第五章 雙饋式風力發電系統控制策略對暫態電壓變動之影響研究
5.2 雙饋式風機併網暫態研究
5.2.1 雙饋式風機併網後以不同方式控制併網點電壓對饋線
本節探討風機併網後以旋角控制配合虛功控制或電壓控制模式對範例系統的影 響。模擬內容設定變動之風速使其能符合實際情形中電壓變動之暫態現象，風速變動 狀態如圖5-1，起始風速為10m/s，在50秒時風速逐漸增加至12m/s，在100秒時風速逐 漸增加至14m/s且在風速14m/s範圍上下變動，依據範例饋線之負載量以其年度最高負 載740kW及年度最低負載140kW對應控制方法分成六個案例模擬探討風機併網後使 用電壓控制與虛功率控制的情形，模擬案例如表5-1所示。
圖5-1 風速變動狀態
表5-1 風機併網後以不同方式控制併網點電壓對饋線電壓之暫態分析模擬編號
Case01 二部風機皆使用虛功率控制模式
Case02 二部風機皆使用電壓控制模式
Case03
重載下
(負載P.F為0.85) 一部風機使用虛功控制模式 一部風機使用電壓控制模式
Case04 二部風機皆使用虛功率控制模式
Case05 二部風機皆使用電壓控制模式
Case06
輕載下
(負載P.F為0.85) 一部風機使用虛功控制模式 一部風機使用電壓控制模式
Case01
年度重載下二部風機皆使用虛功率控制模式圖5-2為重載下二部風機皆使用虛功率控制模式之暫態波形，風機運轉至額定 時，B02匯流排電壓升至0.9965p.u.，在B04匯流排電壓升至1.0018p.u.為最高，而在匯 流排B06處電壓升至0.9976p.u.。在旋角控制方面，風機運轉至風速為14m/s時，旋角 也由0°調整到0.8°，當風速在14m/s上下變動時，旋角也隨之調整角度來維持風機穩定 的輸出；虛功率控制模式為在風機併網點量測風機所需之虛功率並與風機內部之虛功
率基準設定作比較後，由轉換器控制系統調整風機所需之虛功率，此控制模式注重的 是風機併網點之虛功率調整，故風機之虛功率控制在0，即範例系統無需向風機供應 虛功率。
(a) B02匯流排電壓 (b) B04匯流排處電壓
(c) B06匯流排處電壓 (d) 風機直流電壓
(e) 風機轉速 (f) 風機旋角變化
(g) 風力渦輪機輸出功率 (h) 風機電磁轉矩
(i) 風機實功率 (j) 風機虛功率 圖5-2 年度重載下二部風機皆使用虛功率控制模式之暫態波形
Case02
年度重載下二部風機皆使用電壓控制模式圖5-3為重載下二部風機皆使用電壓控制模式之暫態波形，風機運轉至額定時，
B02匯流排電壓升至0.9964p.u.，在B04匯流排電壓升至1.0013p.u.為最高，而在B06匯 流排電壓升至0.9971p.u.。在旋角控制方面，風機運轉至風速為14m/s時，旋角也由0°
調整到0.8°，當風速在14m/s上下變動時，旋角也隨之調整角度來維持風機穩定的輸 出；電壓控制模式為在風機併網點量測電壓與電流，並與風機內部之電壓基準設定作 比較後，由轉換器控制系統調整風機所需之電壓，且風機之功率因數可在0.95~-0.95 之間作調整；此控制模式注重的是風機併網點的電壓調整，風機之虛功率於穩態時為 -33.32kvar，即範例系統需向風機提供33.32kvar的虛功率。
(a) B02匯流排電壓 (b) B04匯流排電壓
(c) B06匯流排電壓 (d) 風機直流電壓
(e) 風機轉速 (f) 風機旋角變化
(g) 風力渦輪機輸出功率 (h) 風機電磁轉矩
(i) 風機實功率 (j) 風機虛功率 圖5-3 年度重載下二部風機皆使用電壓控制模式之暫態波形
Case03
年度重載下一部風機使用虛功控制模式且另一部風機使用電壓控制模式 圖5-4為重載下一部風機使用虛功控制模式且另一部風機使用電壓控制模式之暫 態波形，風機運轉至額定時，B02匯流排電壓升至0.9964p.u.，在B04匯流排電壓升至 1.0013p.u.為最高，而在B06匯流排電壓升至0.9971p.u.。在旋角控制方面，風機運轉至 風速為14m/s時，旋角也由0°調整到0.8°，當風速在14m/s上下變動時，旋角也隨之調 整角度來維持風機穩定的輸出；由於風機採用電壓控制模式配合虛功率控制模式，因 此，風機可在電壓與虛功率作適當的調整，一方面調整風機併網點電壓使其接近 11.4kV，另一方面調整風機所需之虛功率；範例系統供應風機之虛功率較為減少，其 值為29.52kvar。(a) B02匯流排電壓 (b) B04匯流排電壓
(c) B06匯流排電壓 (d) 風機直流電壓
(e) 風機轉速 (f) 風機旋角變化
(g) 風力渦輪機輸出功率 (h) 風機電磁轉矩
(i) 風機實功率 (j) 風機虛功率
圖5-4 年度重載下一部風機使用虛功控制模式且另一部風機使用電壓控制模式之暫 態波形
Case04
年度輕載下二部風機皆使用虛功率控制模式圖5-5為輕載下二部風機皆使用虛功率控制模式之暫態波形，風機運轉至額定 時，B02匯流排電壓升至0.9995p.u.，在B04匯流排電壓升至1.011p.u.為最高，而在B06 匯流排電壓升至1.0102p.u.。在旋角控制方面，風機運轉至風速為14m/s時，旋角也由0
°調整到0.8°，當風速在14m/s上下變動時，旋角也隨之調整角度來維持風機穩定的輸 出；由於二台風機皆採用虛功率控制考慮的是風機虛功率需求部分，故風機之虛功率 控制在0，即範例系統無需向風機供應虛功率。
(a) B02匯流排電壓 (b) B04匯流排電壓
(c) B06匯流排電壓 (d) 風機直流電壓
(e) 風機轉速 (f) 風機旋角變化
(g) 風力渦輪機輸出功率 (h) 風機電磁轉矩
(i) 風機實功率 (j) 風機虛功率 圖5-5 年度輕載下二部風機皆使用虛功率控制模式之暫態波形
Case05
年度輕載下二部風機皆使用電壓控制模式圖5-6為輕載下二部風機皆使用電壓控制模式之暫態波形，風機運轉至額定時，
B02匯流排電壓升至0.9992p.u.，在B04匯流排電壓升至1.0073p.u.為最高，而在B06匯 流排電壓升至1.0065p.u.。在旋角控制方面，風機運轉至風速為14m/s時，旋角也由0°
調整到0.8°，當風速在14m/s上下變動時，旋角也隨之調整角度來維持風機穩定的輸 出；由於二台風機皆採用電壓控制模式時，將針對風機併網點電壓作調整，風機之虛 功率於穩態時為-242.95kvar，即範例系統需向風機提供242.95kvar的虛功率。
(a) B02匯流排電壓 (b) B04匯流排電壓
(c) B06匯流排電壓 (d) 風機直流電壓
(e) 風機轉速 (f) 風機旋角變化
(g) 風力渦輪機輸出功率 (h) 風機電磁轉矩
(i) 風機實功率 (j) 風機虛功率 圖5-6 年度輕載下二部風機皆使用電壓控制模式之暫態波形
Case06
年度輕載下一部風機使用虛功控制模式且另一部風機使用電壓控制模式圖5-7為輕載下一部風機使用虛功控制模式且另一部風機使用電壓控制模式之暫 態波形，風機運轉至額定時，B02匯流排電壓升至0.9993p.u.，在B04匯流排電壓升至 1.0078p.u.為最高，而在B06匯流排電壓升至1.007p.u.。在旋角控制方面，風機運轉至 風速為14m/s時，旋角也由0°調整到0.8°，當風速在14m/s上下變動時，旋角也隨之調 整角度來維持風機穩定的輸出；由於風機採用電壓控制模式配合虛功率控制模式，因 此，風機可在電壓與虛功率作適當的調整，風機之虛功率於穩態時為-215.4kvar，即 範例系統需向風機提供215.4kvar的虛功率。
(a) B02匯流排電壓 (b) B04匯流排電壓
(c) B06匯流排電壓 (d) 風機直流電壓
(e) 風機轉速 (f) 風機旋角變化
(g) 風力渦輪機輸出功率 (h) 風機電磁轉矩
(i) 風機實功率 (j) 風機虛功率 圖5-7 年度輕載下一部風機使用虛功控制模式且另一部風機使用電壓控制模式之暫
態波形