行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
風能轉換系統之電壓閃爍傳播研究(2/2)
計畫類別： 個別型計畫 計畫編號： NSC94-2213-E-110-010- 執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日 執行單位： 國立中山大學電機工程學系(所) 計畫主持人： 盧展南 計畫參與人員： 許毓仁、張几文、林冠甫 報告類型： 完整報告 報告附件： 出席國際會議研究心得報告及發表論文 處理方式： 本計畫可公開查詢中 華 民 國 95 年 9 月 18 日
行政院國家科學委員會補助專題研究計畫
■ 成 果 報 告
□期中進度報告
風能轉換系統之電壓閃爍傳播研究
(2/2)
A study on propagation of flicker in a wind energy
conversion system (2/2)
計畫類別：■個別型計畫 □整合型計畫
計畫編號：
NSC94-2213-E-110-010
執行期間：94 年 8 月 1 日至 95 年 7 月 31 日
計畫主持人：
盧展南
共同主持人：
計畫參與人員：
許毓仁、張几文、林冠甫
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中文摘要 具有快速變動行為的電弧爐負載或風力發電機，會造成電壓閃爍的現象，它透過電力 傳輸線傳遞到各處。利用對電壓閃爍的量測可以了解閃爍源經過變壓器、傳輸線元件及負 載特性等因素，傳遞到不同節點時，電壓閃爍現衰減的現象。本研究利用多台電壓閃爍分 析儀器，至擁有電弧爐和風力發電機之高壓/中壓負載的工廠，進行實地的同步監測，所得 的資料利用電壓閃爍轉移因數可以了解閃爍源對上游的傳播特性與短路容量有關。另外， 對下游的傳播的特性，卻與下游的負載種類有關。本研究也採用不同電壓閃爍分析的儀器 來同步監測，以統計分析方式來計算Pst及∆V10兩電壓閃爍值之間的合理比值。 關鍵詞：電壓閃爍、電弧爐、風力發電機 Abstract
Flicker caused by rapidly changing loads, such as arc furnaces or wind power generation, can propagate to different parts of a power system. Although the flicker level at its origin can be high, levels that are measured at other sites are subject to attenuation, a process that is influenced by fault levels, transformer impedances, line impedances, and composition of the connected loads. This research presents the methodology, measurement results, and data analysis in relation to synchronized flicker measurements carried out in a high-voltage (HV)/medium-voltage (MV) power system which contain an arc furnace or wind power generation supplied by a dedicated feeder connected to the HV/MV bus. The flicker transfer factor derived from measurement results clearly indicate that flicker transfer from the arc furnace or wind power generation site to the upstream HV bus is governed by the fault levels at the two locations. However, the transfer of flicker from the upstream HV bus to other downstream bus is dependent on the downstream load composition. This research also provides statistical analysis results of the relation between two short term flicker severity indices Pst and ∆V10 recorded by two different power quality meters.
一、 前言 電力系統中電壓閃爍的成因主要來自電弧爐的使用，一般電弧爐的操作可分為三階 段：(1)熔解期(Boredown)、(2)氧化期(Meltdown)、(3)精煉期(Refining)，其中以熔解期和氧 化期負載變動最為劇烈，因碎鐵片不斷使三相電極發生短路，產生隨機的電弧放電過程， 造成電弧爐負載虛功率劇烈且不規則的變動與低功因之大變動性電流。由台電研究報告中 顯示[1]，高壓端電壓閃爍源經二次變電所至低壓端用戶會呈現衰減的現象。 臺灣近年來正積極推動再生能源的開發，風力發電機組隨著設備價格的降低，使得裝 置的個數及容量不斷增加，未來藉由民間及廠商的力量，發電比率將會有所提昇。由於風 力發電機組的啟停切換或在不穩定風速下運轉，其輸出電壓及電流皆會產生變動，因此可 能造成電壓閃爍的問題[2][3][4]。 因此電壓閃爍的形成原因來自於電力網路中具有快速變動功率的設備，這些設備的特 點是在運轉過程中之功率會隨機或週期性地大幅變動，因此產生的變動性電流使饋線產生 電壓降變動及電壓閃爍。一般而言，當風力發電機組併於高壓線路，電壓閃爍的問題較不 嚴重，若接至中壓系統，則風速變動所造成之電壓變動可能不可忽略，為能解決風力機組 可能造成之電壓閃爍問題，IEC 61400-21[5]建議了風力機組併聯於電力系統之相關規範與 限制。 目前文獻中所報告之電壓閃爍量測結果顯示，在高壓系統中，雖然其短期電壓閃爍注 入值大於規劃水準，然而在中、低電壓級用戶中卻未出現任何的抱怨，其原因可能是因為 轉移因數都小於 1.0 所致。目前電壓閃爍在系統中的傳遞方式及其評估模式並未達一致共 識，仍然有發展空間。本計畫對不同風力發電機併聯於輸配電系統之相關程序模擬，並與 相關標準驗證比較。我們也實地量測變動性負載及風力發電所造成之電壓閃爍現象傳遞情 形，以瞭解風力發電機組對系統會造成之電壓閃爍衝擊。 二、 研究目的 風力發電機組產生電壓閃爍的影響範圍與程度，會因為風力發電機組控制結構、裝設 容量大小、併接點所在位置及輸配電網路結構等差異而有所不同。當感應式發電機先以馬 達方式帶動風機時將從系統吸入突波電流，若無適當控制將造成數秒鐘的壓降，大多數國
電壓與電力發生擾動之現象，尤其在配電網路較脆弱的地點，就需特別考慮電壓閃爍的問 題並限制在一定的範圍之內。 對於不同地點依據規範進行量測並建立評估限制值的方法，不一定能得到滿意的結 果，主要是因為電壓閃爍有傳遞的特性，所以必須同時考慮各變動性負載及電源的總合效 應。有些時候在高電壓系統中，雖然其短期電壓閃爍注入值大於規劃水準，然而在中、低 電壓級用戶中卻未出現任何的抱怨，其原因可能是因為轉移係數都略小於 1.0 所致。本計 畫針對電弧爐及風力發電機所造成之電壓閃爍傳遞現象進行量測，以瞭解風力發電設備及 電弧爐的操作運轉對系統所造成的電壓閃爍衝擊。 三、 文獻探討 電壓閃爍是電力品質研究的重要一環，電壓閃爍的產生，主要是來自於變動性的負載 或電源輸出，最常見的是電弧爐負載所產生的電壓變動。電弧爐於煉鋼過程中因負載變化 相當劇烈，非線性現象隨鐵料熔解程度而改變，因此造成負載及電壓變動之現象[1]。 進年來隨著風力發電機組設備價格的降低，使得裝置容量愈來愈大，由於風力發電機 組的切換或風力發電機組在不穩定風速下連續運轉，其輸出電壓及電流會產生變動，因此 會造成電壓閃爍的問題[2][3][4]。一般而言，當風力發電機併於高壓線路，電壓閃爍的問題 較不嚴重，若接至中壓系統，則風速變動所造成的電壓變動不能忽略，為能解決風力機組 造成的電壓閃爍，IEC 61400-21[5]建議了風力機組併聯於系統之相關規範與限制。 四、 研究方法 由於各國對電壓閃爍的定義不盡相同，因此就有不同的方法來衡量電壓閃爍嚴重程 度。日本、韓國及中國等國家是使用ΔV10值以評估電壓閃爍程度的量，在歐美國家則採用 IEC的規範，以電壓閃爍嚴重性之統計值來表示電壓閃爍的程度，根據其發表閃爍問題標準 的量測程序中指出，電壓閃爍嚴重性之統計值可以分為短時間嚴重性(Pst)及長時間嚴重性 (Plt)二種。 4.1 IEC 電壓閃爍的評估方法 Pst是代表電壓閃爍嚴重程度的指標，計算嚴重程度時需考慮螢光燈受電壓變動所造成 閃變的現象，此現象可透過人類的眼睛及腦以感受其嚴重程度。多數電壓閃爍分析儀器之 功能及設計，都是參考IEC 61000-4-15[8]之規範所製造，其中共分有五個工作步驟，可區分 成兩個主要部份，第一個部份是模擬有關燈光與眼、腦之間的感受反應，是由步驟2、3、 4 來執行。第二個部份是對電壓閃爍訊號做線上的統計與分析並呈現出最後的結果這是由 第5 個步驟來執行。
各步驟的工作內容為，第 1 個步驟是評量輸入訊號與參考準位之差異程度，第 2 個步 驟是將輸入訊號做平方處理以對信號進行解調的工作，第 3 個步驟是由兩個濾波器所組 成，第1 個濾波器將過濾直流電壓的成份，第 2 個濾波器對人眼視覺影響付予不同程度的 權重，第 4 個步驟是由兩成份所組成，其一是將信號平方以模擬燈具之發光效應，另一為 週期為300 ms內的一階低通濾波器，以組成一非線性的數學方程式，因此輸出是瞬時電壓 閃爍大小，第 5 個步驟就是執行電壓閃爍線上即時的統計分析。分析項目又分兩部份，首 先建立瞬時電壓閃爍大小的累積機率函數，其次再使用多點方法(multipoint method)來模擬 視覺暫留現象並計算短期閃爍注入值(Pst)。步驟 4 的輸出被用來計算瞬時電壓閃爍大小的累 積機率函數p(m)，令 T t m p( )= m 其中的tm是指電壓閃爍程度維持大於m之持續時間，T是總觀測時間。電壓訊號的最小取樣 率為每秒50 個取樣點，並將電壓閃爍程度分成至少 64 個等級。依多點估計方法Pst可由下 式求出 s s s s st P P P P P P =0.1∗ 3.14 0.1+5.25 1 +6.57 3 +2810 +8 50 其中的P0.1、P1s、P3s、P10s及P50s分別指在累積機率曲線中電壓閃爍程度超過0.1%、1%、3%、 10%及 50%總觀測時間之電壓閃爍等級，並以多點平均方式求得。 3 5 . 1 1 7 . 0 1 P P P Ps = + + 3 4 3 2 . 2 3 P P P Ps = + + 5 17 13 10 8 6 10 P P P P P P s = + + + + 3 80 50 30 50 P P P P s + + = 根據IEC對Pst的定義是指 10 分鐘內所發生的短期閃爍注入值，適合評估電源短期的擾
4.2 ΔV10電壓閃爍的評估方法
日本電力中央研究所(CRIEPI，Central Research Institute of Electric Power Industry)發表 以電壓閃爍 10Hz等效值ΔV10為衡量電壓閃爍嚴重程度的數值方法，發展出所謂『視感度 係數』，ΔV10即將不同電壓變動成分換算為相對於10Hz之等效值，特別適用於評估電壓閃 爍對照明燈具的影響，因為人的眼睛對10Hz的照度閃爍最為敏感，有關的計算公式如下[9]。
∑
⋅∆ = ∆ n n n V a V10 ( )2 其中，∆Vn為頻率 n Hz 的電壓變動量， 為 n Hz 等效至 10Hz 的相對視感度係數，如圖 1 所示。 n a 圖1、ΔV10評估法之視感度曲線與對應之an係數 4.3 電壓閃爍傳播特性分析 所有的電壓閃爍注入值都會經由輸配電系統網路元件傳送到上下游各處，因此若未能 適當的限制在一個可以接受的範圍之內，將會影響各處電力的品質。有關輸配電系統中發 生電壓變動及電壓閃爍之傳播特性分析，可以利用轉移參數的方式來推算。電壓變動轉移 因數(voltage variation transfer factor, kv )是描述當擾動性負載在 X 點時，在該處所造成的穩 態電壓變化∆VX ，同時也會造成別處Y 點有∆VY的穩態電壓變化，因此其電壓變動的轉移 因數即可由下式來推算[10]。 X Y YX V V kv ∆ ∆ =另一方面，也可以應用電壓閃爍轉移因數(flicker transfer factor, kf )來描述當擾動性負載 在X點時，在該處的短期電壓閃爍注入值Pst,X，及在別處Y點有Pst,Y的短期電壓閃爍注入值，
X st Y st YX P P kf , , = 目前文獻上發表的研究結果顯示[10]： - 從中電壓至低電壓級系統之電壓閃爍轉移因數約為 1.0。 - 從高電壓至中電壓級系統之電壓閃爍轉移因數略小於 1.0 (約在 0.5 至 0.95 之間)。 在放射狀系統中，如圖 2 所示，假設電壓閃爍源在節點 2 的位置，欲評估往上游電源 側1 之傳播特性結果，其電壓的變動可以利用短路容量來計算，如下式所示 1 , 2 , 12 1 , 1 , 12 1 , 1 , 2 1 CC CC CC CC CC CC S S X X X Z Z Z V V = + ≈ + = ∆ ∆ 由於電壓閃爍轉移因數可以由兩端短期電壓閃爍注入值來估算，若電壓的變動與傳遞 及頻率無相關時，則 1 , 2 , 2 1 12 2 , 1 , 12 CC CC st st S S V V kv P P kf ≈ ∆ ∆ = = = 。若是電壓閃爍源在電源側，欲評估往下游負 載側之衰減特性，是不容易推算的，主要是因為負載側可能有旋轉電動機、自動電壓調整 器以及變壓器磁飽和等現象，會直接影響電壓閃爍源的傳遞特性，因此必須考慮動態阻抗 (Z’) 所 引 起 的 小 電 壓 變 動 ( Δ v) 的 量 ， 其 電 壓 閃 爍 轉 移 因 數 即 可 採 下 列 公 式 來 計 算 [11][12][13]。 23 2 3 Z Z Z V V L L + = ∆ ∆ 23 ' ' 2 3 Z Z Z v v L L + = ∆ ∆ L L L L st st Z Z Z Z Z Z V v V v P P kf 23 23 ' ' 2 2 3 3 2 , 3 , 32 + ∗ + = ∆ ∆ ∆ ∆ = = 基於上述的公式中，動態阻抗及系統阻抗會隨負載及變壓器的特性而有所改變，即旋 轉電動機負載及變壓器負載越大時，其電壓閃爍轉移因數就會越小，表示衰減的程度更明 顯，如圖3所示。文獻中[14]，透過模擬，也得到進似的結果。
圖2、放射狀系統 電壓閃爍 轉移 因數 負載量(%) 圖3、電壓閃爍轉移因數與阻抗特性之關係圖 一般在高壓電力系統皆設計為閉迴路網路，以提高供電可靠度，因此上述放射狀的計 算方式就不能適用。可行的評估方法約有二種[10]，第一種是利用導納矩陣(Y)，矩陣內的 參數包括饋線、發電機及電動機等之導納值，即某一節點上電壓的變動是由電流的改變量 所造成，假設此節點負載變動前之電壓為V0，且相角為零度，因此相對的壓降可以由 0 ) ( % V V R V = ∆ ∆ 來計算，其中的R係代表取實部。因此當擾動性負載在X點時，會造成此處的 電壓變化∆VX ，也同時造成別處Y點有∆VY的電壓變化，則電壓變動轉移因數近似於阻抗 比，如下式所示 XX YX X XX X YX X Y YX Z Z I Z R I Z R V V kv ≈ ∆ ∗ ∆ ∗ = ∆ ∆ = ) ( ) ( 第二種估算電壓閃爍轉移因數的方法是利用負載潮流的運算，負載以 PQ 匯流排來代 表，受影響的節點是以PQ或PV匯流排來代表，此外以固定電壓的節點為搖擺匯流排。當 擾動性負載或電源在切入及切離的過程中，其節點的複數電壓分別為V1及V0，則可以利用 下式來計算電壓降。 2 1 0 1 0 V V V V V V V + − = ∆ = ∆ 4.4 電壓閃爍轉移因數的應用[15] 根據IEC 61000-3-7的規範指出，有關評估電壓閃爍嚴重度的流程如下圖4所示，包含 以下三個步驟：【步驟1】先依電力變動量及變動頻率來做簡單地評估其衝擊影響。【步驟2】
推算電壓閃爍源自高壓側傳遞至低壓側之比例，從總規劃水準扣除此分量後再推算各區域 及變動電源或負載可允許之電壓閃爍值注入量，不同的電壓閃爍源造成之集合效應可利用 下列公式來計算，其中的m 值通常是採用 3。中電壓等級之電壓閃爍限制標準可以透過轉 移因數來計算，再計算個別負載之限制標準。【步驟3】依實際運轉情況對步驟 2 無法達成 之案例，進行再評估短期及長期電壓閃爍注入值是否超過規劃水準。 圖4、電壓閃爍嚴重度之評估流程 [15]
3 3 3 3 PstHV PstHM PstMV PstMV L T L G = − ∗ 3 3 3 3 PltHV PltHM PltMV PltMV L T L G = − ∗ 其中 PstMV G 、GPltMV分別是中電壓級之短、長期電壓閃爍注入值限制， PstMV L 、LPltMV分別是中電壓級之短、長期電壓閃爍注入值規劃水準， PstHM T 、TPltHM分別是由高電壓至中電壓級之短、長期電壓閃爍注入值轉移因數。 3 1 MV MV i PstMV Psti F S S G E = ∗ ∗ 3 1 MV MV i PltMV Plti F S S G E = ∗ ∗ 其中 Psti E 、EPlti分別是中電壓級個別負載之短、長期電壓閃爍注入值限制， i S 是中電壓級個別負載裝置容量， MV S 是中電壓級之所有個別負載總容量， MV F 是變動性負載之巧合因數(coincident factor)，標準值為0.2 ~ 0.3。 4.5 混沌理論分析電壓閃爍資料[16][17] 大部份的自然科學現象，我們對它們的了解都是起於觀察、測量及記錄數據，然後再 歸納整理，才得以描述該系統行為的數學方程式，在大部份的實際情況，我們擁有的只是 數據而非數學方程式，然而這些數據大多是時間序列(time series)的資料，時間序列資料的 分析，在傳統方法上為達理想化、精簡化的目標，對於分析資料的特徵描述多偏重於特定 型態或線性模型，此與電壓閃爍的實際現象並不十分相符，因此本計畫藉由混沌理論對時 間序列資料具有良好的解釋能力，並透過碎形結構的鑑別，瞭解電壓閃爍時間序列背後所 隱藏的動態行為結構。混沌時間序列具有內部確定的規律性，所重構出混沌吸引子相空間 具有很高精確的預測性，因此混沌時間序列的建構和預測特性成為本計畫研究時間序列電 壓閃爍值及上下游間傳播現象的課題。 欲確定所量測到的時間序列資料是否屬於混沌系統，其檢驗系統最普遍的方法是採用
Exponent)，簡寫為 H，為判斷時間序列是否具長期記憶的重要指稱。赫斯特冪數有三種不 同類型： z H=0.5 時，代表這個序列是一個隨機數字序列，有時稱為布朗時間序列(Brownian time series)，也就是每個數據彼此間無相關性，即過去的增量與未來的增量無相關。 z 0<H<0.5 時，意味著很可能當過去序列中的值增加時，未來序列的值跟著減少，具 有 負 的 自 相 關 性(negative autocorrelation) ， 因 此 這 個 序 列 值 稱 為 反 持 續 (antipersistent)。 z 0.5<H<1 時，表示可能當過去序列中的值增加時，未來序列的值跟著增加，具有正 的自相關性(positive autocorrelation)，因此這個序列值稱為持續(persistent)。 赫斯特冪數計算結果與碎形結構的碎形維度(fractal dimension，D )有數學上的相關性， 即是 D=2-H，其中的碎形維度值不是整數而是分數，在歐氏幾何中，所研究的形狀維度都 是整數，分數維度在歐氏幾何中是不可思議的，但是碎形這種特殊性質在自然界卻普遍存 在。混沌現象是屬於一種具有特別維度的碎形，隱藏有特殊碎形結構的奇異吸子，故鑑別 時間序列是否具有混沌現象，可以藉由碎形維度的衡量作判斷，碎形維度的大小可以得知 系統的複雜程度。 五、 結果與討論 多部風力發電機與輸配電系統併聯之方式，可能採取匯集所有風機再併聯或分散式匯 集再併聯等技術，隨著風力發電機的順序切換運轉，會在相關節點上產生電壓閃爍交互的 作用，對於短路容量比較脆弱的節點其現象可能嚴重，這些節點不一定是風力發電機匯集 併聯的地方，因為電壓閃爍會透過網路元件而有傳播上下游之特性，這些現象不容易利用 簡單的數值計算方式來評估。 由於饋線或工廠內相關設備及系統參數往往無法有很好的掌握，因此以上述數值分析 方式往往較難得到準確的驗證，因此本計畫經分析後，決定以相關量測資料探討電壓閃爍 傳遞的現象，本計畫研究人員從民國93 年 11 月及 95 年 1 月至某裝設有風力發電機之工廠 及電弧爐工廠進行實地裝設電壓閃爍監測系統。量測的時間達一個月，監測系統分別有 RPM、ADX-3000 及HIOKI三套電力品質儀器，皆是經由比壓器(PT)及比流器(CT)來進行監
圖5、受量測工廠(含風力發電機)之電力系統單線圖及監測系統裝設位置 圖6、受量測工廠(含電弧爐)之電力系統單線圖及監測系統裝設位置 在兩處所分別監測到的時序資料，如圖 7 及 8，在風力發電機匯合點上，Pst 及 Plt 的 值分別為 0.139 ~ 0.676 及 0.209 ~ 0.475，而 ΔV10的值是 0.055% ~ 0.116%。另外在電弧 爐匯合點上，Pst 及 Plt 的值分別為 0.095 ~ 8.761 及 0.171 ~ 6.023，而 ΔV10 的值是 0.031% ~ 4.526%。有關電壓閃爍傳播特性，我們透過實地監測的資料來予以分析，如表 1、
2 及 3 所示。表 1 係當風力發電機的輸出功率達 70%以上時，明顯改善風力發電機匯合點 電壓變動的情形，表 2 為風力發電機無輸出功率時之表現值，比較兩者之間的數值，當輸 出功率達 70%以上時，有較低的電壓閃爍值與電壓閃爍轉移因數。在電弧爐匯合點產生的 電壓閃爍現象，隨著負載的變動而有明顯關聯，經過變壓器及饋線的傳遞，由實地監測值 的整理，有關對上游的傳播特性，其電壓閃爍轉移因數小於 1。對此兩處所監測到的電壓 閃爍時序資料，透過統計分析的方式，對不同監測位置的Pst值進行整理，所展現出的累積 機率分佈圖，如圖9 及 10 所示。 (量測時間共 1 個月，每筆 10 分鐘，共計 4320 筆) 圖7、受量測工廠內風力發電機匯合點之電力值(R 相)
(量測時間共 1 個月，每筆 10 分鐘，共計 4320 筆) 圖8、受量測工廠內電弧爐匯合點之電力值(R 相) 表1、風機輸出功率達 70%時之電壓閃爍轉移因數 風力發電機匯合點 Y B 匯流排編號 X (上游) A (下游) C 電壓閃爍轉移因數平均值 kfY→X 0.91 1.34 電壓閃爍轉移因數95% CPF kfY→X 1.54 2.36 電壓閃爍轉移因數99% CPF kfY→X 1.85 2.87
表2、風機無輸出功率時之電壓閃爍轉移因數 風力發電機匯合點 Y B 匯流排編號 X (上游) A (下游) C 電壓閃爍轉移因數平均值 kfY→X 0.95 1.43 電壓閃爍轉移因數95% CPF kfY→X 1.64 2.66 電壓閃爍轉移因數99% CPF kfY→X 1.99 3.27 表3、電弧爐之電壓閃爍轉移因數 電弧爐匯合點 Y C 匯流排編號 X (上游)A (上游) B (下游) D 電壓閃爍轉移因數平均值 kfY→X 0.43 0.59 0.88 電壓閃爍轉移因數95% CPF kfY→X 1.15 1.57 2.37 電壓閃爍轉移因數99% CPF kfY→X 1.52 2.06 3.12 圖9、受量測工廠內風力發電機匯合點上下游之Pst值累積機率分佈圖(R相)
圖10、受量測工廠內電弧爐匯合點上下游之Pst值累積機率分佈圖(R相) 對於ΔV10值評估電壓閃爍程度的部份，在相關文獻中[18]指出 3 10 ≈ ∆V Pst ，經由實地監測 值的分析，如圖11 所示機率分佈及累積機率分佈情形，在風力發電機匯合點上及電弧爐匯 合點上之平均值分別為3.8986 及 3.9615，標準偏差分別為 1.297 及 1.893。 CPF (a)風力發電機匯合點之電壓閃爍比值分佈(R 相) CPF (b)電弧爐匯合點之電壓閃爍比值分佈(R 相) 圖11、 10 V Pst ∆ 機率分佈及累積機率分佈圖 有關風力發電機及電弧爐上下游各點，所監測到的電壓閃爍值，我們利用R/S分析法可 以計算分別的赫斯特冪數與碎形維度，如圖12 及表 4、5 所示。由表中顯示受監測的兩處
工廠內，上下游各點電壓閃爍值Pst的赫斯特冪數(H)約在 0.6 ~ 0.7 之間，都具有正的自相關 性，表示過去序列中的值增加時，未來序列的值會有增加的可能性，幫助於我們未來進行 電壓閃爍值預測性的研究。而與赫斯特冪數具有相關性的碎形維度，在兩處之上下游各點 的值約為1.2 ~ 1.3 之間，其中下游的值受傳播特性及負載等的影響，顯示有較高的碎形維 度，因此電壓閃爍值的複雜程度較為嚴重。 圖12、R/S 與取樣時間(τ)之對數分佈圖 表4、風力發電機匯合點上下游Pst值之赫斯特冪數與碎形維度
表5、電弧爐匯合點上下游P 值之赫斯特冪數與碎形維度 st (H) (D) 赫斯特冪數 碎形維度 高壓級上游(A) 0.743 1.257 中壓級上游(B) 0.731 1.269 電弧爐匯合點(C) 0.647 1.353 下游(D) 0.629 1.371 討論與結論 本研究以某工廠內風力發電機輸出變動下及電弧爐負載的電壓閃爍問題為研究對象， 測位置，以進行實地監測與資料 收集，透過統計數值分析及混沌理論來幫助了解有關風力 透過本研究實地監測值的整理， 當風機的輸出電力達 1.2 ~ 1.3 左右，其中下游的值受傳播特 性及負載等的影響，顯示有較高的碎形維度，因此電壓閃 st 10 有快速變動行為的電弧爐或風力發電機負載，它會經由 儀器，到電弧爐或風力發電機高 電壓 st 10 並規劃風力發電機匯合點及電弧爐匯合點之上、下游為監 發電機及電弧爐負載電壓閃爍相 關值的傳播特性。 隨著風速的變動，會讓風力發電機產生電壓閃爍的現象，其產生的影響範圍與程度， 會因機組控制、裝設位置、裝設容量及網路結構等有關， 70%以上時，明顯改善風機匯合點電壓變動的情形，因此有較小的電 壓閃爍值與電壓閃爍轉移因數，近似於圖 3 的特性。另外電弧爐匯合點產生的電壓閃爍現 象，隨負載的變動而有明顯關聯，透過變壓器的傳遞，由實地監測值的整理，有關對上游 的傳播特性，其電壓閃爍轉移因數小於1。 另外對於時間序列的電壓閃爍實測值，透過R/S法可以了解饋線上下游之間電壓閃爍值 之赫斯特冪數約在0.6 ~ 0.7 左右，而碎形維度約在 爍值的複雜程度較為嚴重。最後 針對不同的電壓閃爍指標量測結果的評估比較，及比較各國的管制水準，本研究對於P 及 ΔV 兩電壓閃爍實測值進行分析研究並求得兩者之間的比值平均值約為 3.9。 六、 計畫成果自評 電壓閃爍的現象主要發生於具 電力傳輸線傳遞到上下游。本研究利用多台電壓閃爍分析 (中電壓)負載的工廠，進行實地的同步監測，量測的數據透過統計方式來整理，可以了 解閃爍源經過變壓器、傳輸線元件及負載特性等因素，傳遞到不同節點時，電壓閃爍現象 會呈現衰減的效果。其中有關電壓閃爍轉移因數可以驗證閃爍源對上游的傳播特性與短路 容量有關，而對下游的傳播的特性，卻與下游的負載種類有關。根據IEC的規範指出，有關 不同電壓等級上的電壓閃爍管制水準，須考慮上下游電壓閃爍值傳播過來的影響，因此本 計畫研究的電壓閃爍轉移因數之特性，對相關規劃人員具有參考使用的價值。另外對於不 同電壓閃爍分析儀器所同步監測到的數值，由統計分析方式可以驗證P 及∆V 兩電壓閃爍
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可供推廣之研發成果資料表
□ 可申請專利 ■ 可技術移轉 日期：95年8月31日國科會補助計畫
計畫名稱：風能轉換系統之電壓閃爍傳播研究 計畫主持人：盧展南 計畫編號：NSC94-2213-E-110-010 學門領域：電力技術/創作名稱
電壓閃爍傳播特性發明人/創作人
盧展南 本研究進行實地的同步監測，所得的資料利用電壓閃爍轉移因 數可以驗證閃爍源對上游的傳播特性與短路容量有關。另外，對 下游的傳播的特性，卻與下游的負載種類有關。本研究也採用不 同電壓閃爍分析的儀器來同步監測，以統計分析方式來驗證Pst及 ΔV10兩電壓閃爍值之間的合理比值。技術說明
clearly indicate that flicker transfer from the arc furnace or wind The flicker transfer factor derived from measurement resultspower generation site to the upstream HV bus is governed by the fault levels at the two locations. However, the transfer of flicker from the upstream HV bus to other downstream bus is dependent on the downstream load composition. This research also provide statistical analysis results of the relation between two short term flicker severity indices Pst and ∆V10 recorded by two different power
quality meters.
