圖3.9a 為集總靜態負載模組圖像，輸入端 A、B、C 為三相電壓。圖 3.9b 為 模組內部架構。圖 3.10c 為集總靜態負載模組的參數。這些參數包括額定相電壓 (Nominal phase-phase voltage)、額定頻率(Nominal frequency)、電阻性負載(Three-p hase active power)、電感性負載(Three-phase inductive reactive power)、以及電容性 負載(Three-phase capacitive reactive power)。
圖3.9 集總靜態負載模組
四、石化廠電力系統動態特性模擬
4.1 與市電併聯運轉的動態特性模擬
1.系統架構
圖 4.1 為本論文所使用的與市電併聯的簡化石化廠電力系統架構圖，系統組件 名稱及模擬的故障點都標示在圖中，系統變數及組件參數列於附錄中。
圖 4.1 與市電併聯的簡化石化廠電力系統架構圖
2. SimPowerSystems 模組架構
圖 4.2 為使用 SimPowerSystems 開發的模組架構，主要包括五部份－A 部分為 無限匯流排，B 部分為汽輪原動機、同步發電機與激磁系統，C 部分為三相變壓器，
D 部分為負載，E 部分為故障控制器。
3.運轉模式
為了深入了解此系統的運轉特性，本研究模擬了四種運轉模式，如表 4.1 所 示，詳細的內容將在後面章節中敘述。
圖 4.2 與市電併聯運轉模擬的 SimPowerSystems 模組架構
表 4.1 與市電併聯運轉模擬的運轉模式
運轉模式 運轉程序
一 Tie breaker 常閉狀態下，負載及發電機順序加入，總模擬時間 30 秒。
二
Tie breaker 常閉狀態下，負載及發電機順序加入，25 秒時 11.95kV BUS 發生三相接地故障，25.2 秒故障排除，SG4~SG6、SL6、SL7 切離，總模擬時間 30 秒。
三 Tie breaker 常開狀態下，負載及發電機順序加入，Tie breaker 於 20 秒時投入，總模擬時間 30 秒。
四
Tie breaker 常開狀態下，負載及發電機順序加入，Tie breaker 於 20 秒時投入，25 秒時 161kV 匯流排發生單相接地故障，25.2 秒故障 排除，總模擬時間 30 秒。
4.1.1 與市電併聯運轉模式一
SG1~SG3 的功率為 0.9pu、SG4~SG8 的功率為 0.85pu。發電機未與系統併聯前轉 速為 1.0pu、激磁電壓約為 1.0pu、端電壓為 1.0pu。發電機與系統併聯後，輸出功 率增加，轉速雖有變動，但調速系統仍能將轉速維持在同步速度。發電機為了提 供虛功率給負載，必須增加激磁電壓，這會造成端電壓略微低於 1.0pu。發電機依 序與系統併聯，先併聯的發電機會因為後續發電機的併聯以及負載的變動而有程 度不同的暫態發生。系統達到穩態時，若不考慮損失，無限匯流排與發電機所供 應的實功率與虛功率的總和大約會等於負載實功率與虛功率的總和。此外，161kV 匯流排與市電併聯，端電壓維持在 1.0pu；11.95kV 匯流排有多部發電機併聯，端 電壓也能維持在 1.0pu。
4.1.2 與市電併聯運轉模式二
1.模擬順序
圖 4.8 為與市電併聯運轉模式二的時序圖。由圖中可看出系統組件加入及切離 的時間序，在 25 秒時 11.95kV 匯流排發生三相接地故障，25.2 秒故障排除，總模
擬時間為 30 秒。
其它的系統組件也有相對應的暫態發生。在 25.2 秒故障排除後，SG4~SG8、
TR9~TR10、SL6 及 SL7 從系統切離，SG4~SG8 的電流、電磁功率、激磁電壓、
實功率、虛功率以及 11.95kV 匯流排電壓都會下降至 0，發電機的轉速和機械功率 啟的狀態，可視為兩個系統在運轉，其中市電與 SG1 屬於其中一個系統，SG2~SG8 屬於另ㄧ個系統。
初始時，SG1 的輸出功率為 0，與市電併聯後，參考功率為 0.9pu，經過一些 時間可穩定輸出。SG2~SG8 的輸出功率會隨著負載變動而變動。20 秒時，Tie breaker
閉合，此時 SG1~SG3 的參考功率為 0.9pu、SG4~SG8 的參考功率為 0.85pu，經過 一些時間可穩定輸出。
初始時，SG1 的轉速為 1.0pu、激磁電壓約為 1.0pu、端電壓為 1.0pu。與市電 併聯後，輸出功率增加，轉速雖有變動，調速系統仍能將轉速維持在 1.0pu。發電 和。此外，161kV 匯流排與市電併聯，端電壓維持在 1.0pu；11.95kV 匯流排會因 發電機的併聯以及負載投入使得端電壓略微變動，系統穩定時，端電壓會略微低
有關。在 25 秒 161kV 匯流排發生 A 相接地故障，故障發生時，無限匯流排及發
圖 4.3 與市電併聯運轉模式一時序圖
SG1 A 相電流 SG1 激磁電壓
SG1 原動機機械功率 SG1 端電壓
SG1 轉速 SG1 P 及 Q
SG1 電磁功率 SG2 A 相電流
圖 4.4 與市電併聯運轉模式一系統變數變動情形(一)
SG2 原動機機械功率 SG2 端電壓
SG2 轉速 SG2 P 及 Q
SG2 電磁功率 SG4 A 相電流
SG2 激磁電壓 SG4 原動機機械功率
圖 4.5 與市電併聯運轉模式一系統變數變動情形(二)
SG4 轉速 SG4 P 及 Q
SG4 電磁功率 SG6 A 相電流
SG4 激磁電壓 SG6 原動機機械功率
SG4 端電壓 SG6 轉速
圖 4.6 與市電併聯運轉模式一系統變數變動情形(三)
SG6 電磁功率 無限匯流排 A 相電流
SG6 激磁電壓 無限匯流排 P 及 Q
SG6 端電壓 11.95 kV 匯流排端電壓
SG6 P 及 Q 161 kV 匯流排端電壓
圖 4.7 與市電併聯運轉模式一系統變數變動情形(四)
圖 4.8 與市電併聯運轉模式二時序圖
SG1 A 相電流 SG1 激磁電壓
SG1 原動機機械功率 SG1 端電壓
SG1 轉速 SG1 P 及 Q
SG1 電磁功率 SG2 A 相電流
圖 4.9 與市電併聯運轉模式二系統變數變動情形(一)
SG2 機械功率 SG2 端電壓
SG2 轉速 SG2 P 及 Q
SG2 電磁功率 SG4 A 相電流
SG2 激磁電壓 SG4 原動機機械功率
圖 4.10 與市電併聯運轉模式二系統變數變動情形(二)
SG4 轉速 SG4 P 及 Q
SG4 電磁功率 SG6 A 相電流
SG4 激磁電壓 SG6 原動機機機械功率
SG4 端電壓 SG6 轉速
圖 4.11 與市電併聯運轉模式二系統變數變動情形(三)
SG6 電磁功率 無限匯流排 A 相電流
SG6 激磁電壓 無限匯流排 P 及 Q
SG6 端電壓 161 kV 匯流排端電壓
SG6 P 及 Q 11.95 kV 匯流排端電壓
圖 4.12 與市電併聯運轉模式二系統變數變動情形(四)
圖 4.13 與市電併聯運轉模式三時序圖
SG1 A 相電流 SG1 激磁電壓
SG1 原動機機械功率 SG1 端電壓
SG1 轉速 SG1 P 及 Q
SG1 電磁功率 SG2A 相電流
圖 4.14 與市電併聯運轉模式三系統變數變動情形(一)
SG2 機械功率 SG2 端電壓
SG2 轉速 SG2 P 及 Q
SG2 電磁功率 SG4 A 相電流
SG2 激磁電壓 SG4 原動機機械功率
圖 4.15 與市電併聯運轉模式三系統變數變動情形(二)
SG4 轉速 SG4 P 及 Q
SG4 電磁功率 SG6 A 相電流
SG4 激磁電壓 SG6 原動機機機械功率
SG4 端電壓 SG6 轉速
圖 4.16 與市電併聯運轉模式三系統變數變動情形(三)
SG6 電磁功率 無限匯流排 A 相電流
SG6 激磁電壓 無限匯流排 P 及 Q
SG6 端電壓 161 kV 匯流排端電壓
SG6 P 及 Q 11.95 kV 匯流排端電壓 圖 4.17 與市電併聯運轉模式三系統變數變動情形(四)
圖 4.18 與市電併聯運轉模式四的時序圖
SG1 A 相電流 SG1 激磁電壓
SG1 原動機機械功率 SG1 端電壓
SG1 轉速 SG1 P 及 Q
SG1 電磁功率 SG2 A 相電流
圖 4.19 與市電併聯運轉模式四系統變數變動情形(一)
SG2 機械功率 SG2 端電壓
SG2 轉速 SG2 P 及 Q
SG2 電磁功率 SG4 A 相電流
SG2 激磁電壓 SG4 原動機機械功率
圖 4.20 與市電併聯運轉模式四系統變數變動情形(二)
SG4 轉速 SG4 P 及 Q
SG4 電磁功率 SG6 A 相電流
SG4 激磁電壓 SG6 原動機機機械功率
SG4 端電壓 SG6 轉速
圖 4.21 與市電併聯運轉模式四系統變數變動情形(三)
SG6 電磁功率 無限匯流排 A 相電流
SG6 激磁電壓 無限匯流排 P 及 Q
SG6 端電壓 161 kV 匯流排端電壓
SG6 P 及 Q 11.95 kV 匯流排端電壓 圖 4.22 與市電併聯運轉模式四系統變數變動情形(四)
4.2 獨立運轉動態特性模擬
1.系統架構
圖 4.23 為本論文所使用的簡化獨立型石化廠電力系統架構圖，系統組件名稱 及模擬的故障點都標示在圖中，系統變數及組件參數列於附錄中。
圖 4.23 簡化的獨立型石化廠電力系統架構
2. SimPowerSystems 模組架構
圖 4.24 為使用 SimPowerSystems 開發的模組架構，主要包括四部份－A 部分 為汽輪原動機、同步發電機與激磁系統，B 部分為三相變壓器，C 部分為負載，D 部分為故障控制器。
3.運轉模式
為了深入了解此系統的運轉特性，本研究也模擬了四種運轉模式，如表 4.2 所 示，詳細的內容將在後面章節中敘述。
A1
Tie breaker 常開狀態下，負載及發電機順序加入。Tie breaker 於 20 秒時投入。25 秒時 161kV 匯流排發生單相接地故障，25.2 秒 時故障排除。總模擬時間 35 秒。
4.2.1 獨立運轉模式一
2.模擬結果 動，SG4、SG5 參考功率的設定為 0.6pu、SG6~SG8 參考功率的設定為 0.5pu，經 過一些時間可穩定輸出。20 秒 Tie breaker 閉合時，會有ㄧ些暫態發生，參考功率 的設定並未改變，系統經過一些時間可穩定輸出。
初始時，發電機未與系統併聯前轉速為 1.0pu、激磁電壓約為 1.0pu、端電壓 為 1.0pu。發電機陸續併聯後，先併聯發電機功率輸出會減少使得轉速上升，當負
載投入時，發電機需增加功率供應負載使得轉速下降。發電機為了提供虛功率給
致，都是可以接受的。
運轉模式二模擬最主要是觀察故障發生後所造成暫態現象及故障後整個系統 是否能穩定運轉。模擬結果顯示，此系統在線間短路故障情況下的動態特性與學 理一致，都是可以接受的。
運轉模式三模擬的觀察重點在於 Tie breaker 閉合前後，特別是閉合後，系統 組件的特性是否合理。模擬結果顯示，系統組件的特性與學理一致，都是可以接 受的。
運轉模式四模擬最主要觀察重點在於故障發生時所造成的暫態現象。模擬結 果顯示，系統組件的特性與學理一致，都是可以接受的。
整體而言，獨立型汽輪發電系統在這四種運轉模式下的特性與學理一致，都 是可以接受的。由模擬結果也可得知，由於整個系統是獨立運轉，相較於與市電 併聯的系統，各組件在暫態發生後達到穩態的時間會較長。
然而，在實際的運轉中，事件發生如負載加入、負載切離、故障發生的情形 不一定會如此緊湊，因此系統響應可能會較緩和。此外，由於短路故障模擬的觀 察重點在於故障發生所造成的暫態現象以及故障排除後的行為，所以故障時間設 定為 0.2 秒。在實際的系統運轉中，故障持續時間會因保護電驛的設定而不同，系 統組件的切離會因保護協調的安排而不同，故障造成的影響也會因故障時間點、
接地阻抗、以及系統組件參數而不同。