10.1 前言
隨著電業自由化的趨勢及國內經濟之發展，對於可靠電力之需求與日俱增，
如何將現有有限之電源及輸配電線路，作最佳之應用，以期有效提昇供電效率及 可靠度，且在危急運轉情況如何利用防衛系統，避免限電及停電之事故，實為當 前電力調度、規劃人員以及電力工程研究工作者之重要研究課題。
大功率電力電子元件之開發，並配合現代通訊網路及計算機系統，為輸電系 統提供新的風貌與趨勢。特別是基於高壓直流輸電系統換流技術成功之運行，更 提供了改變輸電網路特性之可行經驗。彈性交流輸電系統（FACTS）引入電力 電子技術，以強化系統控制能力和增加輸電能力，使線路可再加重利用，成為更 有效之網路。引進可控的大功率電子元件，使輸電網路的阻抗可控、相角可控，
電力網路之潮流分佈則可控制調節，而影響傳統的電網分析方法，如此得以提高 電力產業解制後滿足各方不同需求的可能性，而使以往難以達到之控制目標得以 實現。
FACTS 技術的應用，可以歸納成兩個方面來說明，第一是可以控制電力潮 流的分佈，第二是可以增強電力系統的穩定度，進而提高輸電線路的送電容量。
就第一項應用來說，由於 FACTS 可以改變輸電線路的電抗及相角，因此得 以造成電力潮流的重新分佈。電力系統經 FACT 裝置調整後，倘使系統參數調整 得宜，則可以得到比較理想的電力潮流的分佈情形。控制電力潮流分佈這個應用 在電力自由化中非常有用。因為在電力市場中，買方與賣方是要透過電力網路來 運送他們的交易品，但是因為輸電網路因為系統結構之故，電力潮流往往並非能 夠如買賣雙方所願地流動。因此，在考慮使用 FACTS 裝置，我們將可以得到一 個比較理想，或者可以是完全符合我們所想要的電力潮流分佈，對於整個系統在 運作，輸電線路代輸費用計算及電力網路雍塞管理，都是非常有幫助。
FACTS 技術的第二項應用是增強電力系統穩定度，進而提高輸電線路的送 電容量。 近來，新的發電廠逐漸地興建中，未來將逐一加入運轉。當發電量升
高，輸電容量也須隨之提高。若想建立新的輸電線路來增加輸電容量，不僅耗時，
且會有民眾及環保團體抗爭之顧慮。但若希望能運用現有的超高壓輸電線路來容 納這些發電量，卻又基於系統穩定度的限制之下，無法有效提升輸電線路的送電 容量。因此，一個比較可行的方法是，先求提高電力系統穩定度，之後即可妥善 運用現有的輸電線路，來容納逐年攀升的電力需求量。為了要提升電力系統穩定 度，以往比較有效且經濟的方法是控制交流同步發電機中的激磁系統，此即為電 力系統穩定器 (power system stabiliser) 的發展。FACTS 技術則提供另一項選 擇，即快速調變輸電網路參數，藉由迅速地改變線路電抗及相角，使得網路結構 發生變化，進而使得系統在發生故障事故後可以回復到原先或者是另一個穩定的 操定點，以確保系統穩定度。如此一來，電力工程師將多了一個可以增強系統穩 定度的手段。一旦電力系統穩定度改善了，我們就可以增加輸電線路的操作容 量，亦即我們提高輸電線路的送電能力。
除此之外，若將電力電子元件和一些儲能裝置結合，例如超導磁能儲存系統 或是大型蓄電池等等，將可提供電力系統更多好處，如提高備轉容量和實功虛功 調節等等。亦即，可以建立一個大型的不斷電系統，提供給一些極需確保電力不 致中斷的機構，做為備用電力來源。
常用在改變電力潮流分佈的 FACTS 裝置有閘控串聯電容器(TCSC)、強化 電力潮流控制器(UPFC)、閘控移相變壓器(TCPAR)、相間電力控制器(IPC)。而 用在增強電力系統穩定度的 FACTS 裝置，除了之前所提到之外，還有靜態乏補 償器(SVC)，靜態同步補償器(STATCOM)，閘控制動電阻器(TCBR)，超導磁能 儲存系統(SMES)等。
為避免類似七二九事故的再度發生，本研究子題期望利用先進保護與控制技 術針對緊急事故，研究有效之措施，以避免或降低重大停電事件之發生機率。系 統安全性的提高需藉由即時的系統量測及分析來達成。經由系統脆弱度的分析可 以及早採取預防性的措施以避免危急事件的惡化及影響範圍。藉由先進的通訊及 保護與控制技術可以提供電力系統多一層應變緊急事故防衛之能力。
10.2 擬推動之研究主題及內容
今日，電力電子控制元件朝向高電壓，高電流設備的開發，通訊及控制技術
不斷創新，使應用於高壓輸電系統的技術漸臻成熟，這些先進技術對電力系統將 產生重大的影響，甚且帶來輸電系統的大革命。本特色計畫之規劃旨在提供國內 在電力電子及控制方面之研究人力，另一研究發展之方向，進而對國內電力系統 運轉產生正面之影響。以下為本特色研究主題擬推動之相關研究項目：
主題一：高功率電力電子技術在輸電系統之應用研究，相關研究子題如下：
(1) 控制器之數學分析模式建立。
(2) 系統穩定度與系統阻尼研究。
(3) 並聯補償器 ( Static Shunt Compensators ) 設計。
(4) 串聯補償器 ( Static Series Compensators ) 設計。
(5) 電壓和相角調整器 ( Static Voltage and Angle Regulators ) 設 計。
(6) 整合型補償器 (Combined Compensators : Unified Power Flow Controller ) 設計。
(7) 諧波分析與抑制。
(8) 儲能系統之控制與應用。
(9) 高功率電力電子元件開發。
(10) 高功率電力電子設備應用於改善電力系統性能之研究。
本研究除了必需深入瞭解同步發電機及各項輸電、變電設備之特性及數 學模型外，尚須用到較高深的線性系統、控制系統及通訊系統等理論，此外 亦用到電力電子設備之特性及數學模型和各項人工智慧相關的計算機理 論，因此在學術研究上具有極大之研究價值。
主題二：電力防衛系統之研究，相關研究子題如下：
(1) 用廣域量測值於穩定度控制（Wide area measurements for control）。 (2) 應用同步相量測值於電力系統狀態監視（State monitoring with
synchronized phasor measurements）。
(3) 適應型及智慧型保護電驛之應用（Adaptive and intelligent protection）。
(4) 電力系統脆弱度分析及適應自我恢復強健狀態技術應用（Vulnerability analysis, adaptive self-healing）。
(5) 多軟體代理人資訊技術應用於系統分析與控制（Multi-agent framework for analysis and control ）。
(6) 光纖通訊技術之應用。
(7) 線上系統穩定度模擬。
(8) 卸載策略擬定。
(9) 預警系統之建立。
(10) 系統運轉狀態之圖資顯示系統。
(11) 電力島運轉之設計與控制分析研究。
主題三：SOC（System on a Chip）及 SOP（System on Panel）在電力系統 保護與運轉之應用，相關研究子題如下：
(1) 數位電驛 SOC 及 SOP（System on Panel）化研製。
(2) 特殊保護策略 SOC 及 SOP（System on Panel）化研製。
(3) FACTS 控制策略 SOC 及 SOP（System on Panel）化研製。
10.3 預期成效
電力電子技術於電力系統的應用，主要功能是將系統的送電能力提昇到 輸電線的熱容量極限，對疏解系統運轉困境有所裨益，除此之外，另有助暫 態穩定提高，故障電流抑制，次同步共振避除和動態穩定度阻尼增加等諸多 效益。而電力防衛系統之建立有助免除大範圍停電之可能性，進而提高系統 可靠度。本計畫預期之具體成效為：
（1） 培育電力系統分析之人才。
（2） 改善電力系統穩定度和可靠度。
（3） 提高輸電系統輸電能力及安全性。
（4） 建立事故發生程序之鑑別，特性化及數據化分析。
（5） 對各種基礎網路個體間之相依及因果關係之了解。
（6） 發展電力系統運轉狀態及事故預測模式。
（7） 發展降低或免除事故發生之運轉程序及策略。
（8） 設計電力系統自我復原及適應性結構。
（9） 在系統運轉強韌性與效率間取得平衡。
10.4 參考文獻
[1] C-C. Liu, J. Jung, G. T. Heydt, V. Vittal, and A. G. Phadke,〝The Strategic Power Infrastructure Defense System,〞IEEE Control System Magazine, Aug.2000, pp.40-52.
[2] C. Taylor, 〝Improving Grid Behavior,〞IEEE Spectrum, June 1999, pp.40-45.
[3] G. T. Heydt, C. C. Liu, A. G. Phadke, V. Vitted,〝Solutions for Crisis in Electric Power Supply,〞IEEE Computer Applications in Power , July 2001, pp.31-37.
[4] N. G. Hingorani, and L. Gyugyi, 〝Understanding FACTS-Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems,〞IEEE Press, 2000.
[5] L. Gyugyi,〝A Unified Power Flow Control Concept for Flexible AC Transmission System, 〞 IEE Proceedings-C, Vol 139, 1992, pp.323-331.
[6] P. Fairley, “A smarter power grid,” Technology Review, August, 2001.