因應分散型發電之配電系統設計與運轉研究(I)---子計畫一---因應分散型發電之配電系統設計研究

行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告

子計畫一：因應分散型發電之配電系統設計研究

計畫類別： 整合型計畫

計畫編號： NSC94-2213-E-011-070-

執行期間： 94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日 執行單位： 國立臺灣科技大學電機工程系

計畫主持人： 陳在相

報告類型： 精簡報告

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： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，2 年後可公開查詢

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 5 成 果 報 告

□期中進度報告

因應分散型發電之配電系統設計與運轉研究(I)-子計畫一：

因應分散型發電之配電系統設計研究

計畫類別：□個別型計畫 5 整合型計畫 計畫編號：NSC 94－2213－E－011－070－

執行期間：94 年 08 月 01 日至 95 年 07 月 31 日

計畫主持人：陳在相 共同主持人：

計畫參與人員：楊念哲、陳加灃、蔡宜達、彭兆川

成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)： 5 精簡報告 □完整報告

本成果報告包括以下應繳交之附件：

□赴國外出差或研習心得報告一份

□赴大陸地區出差或研習心得報告一份

□出席國際學術會議心得報告及發表之論文各一份

□國際合作研究計畫國外研究報告書一份

處理方式：除產學合作研究計畫、提升產業技術及人才培育研究計畫、

列管計畫及下列情形者外，得立即公開查詢

□涉及專利或其他智慧財產權，□一年 5 二年後可公開查詢

執行單位：國立台灣科技大學電機工程系

中 華 民 國 九十五 年 九 月 八 日

一、中英文摘要

本研究計畫的主要目的在探究因應分散型電源之配電系統設計問題。主要研究工 作在探討分散型電源併網運轉對各種型態配電系統的衝擊影響，進而提出可行之規劃 設計方案與技術，使配電系統結構更為強健，以便將分散型電源之併網衝擊減至最小，

進而使風力發電機併網條件得以放寬，以達到降低整體投資與運轉成本，提高相關產 業競爭力的目的。本(第一年)度係針對放射型配電系統因應分散型電源併網之最適規 劃設計進行分析與探討，第二年則將針對常閉環路型配電系統因應分散型電源併網之 最適規劃設計進行分析與探討，第三年則將針對其他常見型態配電系統因應分散型電 源併網之最適規劃設計進行分析與探討。研究結果將逐年提供給其他子計畫參考與應 用。研究結果將有助於各型態配電系統因應分散型電源併網衝擊之減輕及供電品質、

安全性與整體效益之提升，以及可提供為未來系統升級及擴充時之參考與應用。

The major purpose of this research project is to examine the design of power distribution systems for interconnection with distributed generations (DG’s). The major tasks are to evaluate the impacts of the parallel operation of DG’s with various types of distribution systems, and find out their finest planning and design. The major objects are to make the distribution systems more robust, to reduce the impacts of DG’s on the distribution systems, to release the requirements of interconnection of DG’s with public distribution systems, to reduce the total capital and operation costs, and to improve the competitive strength of enterprises. In the first year, the research focuses on the planning and design of radial distribution feeders for interconnection with DG’s. In the second year, the major research effort concentrates on the planning and design of the normally closed loop arrangement for interconnection with DG’s. In the final year, the examination will deal with the planning and design of other types of distribution network arrangements for interconnection with DG’s. The finds of this research project are of value to reduce the impacts of DG’s on the distribution systems, to improve the power quality, safety and whole system efficiency, and better future system expansion.

關 鍵 詞 (keywords) ： 配 電 系 統 (distribution system) 、 分 散 型 電 源 (distributed generation)) 、 併 網 (interconnection)、放射型(radial type)、常閉環路型(normally closed type)

二、前言

早期發電機的功率很小，僅能提供給當地用戶使用，此一情況在最近的四十年內 產生了巨幅的變化；隨著發輸電技術的進步及基於經濟上的考量，發電機的單機容量 已大幅提高；又在考量佔地面積、運輸條件及冷卻水供應的方便性等因素下，目前的 發電廠大都採集中發電的方式經營；因此之故，一般發電廠的位置均離負載中心甚遠，

為了克服長程輸電的困難及考量輸電效率，有必要建構高壓輸電網路，甚或超高壓輸 電網路；然而基於用電安全的考量，最終仍必須降壓後再配送至各用戶，供各用戶在 安全無虞的情況下使用，後者即為目前配電系統的功能。

然而，在分散型電源興起後，此一發、輸、配電的垂直整合方式有了革命性的改

變，小型分散型電源機組所發出的電力就近直接供應給用戶，不再如大型機組般需由

低壓升為高壓，千里迢迢送至負載中心後，再由高壓降為低壓，饋供至用戶，輸配電

效率明顯提高許多。當然，也衍生出不少運轉、調度、控制、保護及安全等各方面的

問題，必須一一克服。

三、研究目的

本研究計畫將針對因應分散型電源之各型態配電系統之設計與運轉進行研究，其 中更將焦點放在佔比超過 90%的風力發電上，研究問題涵蓋逆送電力至輸電系統、孤 島運轉、電壓波動、併聯電壓突降、電壓控制、短路電流、保護裝置、保護協調、系 統不平衡、最大併聯容量、併聯點、併聯變壓器接線方式、功因改善、接地方式等，

研究結果可作為未來配電系統因應分散型電源之規劃設計、保護協調、運轉維護及虛 功補償等之參考與應用，同時亦有助於分散式電源與配電系統併聯運轉之整體供電品 質、安全性與可靠度之提升，及整體成本之降低等。

四、文獻探討

有關分散型電源與配電系統之相互影響，H. Lee Willis 提出分析法則與經驗法則，

其中提到分散型電源與配電系統併聯運轉有其先天的優缺點，分散型電源提供功率與 電壓，但會使保護協調、電力潮流及電壓規劃等問題複雜化，其中並提到大部分配電 系統為放射型或常開環路型，全系統只有單一電源，當分散型電源併聯至配電系統時，

全系統將有兩個以上的電源，而其對分散型電源併聯至配電系統之分析可分成兩大 類：(1)DG 輸出小於併網點下游負載量；(2)DG 輸出大於併網點下游負載量。第一類 DG 對其併網點下游之負載將不會有任何衝擊，但變電所至 DG 併網點之間的電力潮流 量將減少；第二類對於併網點下游之負載將不會有直接的衝擊，但變電所至 DG 併網 點之間將產生逆轉現象。

W. El-Khattam 等人提出整合蒙地卡羅法與傳統牛頓-拉弗森法之推測性的電力潮 流分析法，用以有效且準確的分析包含分散型電源的各種運轉情況之電力潮流解。而 E. Bompard 等人則是提出分散型電源對放射型配電系統的影響，而分散型電源依影響 系統程度可分為定 PQ 型設備、PV 型+虛功限制範圍之設備及提供電壓及虛功控制範 圍之設備，而不同型分散型電源對放射型配電系統的影響程度不一。Jeff W. Smith 等人 針對鄉村型配電饋線進行電壓衝擊分析，由於風力發電機的建造成本持續在下降，風 力發電機容量有愈來愈大的趨勢，而大容量風力發電機併聯至長距離鄉村型配電饋線 也是愈來愈普遍，依分析結果進一步提出關於改變系統結構用於減少短時間電壓波動 的建議，且找出饋線上長時間的電壓波動值，提出可行的電壓改善策略。

Ahmed R. Abdelaziz 等人則提出計算包含風力發電之配電系統每小時可能過電壓

的機率，可用於風力發電的規劃設計。A. P. Agalgaonkar 等人提出風力發電對配電系統

線路損失與電壓的衝擊分析，其中提到當負載需求高時，有利於風力發電對電壓的改

善、系統線路損失的降低及風力發電機成本效益的提昇，而風力發電機有兩種併網形

式，(1)小容量風力發電機經由一般變壓器升壓併網，(2)大容量風力發電機經由隔離變

壓器升壓併網，而風力發電機分成兩種型式，(1)感應型風力發電機及(2)同步型風力發

電機。Peng Wang 等人提出利用對包含風力發電機在內之配電系統進行可靠度分析，進

而選擇風力發電機之設置位置及數量。Alshamali 曾針對分散式電源機組加入配電饋線

所造成之衝擊進行研究，主要針對於配電饋線發生非對稱短路故障時，在 DG 與系統

並聯端所造成之電壓降，其值端視其距故障點的遠近而定，嚴重時有可能造成 DG 的

誤動作。對於孤島運轉的偵測，Kim 提出”電壓幅度變動法”，其原理係利用 DG 與

系統並聯時與 DG 孤島運轉時，因負載潮流於並聯點所造成之電壓變動幅度會明顯不

同。Salman 則提出除利用電壓變動法之外，另外加入功率因數變動之偵測，會有較好

之效果。Guillot 利用”頻率變動法”亦可用於孤島運轉之偵測。

五、研究方法

本計畫首先針對各種配電系統型態進行分析，並建構可用以探討與分析分散型發 電併網衝擊之典型配電系統。各種衝擊所需之元件與系統數學模型並不完全一致，因 此，同一元件可能需要多個數學模型，以資適用各該問題的求解，當然，系統行為方 程式及求解技巧等亦將大異其趣，因此問題的充分、正確與完整掌握非常重要，後續 的深入分析、模擬與探討主要以此研究項目所開發完成的數學模型為基礎。再者，建 構可用以探討與分析分散型發電併網衝擊之典型配電系統亦相當關鍵，因依分散型發 電機額定容量、電壓、控制技術等之不同，併網點之有異，其併網衝擊亦有明顯差異，

因此，須建構三個以上之典型配電系統，以資適用相關問題之求解。

配電系統的規劃設計必需具有前瞻性，方能因應未來的負載成長、系統擴充、自 動化控制、管理等需求及承受分散型發電機之併網衝擊。除此之外，亦需順應世界潮 流，提昇供電品質、減輕供電損失、精簡維護運轉人事等。還有，規畫、設計、建造 與維護必需前後連貫，不能個自獨立，如此方能獲得最佳的系統性能，提供經濟、可 靠的電力給用戶。

故本計畫各研究項目須以更宏觀、整體的角度來綜合探討、分析分散型電源併網 對配電系統之衝擊，並藉此，進一步探討因應分散型發電機併網運轉所需考慮之配電 系統規劃與設計要求與原則，以求降低分散型發電機之併網條件，提高整體投資與運 轉效益及提昇相關產業競爭力。本計畫所擬採用的研究方法中之前置作業為蒐集國內 外相關技術資料與文獻、國外電力公司相關的運轉經驗，並考量台灣目前電力公司的 實際現況，再輔以適度的工程分析，以為本計畫研究及立論的基礎，提出可因應分散 型發電機併網運轉之配電系統規劃設計原則與技術，以此具體研究成果供電力公司及 相關業界參考與應用。

六、結果與討論

欲了解分散型電源(distributed generation, DG)對放射型配電系統所造成之衝擊，必 先設計一適切之範例系統，始得進行分析與探討。本研究所使用之範例系統單線圖如 圖 1 所示。

800MVA 69kV

A2 A3 A4 A5 A6 A7 A1

A8 A9 A10

等效負載9MVA TR

A11

G

圖1 範例系統單線圖

(一) 改變饋線線徑

本節探討改變饋線線徑對分散型電源最大可併網容量之影響。參考台電架空配電

饋線設計原則，本分析考慮線徑為 795、477 及 366MCM。範例系統模擬結果分別如圖

2 至 4 所示。因依系統設計原則，任一饋線均有其熱容量限制值，本研究依一般電力公

司配電系統設計與運轉原則，假設 795、477 及 366MCM 三種饋線之熱容量限制值分

別約為 8.4、6.0 及 5.3MVA，因此在各圖中超過熱容量限制值部分均以熱容量限制值為

其最大可併網容量。

由圖 2 至圖 4 可看出在不同饋線線徑之情況下，分散型電源運轉於功率因數 1.0、

0.95 超前及 0.85 落後時之最大可併網容量(S

)，圖中之 d 代表分散型電源併網點與變 電所(主變壓器二次側匯流排)之距離。由此三圖可知，使用線徑愈粗可併網容量愈大，

距離變電所愈近亦可獲得較大可併網容量，但不論如何，在饋線上併網均受饋線設計 熱容量之限制。又比較此三圖可知，若分散型電源運轉在功率因數為 0.85 落後之情況 下，改變饋線線徑對提升最大可併網容量的效果並不明顯，故宜另謀對策以符經濟效 益。但在運轉功因為 0.95 超前及 1.0 之情況則具有較為明顯之效果，可納入因應分散 型電源併網之配電系統改善考慮。

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Smax (MVA)

d (km)

366MCM 477MCM 795MCM

圖2 重載下DG(P.F. = 1.0)最大併網容量(電壓變動率限制為±2.5%)

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Smax (MVA)

d (km)

366MCM 477MCM 795MCM

圖3 重載下DG(P.F. = 0.95超前)最大併網容量(電壓變動率限制為±2.5%)

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 2

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Smax (MVA)

d (km)

366MCM 477MCM 795MCM

圖4 輕載下DG(P.F. = 0.85落後)最大併網容量(電壓變動率限制為±2.5%)

(二) 改變變電所主變一次側短路容量

如前節所述改變饋線線徑對分散型電源最大可併網容量之提升有其限制，尤其是 在 DG 運轉功因為 0.85 落後之情況下，效益更是不彰。本節將探討改變變電所主變一 次側短路容量對分散型電源最大可併網容量之影響。參酌台電系統實際狀況，假設變 電所主變一次側短路容量為 400 至 2000MVA，並以 400MVA 為級距，探討其對分散型 電源最大可併網容量之影響。範例系統模擬結果如圖 5 所示。圖中「1.0@A1」表示 DG 於 A1 處併網，運轉功因為 1.0； 「+0.95@A1」表示 DG 於 A1 處併網，運轉功因為 0.95 超前；而「-0.85@A11」則表示 DG 於 A11 處併網，運轉功因為 0.85 落後，其餘 可依此類推。

0 1 2 3 4 5 6 7 8

400 800 1200 1600 2000

S.C.C. (MVA)

△V (%)

1.0@A1 1.0@A6 1.0@A11 +0.95@A1 +0.95@A6 +0.95@A11 -0.85@A1 -0.85@A6 -0.85@A11

圖5 改變變電所主變壓器一次側系統短路容量時DG併網運轉對饋線電壓變動率之影響

(三) 改變主變額定容量

前節述及以改變變電所主變壓器一次側短路容量的方式來提高 DG 最大可併網容 量的方式並不可行，除非原系統確實很弱，因為主宰主變壓器下游饋線沿線短路容量 (或 DG 最大可併網容量)者為主變壓器等效阻抗，而非變電所主變壓器一次側短路容 量，尤其是在主變壓器等效阻抗達變電所主變壓器一次側系統等效阻抗之 4 倍以上時，

更是如此。因為主變壓器等效阻抗係隨其額定容量及百分阻抗而變，額定容量愈大其 等效阻抗愈低；降低其百分阻抗值亦可獲得較低之等效阻抗值。因此本節及下一節將 分別探討改變主變壓器額定容量及百分阻抗對 DG 最大可併網容量的影響。預期其影 響將較改變變電所主變壓器一次側短路容量來得明顯而有效。分析結果如圖 6 所示。

圖中∆V 代表 DG 併網所造成的電壓變動率；而 S

則代表主變壓器額定容量。圖 6 亦 顯示，當增加主變額定容量時，對於饋線前端的短路容量(或 DG 最大可併網容量)有較 明顯之改善效果，對於末端之改善效果則較為有限，如同改變變電所主變壓器一次側 短路容量一般。但值得注意的是在不同運轉功因下，其影響亦有甚為明顯的差異，不 宜一概而論。

0 1 2 3 4 5 6 7 8

25 30 60

Str (MVA)

△V (%)

1.0@A1 1.0@A6 1.0@A11 +0.95@A1 +0.95@A6 +0.95@A11 -0.85@A1 -0.85@A6 -0.85@A11

圖6 改變主變額定容量時DG併網運轉對饋線電壓變動率之影響

(四) 改變主變百分阻抗值

本節探討改變主變百分阻抗值對 DG 併網所造成的電壓變動率(或 DG 最大可併網 容量)的影響。分析結果如圖 7 所示。圖中 dV 代表 DG 併網所造成的電壓變動率；而 Z

則代表主變壓器阻抗值。一如預期其影響與改變主變壓器額定容量效果相近。當降 低主變百分阻抗值時，亦對饋線前端之系統短路容量(或 DG 最大可併網容量)有較明顯 之改善效用，對於饋線末端之改善效果亦較為有限。

(五) 改變饋線長度

前兩節以改變主變壓器額定容量及百分阻抗的方法來提昇 DG 最大可併網容量雖

較改變變電所主變壓器一次側短路容量來得明顯而有效。但改變主變壓器額定容量涉

及成本與利用率，不見得符合經濟效益，而改變主變百分阻抗值則對其下游系統故障

電流有明顯影響，對相關保護設備的衝擊也甚大。因此，以改變主變壓器額定容量及

百分阻抗的方法來提昇 DG 最大可併網容量亦自有其利弊得失，並非理想。因此，本

節將改以改變饋線長度的方法探討其對 DG 併網所造成的電壓變動率(或 DG 最大可併

網容量)的影響。分析結果如圖 8 所示。圖中∆V 代表 DG 併網所造成的電壓變動率；

而 L 則代表饋線長度。必須一提的是本研究在模擬時，負載量及負載分佈不因饋線長 度變化而改變，亦即負載量不變、負載引接點數量不變，且負載維持均勻分佈，但負 載引接點間距加大。

圖 8 顯示改變饋線長度對分散型電源併網時所造成之電壓變動影響相當明顯，尤 其是在 DG 於饋線末端併網且運轉於落後功因的情況下，與前述討論之三種控制因子 相較明顯、有效許多。但降低饋線長度，須透過系統規劃、設計，並非一蹴而及。值 得注意的是改變饋線長度的方法對已於饋線前端併網之 DG 起不了任何作用，即縮短 饋線長度對饋線前端之 DG 最大可併網容量沒有任何幫助，觀察圖 8「@A1」相關曲 線即可得知。

0 1 2 3 4 5 6 7 8

6 9 12 15 18

Ztr (%)

△V (%)

1.0@A1 1.0@A6 1.0@A11 +0.95@A1 +0.95@A6 +0.95@A11 -0.85@A6 -0.85@A6 -0.85@A11

圖7 改變主變百分阻抗值時DG併網運轉對饋線電壓變動率之影響

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

6 8 10 12 14

L (km)

△V (%)

1.0@A1 1.0@A6 1.0@A11 +0.95@A1 +0.95@A6 +0.95@A11 -0.85@A1 -0.85@A6 -0.85@A11

圖8 改變饋線長度時DG併網運轉對饋線電壓變動率之影響

(六) 改變配電電壓等級

依前所述，改變饋線長度的方法似較改變變電所主變壓器一次側短路容量、改變 主變壓器額定容量及百分阻抗的方法有效且可行，但非全面且仍有諸多限制。本節將 探討改變配電電壓等級對 DG 併網所造成的電壓變動率(或 DG 最大可併網容量)的影 響。分析結果如圖 9 所示，圖中∆V 代表 DG 併網所造成的電壓變動率；而 V.L.則代表 配電電壓等級。觀察圖 9，似乎以改變配電電壓等級來提升 DG 最大可併網容量的方法 與前述改變饋線長度的方法雷同，對饋線末端併網者較為有效，對於饋線前端併網之 DG 似乎亦起不了作用，其實不然，因為改變配電電壓等級對相同熱容量限制的饋線而 言可相對提升其併網容量，因此以改變配電電壓等級來提升 DG 最大可併網容量的方 法較前述各種方法均為全面，不論饋線前端與末端都可得到明顯的改善。但提升電壓 等級並不容易，須為中長期之規劃方得執行與收效。

0 1 2 3 4 5 6 7 8

11.4 22.8 34.5

V.L. (kV)

△V (%)

1.0@A1 1.0@A6 1.0@A11 +0.95@A1 +0.95@A6 +0.95@A11 -0.85@A1 -0.85@A6 -0.85@A11

圖9 改變配電電壓等級時DG併網運轉對饋線電壓變動率之影響

(七)增設連絡饋線

本節改以改變系統結構的方式來研究提升 DG 最大可併網容量的方法。初期以增 設連絡饋線的方法來建構優質的 DG 併網環境。增設連絡饋線可以就系統中特定的局 部系統進行強化，對特定位置併網的分散型電源將有立即而有效的改善，因為該局部 系統得因之較為強健，在相同的電壓變動率限制條件下，得以併接較大容量的 DG。

為了模擬饋線互連之需，前節之範例系統須作些微的修改，方符使用。原本在主 變下僅詳細表現單一一條饋線，在此則改為兩條饋線，如下圖 10 所示，A2 至 A11 為 標的饋線，B1 至 B10 則為供互連用之相鄰饋線，所使用之饋線線徑同為 477 MCM 鋼 心鋁線，在負載方面亦同饋線 A 之假設，即負載為均勻分佈，饋線總負載為 1MVA，

功因為 0.85 落後，而其餘饋線之等效集總負載則減為 8MVA。在連絡線方面，因一般

而言均不宜太長，所以現階段本研究在模擬時均忽略其阻抗值。未來的研究會將其與

成本一納入考慮以符實際。

800MVA 69kV

A2 A3 A4 A5 A6 A7 A1

A8 A9 A10

等效負載8MVA TR

A11

B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B1

圖10 範例系統單線圖

1. DG

運轉功因

於

併網

以範例系統而言，在其設定參數及假設條件下，若標的饋線(DG 併網饋線)未與相 鄰饋線互連，則若 DG 於饋線中間(A6)併網且運轉於功因 1.0 時，分散型電源在併網點 所造成之電壓變動率約為 2.83%。本節將以饋線互連的方式，尋求使其降低至 2.5%之 方法，經甚多次之模擬分析後得到滿足前述要求之互連方式如圖 11 中之圓點所示。圓 點半徑愈大表示效果愈佳，反之則較差，但仍可滿足要求，空白處則表示該互連法無 法降低電壓變動率至 2.5%，即不符所求。

2. DG

運轉功因

落後於

併網

若分散型電源運轉於功因 0.85 落後於饋線中間(A6)併網時，則在標的饋線未與相 鄰饋線互連時，DG 併網在併網點所造成之電壓變動率約為 7.22%，因此在沒有任何改 善措施下，是無法併網運轉的。經分析在此情況只能將分散型併網點 A6 與相鄰饋線之 B1 互連才能將此電壓變動率降低至 2.5%之下，如圖 12 所示。其實在此情況下已應作 以專線引接至主變壓器二次側併網之考慮，因為投資成本相去不遠，但所遭遇之問題 將遠較饋線互連為單純與簡單。因為在此唯一的互連條件下，DG 併網點的短路電流會 由互連前的 1.50kA，上升至互連後的 5.28kA，上升幅度甚大，其衝擊面必須深入考慮。

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 B1

B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10

標的饋線互連點

相鄰饋線互連點

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 0

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10

標的饋線互連點

相鄰饋線互連點

圖 11 DG 運轉功因 1.0 於 A6 併網時之 可互連方式

圖 12 DG 運轉功因 0.85 落後於 A6 併網時之 可互連方式

3. DG

運轉功因

於

併網

在標的饋線與相鄰饋線互連前，若分散型電源於饋線末端(A11)併網時，分散型電 源併網點之電壓變動率約為 4.77%，因此若沒有任何改善措施，是無法併網運轉的。

經分析能將此電壓變動率降低至 2.5%以下之互連方式如圖 13 圓點所示。DG 併網點的

短路電流在未互連時約為 0.81kA，互連後短路電流將會上升，其中以 A10 與 B5 互連

時所造成之故障電流為 1.74kA 為最低，但仍有超過一倍之增幅，宜加考慮。

4.

分散型電源運轉於功因為

落後且併網於

時

若分散型電源運轉於功因 0.85 落後於饋線末端(A11)併網時，則在標的饋線未與相 鄰饋線互連時，DG 併網在併網點所造成之電壓變動率約為 12.76%，因此在沒有任何 改善措施下，是不允許併網運轉的。經分析在此情況只能將分散型併網點 A11 與相鄰 饋線之 B1 互連才能將此電壓變動率降低至 2.5%之下，如圖 14 所示。如前所述在此情 況下已應作以專線引接至主變壓器二次側併網之考慮，因為投資成本相去不遠，但所 遭遇之問題將遠較饋線互連為單純與簡單。因為在此唯一的互連條件下，DG 併網點的 短路電流會由互連前的 0.81kA，上升至互連後的 5.05kA，上升幅度甚大，其衝擊面必 須深入考慮。

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 B1

B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10

標的饋線互連點

相鄰饋線互連點

A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 A9 A10 A11 B1

B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10

標的饋線互連點

相鄰饋線互連點

圖13 DG運轉功因1.0於A11併網時之可互連方式 圖14 DG運轉功因0.85落後於A11併網時之

可互連方式

(八) 討論

綜合以上各節所述，改變變電所主變壓器一次側短路容量、改變主變壓器額定容 量及百分阻抗、改變饋線長度及改變配電電壓等級等均對 DG 最大可併網容量有或多 或少、局部或全面的影響，但均存在諸多限制及需配套措施等方得據以執行。一般而 言，前述各種方法以對饋線末端併網者較為有效，對在饋線前端併網者則僅有改變配 電電壓等級的方法較具效果。而以饋線互連來提升 DG 最大可併網容量的方法明顯較 前述的各種方法為有效且單統，但互連後與解連時系統的保護、協調以及控制與運轉 等均需深入檢討、因應。此外，其可行性及經濟效益亦應一併列入評估，以資周延。

後法若能配合前述之方法，雙管齊下相信更能得到較佳的效果，營造出有利 DG 發展 的環境，為我國再生能源的發展開拓平坦的進路。

七、參考文獻

[1] Willis H.L., “Analytical methods and rules of thumb for modeling DG-distribution interaction,” Power Engineering Society Summer Meeting, 2000. IEEE , Volume: 3 , pp. 1643 -1644, July 2000.

[2] Zhu Y., Tomsovic K., “Adaptive power flow method for distribution systems with dispersed generation, ” Power Delivery, IEEE Transactions on, Volume: 17 Issue: 3 pp. 822 -827, July 2002.

[3] Joon-Ho Choi, Jae-Chul Kim, “Network reconfiguration at the power distribution system with dispersed generations for loss reduction,” IEEE Power Engineering Society Winter Meeting 2000., Volume: 4, pp.

2363 -2367, Jan. 2000.

[4] Hayashi Y., Ise T., Tsuji K., “AC-type quality control center for FRIENDS-system configuration and experimental results,” Transmission and Distribution Conference and Exhibition 2002: Asia Pacific.

IEEE/PES, Volume: 2,pp.1191 -1195, Oct. 2002

[5] El-Khattam W., Hegazy Y.G., Salama M.M.A., “Stochastic power flow analysis of electrical distributed

generation systems,” IEEE Power Engineering Society General Meeting 2003, Volume: 2, pp. 1144, July

2003.

Transmission and Distribution Conference and Exposition 2001, IEEE/PES, Volume: 1, pp.492-497, 28 Oct.-2 Nov. 2001.

[7] Abdelaziz A.R., Hossam El-Din A.A., “Operational planning for distribution system with windmills,”

Solid Dielectrics, 2001. ICSD '01. Proceedings of the 2001 IEEE 7th International Conference on, pp. 442 – 445, June 2001.

[8] Wang P., Billinton R., “Time-sequential simulation technique for rural distribution system reliability cost/worth evaluation including wind generation as alternative supply,” Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings, Volume: 148 Issue: 4, pp. 355 -360, July 2001.

[9] Peng Wang, Billinton R., “Reliability benefit analysis of adding WTG to a distribution system,” Energy Conversion, IEEE Transactions on, Volume: 16 Issue: 2, pp.134 -139, June 2001.

[10] Weisbrich, A.L., Ostrow, S.L., Padalino, J.P., “WARP: a modular wind power system for distributed electric utility application,” Industry Applications, IEEE Transactions on Volume: 32 Issue: 4, pp.

778 –787, July-Aug 1996.

[11] Watson, S.J., Landberg, L., Halliday, J.A., “Application of wind speed forecasting to the integration of wind energy into a large scale power system,” Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings- , Volume: 141 Issue: 4, Page(s): 357 –362, July 1994.

[12] Brune, C.S., Spee, R., Wallace, A.K., ” Experimental evaluation of a variable-speed, doubly-fed wind-power generation system,” Industry Applications, IEEE Transactions on, Volume: 30 Issue: 3, Page(s): 648 –655, May-June 1994.

[13] Dominguez Rubira, S., McCulloch, M.D., “Control method comparison of doubly fed wind generators connected to the grid by asymmetric transmission lines,” Industry Applications, IEEE Transactions on, Volume: 36 Issue: 4, Page(s): 986 –991, July-Aug. 2000.

[14] Richardson, R.D., McNerney, G.M., “Wind energy systems,” Proceedings of the IEEE, Volume: 81 Issue:

3, Page(s): 378 –389, March 1993.

[15] Kariniotakis, G.N., Stavrakakis, G.S., Nogaret, E.F., “Wind power forecasting using advanced neural networks models,” Energy Conversion, IEEE Transactions on, Volume: 11 Issue: 4, Page(s): 762 –767, Dec. 1996.

[16] Bhowmik, S., Spee, R., Enslin, J.H.R., “Performance optimization for doubly fed wind power generation systems,” Industry Applications, IEEE Transactions on, Volume: 35 Issue: 4, Page(s): 949 –958, July-Aug.

1999.

[17] Shuhui Li, Wunsch, D.C., O'Hair, E.A., Giesselmann, M.G., “Using neural networks to estimate wind turbine power generation,” Energy Conversion, IEEE Transactions on, Volume: 16 Issue: 3, Page(s):

276 –282, Sept. 2001.

[18] Ekanayake, J.B., Holdsworth, L., XueGuang Wu, Jenkins, N., ”Dynamic modeling of doubly fed induction generator wind turbines,” Power Systems, IEEE Transactions on, Volume: 18 Issue: 2, Page(s): 803 –809, May 2003.

[19] Soderlund, L., Eriksson, J.-T., Salonen, J., Vihriala, H., Perala, R., “A permanent-magnet generator for wind power applications,” Magnetics, IEEE Transactions on , Volume: 32 Issue: 4, Page(s): 2389 –2392, July 1996.

[20] Cardell, J.B., Connors, S.R., “Wind power in New England: modeling and analysis of nondispatchable renewable energy technologies,” Power Systems, IEEE Transactions on , Volume: 13 Issue: 2, Page(s):

710 –715, May 1998.

[21] Elliott, D., “Assessing the world's wind resources,” Power Engineering Review, IEEE , Volume: 22 Issue:

9, Page(s): 4 –9, Sept. 2002.

[22] Liew, S.N., Strbac, G., “Maximising penetration of wind generation in existing distribution networks,”

Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings- , Volume: 149 Issue: 3, Page(s): 256 –262, May 2002.

[23] Castro Sayas, F., Allan, R.N., “Generation availability assessment of wind farms,” Generation, Transmission and Distribution, IEE Proceedings-, Volume: 143 Issue: 5, Page(s): 507 –518, Sept. 1996.

八、計畫成果自評

本計畫實際研究內容與原計畫書相符，預期目標均已達成，研究成果具學術及應

用之價值，惟本計畫為三年期計畫，目前僅完成第一年之研究工作，僅就放射型配電

系統因應分散型電源併網之最適規劃設計進行分析與探討，尚需就常閉環路型及其他

常見型態配電系統因應分散型電源併網之最適規劃設計進行分析與探討方屬完備，屆

時本整合型研究計畫之總體目標才告達成，始能廣為推廣及運用。

可供推廣之研發成果資料表

□ 可申請專利 □ 可技術移轉

國科會補助計畫

計畫名稱：因應分散型發電之配電系統設計與運轉研究(I)-子計畫 一：因應分散型發電之配電系統設計研究

計畫主持人：陳在相

計畫編號：NSC 94-2213-E-011-070 學門領域：電力 技術/創作名稱

發明人/創作人

中文：本研究計畫的主要目的在探究因應分散型電源之配電系統設 計問題。主要研究工作在探討分散型電源併網運轉對各種型態配電 系統的衝擊影響，進而提出可行之規劃設計方案與技術，使配電系 統結構更為強健，以便將分散型電源之併網衝擊減至最小，進而使 風力發電機併網條件得以放寬，以達到降低整體投資與運轉成本，

提高相關產業競爭力的目的。

技術說明 英文：The major purpose of this research project is to examine the design of power distribution systems for interconnection with distributed generations (DG’s). The major tasks are to evaluate the impacts of the parallel operation of DG’s with various types of distribution systems, and find out their finest planning and design. The major objects are to make the distribution systems more robust, to reduce the impacts of DG’s on the distribution systems, to release the requirements of interconnection of DG’s with public distribution systems, to reduce the total capital and operation costs, and to improve the competitive strength of enterprises.

可利用之產業 及 可開發之產品

電力公司、顧問公司、風力發電機業者、學術及研究單位。

技術特點 以理論為基礎，以實務為導向。

推廣及運用的價值

本計畫為三年期計畫，目前僅完成第一年之研究工作，僅就放射型 配電系統因應分散型電源併網之最適規劃設計進行分析與探討，尚 需就常閉環路型及其他常見型態配電系統因應分散型電源併網之 最適規劃設計進行分析與探討方屬完備，屆時本整合型研究計畫之 總體目標才告達成，始能廣為推廣及運用。

※ 1.每項研發成果請填寫一式二份，一份隨成果報告送繳本會，一份送 貴單位 研發成果推廣單位（如技術移轉中心） 。

※ 2.本項研發成果若尚未申請專利，請勿揭露可申請專利之主要內容。

※ 3.本表若不敷使用，請自行影印使用。