之跳脫訊號送出時間如表 6-1 所示，當通訊與斷路器皆正常時，SEL-351 判斷故障 只要 3 個週波(Cycle)，但是通訊不正常或是斷路器故障時，保護電驛會為了確定有無故障的發 生而延長跳脫時間。
表7 SEL-351送出跳脫訊號之時間[3]
通訊正常時之跳脫時間 通訊異常時之跳脫時間 斷路器正常 3 cycle/0.05秒 11 cycle/0.183秒 斷路器異常 10.5 cycle/0.175秒 18.5 cycle/0.308秒
增加風力發電機之容量時，其所提供故障電流亦會增加，若風力發電機所貢獻的故障電流 過大時，會使 SEL-351A 之動作時間比上表快(即比 SEL-351 早送出跳脫訊號)，因此本論文將 風力發電機併聯於匯流排後，並逐漸增加風力發電機的發電容量，但是台灣電力公司再生能源 發電系統併聯技術要點中[29]指出 22.8kV 之高壓配電系統得倂聯未滿 20MW 之再生能源，所以 在模擬時風力發電機的總發電容量以 20MW 為上限，然後再進行配電饋線三相接地故障，以求 得風力發電機流至故障點之故障電流和保護電驛 SEL-351A 發出跳脫訊號之動作時間，而其容 量和所提供之故障電流都詳記於表 8。
表8 風力發電機可能造成SEL-351A誤動作之容量
SEL-351 動作時間 風機倂網之容量 風機貢獻之故障電流 SEL-351A 動作時間
0.175 秒 12.84MW 2568A 0.172 秒
0.183 秒 12.6MW 2520A 0.181 秒
0.308 秒 9.51MW 1902A 0.303 秒