電力防衛系統之研究─總計畫(2/2)

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(1)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. 電力防衛系統之研究-總計畫(2/2) A Study on Power Defense Systems (2/2) 計畫類別：□ 個別型計畫 ■ 整合型計畫計畫編號：NSC 93-2213-E-002-053 執行期間： 93 年 8 月 1 日至 94 年 7. 月. 31. 日. 計畫主持人：劉志文教授共同主持人：計畫參與人員：簡士恩. 成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：■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□二年後可公開查詢執行單位：國立臺灣大學電機工程學系暨研究所中. 華. 民. 國. 九十四. 年. 1. 八. 月. 三十一日.

(2) 行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告. 電力防衛系統之研究-總計畫(2/2) A Study on Power Defense Systems (2/2) 計畫編號：NSC 93-2213-E-002-053 執行期限：93年8月01日至94年7月31日止主持人：劉志文台灣大學電機系計畫參與人員：簡士恩 Tel：(02)33663616；E-mail：cwliu@cc.ee.ntu.edu.tw 摘要: 本整合型計畫共計有9 個子計畫。其研究目標在於研究電力防衛系統方面之最新技術。而總計畫功能在行政、採購、資源協調上支應各子計畫。關鍵詞：電力防衛系統、電力系統穩定器、動態穩定度、複數軟體代理人、即時監視、飛輪儲能系統 Abstract: Nine subprojects related to power defense systems areintegrated together in this project. The main target of this project is to study the most advanced technology for power defense systems. The function of this project is to support each subproject in administration, purchase, coordination of research resource, etc.. Browser功能外，並開發PDA與Smart Phone不受限於環境、地點等因素之使用者設備。兩年期計畫完成之即時監視與分析項目主要有三相電壓電流、系統頻率、實虛功率、功率因數、三相電壓電流不平衡因數與兩地功角差等即時監視，歷史資料、穩態紀錄數據與動態觸發文件查詢及下載，最佳契約容量試算。經由實作電力即時監視系統及完善資料庫所獲得之用電資料，足以證明所開發之整合分析系統的可行性與實用性。. 子計畫三：電力系統之電磁脈衝技術分析與防衛能力之研究(2/2). Keywords: power defense systems, power system stabilizer, dynamic stability, Multiple Software Agent System, Real-time monitoring, Flywheel Energy Storage System 1.. 由於電磁脈衝的能量極大，發生時間極短，所以各種結構物就有如天線接收體，接收巨大的能量，經由電力饋線感應至各種電子設備以及電腦網路，造成許多無法估計的損失。電磁脈衝可由雷擊、高空核爆以及開關突波所產生，它能在極短時間內，以電磁波的形式將強大能量由雷擊點或爆點傳至遠處，而電磁脈衝又具涵蓋面積大、時間短暫及高能量與頻率範圍寬廣之特性，因此將使所有的電力系統、電腦資訊系統、通訊系統、電器設備等設施受干擾或產生熱輻射效應，以致無法有效動作而導致系統的癱瘓。電力系統中，電力之傳導與配電皆仰賴傳輸配電線及其它保護設備與裝置來完成，電磁脈衝經由高壓傳輸線感應獲得能量，藉由架空電力輸配電線導引，再連接至低壓配電饋線穿透至建築物，然後傳導至建築物配電箱之電路斷路器，而破壞整個系統設備與裝置。因此，本計畫依據電磁脈衝耦合穿透之路徑，首先針對電磁脈衝防護元件做詳細說明。接著利用火花間隙或氣體放電管響應時間非常快之突波抑制元件，將電磁脈衝抑制至保護絕緣設備規格內。然後，再對電力傳輸線受電磁脈衝影響其數學模型做推導、分析與模擬。最後，以台電汐止~板橋段 30 公里之 354KV 特高壓傳輸線受電磁脈衝影響做模擬與分析。本計畫亦提出傳輸線受電磁脈衝衝擊下之模型，並詳細討論其幾何結構方向性與土壤特性之影響狀況。最後，據此推論傳輸電力線之電磁脈衝耦合影響，可藉由傳輸線之模型驗證之。. 成果各子計畫成果摘要如下：. 子計畫一：電力即時監視與分析系統(2/2) 本計畫以兩年時間開發電力即時(Real-time)監視與分析整合系統，利用全球衛星定位系統(GPS)為基礎之相量量測單元(Phasor Measurement Unit, PMU)做為系統量測端設備，達到全系統時間取樣同步化，確保即時監視與分析之正確性。本系統採用具跨平台特性之Java物件導向程式語言設計開發整合多種使用者設備，應用目前廣為使用之網路瀏覽器 (Web Browser)、個人數位助理(PDA)及智慧型手機(Smart Phone)設計簡易操作之圖形化使用者介面（Graphic User Interface, GUI），透過網際網路、無線網路及行動通訊網路，即時監視與分析各遠端站電力系統的運轉狀況與供電品質，並整合資料庫系統，更新各遠端站之即時資料及儲存歷史數據，以利追蹤系統運轉效能，檢視系統潛在的電力品質問題與方便進行需量管理。本系統在計畫第一年(92年8月至93年7月)已開發完成Web Browser即時監視與分析整合系統；計畫第二年 (93 年 8 月至 94 年 7 月 ) 除了加強既有開發之 Web 2.

(3) 維持系統足夠的穩定區間。以應付後續可能的再一次偶發事故。本計劃利用六機十四匯排之多機電力系統測試所提出之演算法，由模擬的結果可知，本計劃所提出之控制架構可以正確而有效的維持系統的暫態響應，並提供系統足夠的穩定度區間。此外，利用所提出的改良型最佳目標導向控制架構，亦能任意的調整系統收斂的響應，以維持系統最佳的響應特性。. 子計畫四：以同步相量量測為基礎之電力系統低頻震盪監測與改善(2/2) 本計畫”以同步相量量測為基礎之電力系統低頻震盪監測與改善”為兩年期的計畫。為了逐步完成此計畫，在第一年的研究中，我們著重於低頻震盪的監測及其參數估測，我們發展出一個新型的數位演算法，並配合同步相量測資料來達到估測低頻震盪參數的目的。而在第二年的計畫中，我們繼續收集相關量測資料以進行演算法的測試與改良，同時評估低頻震盪參數應用於改善低頻震盪的可行性。在本篇報告中，我們將介紹低頻震盪參數估測演算法的改良，並使用Matlab/Simulink 模擬一兩機系統，驗證本報告提出之演算法適用於即時線上運算，此外，本報告也將估測的低頻震盪參數作為電力系統穩定器的輸入，驗證低頻震盪參數估測有助於低頻震盪的改善。. 子計畫七：特殊保護策略之研究(2/2) 本研究計畫提出一特殊保護策略來防止電力系統因一連串的保護電驛跳脫事故而造成電力系統崩潰。在一個中央電腦控制中心，我們使用 PMUs 監控電力系統中主要的發電機組以及超高壓輸電線，並且提供預測電力系統不穩定及特殊保護策略之演算法來避免保護電驛的連續跳脫事故而造成的電力系統不穩定。當故障發生時，我們將所有一同搖擺發電機構成同一群，進而簡化成單機無限匯流排系統。其中改善系統之行為包含負載卸載以及發電機跳機，這個策略是以保護電驛設定限定等面積法則(Relay Setting Limited Equal Area Criteria)來決定其控制行為。特殊保護策略是以台電系統來做為測試對象，模擬狀況為台電系統在主要的超高壓輸電線有嚴重的事故，並且引起一連串的電驛跳脫時，而導致類似 1999年七月二十九日台灣北部及中部大停電情形。我們所提出「特殊保護策略」，其確可防止超高壓輸電線路發生嚴重事故所引起的暫態不穩定。. 子計畫五：以同步相量量測單元為基礎之輸電線保護技術研究暨延伸型離散傅立葉轉換之SOC晶片研製(III) 本計畫發展一新式相量計算演算法及其硬體實現架構，所提之演算法以離散傅立業轉換為基礎，利用連續兩個遞迴式離散傅立葉轉換所計算之相量與兩數值L及M加以運算，可於取樣信號中含有指數衰減直流成分時計算出正確相量。演算法中包含一指標M 以判定取樣訊號中是否有指數衰減直流成分，如無，則輸出遞迴式離散傅立葉轉換之計算結果，如有，則輸出可消除指數衰減直流成分之相量計算演算法的計算結果。此外，本計畫中也發展一實現此演算法之硬體實現架構並建置一VHDL模型，利用modelsim® 模擬器之模擬結果顯示，此演算法可於指數衰減直流成分產生時提供準確之相量。對於以相量為基礎之數位保護技術，所提之演算法可提升其相量計算準確度，且所提之硬體實現架構可將演算法實現於FPGA上以提升其相量計算速度。. 子計畫六：以同步量測為基礎之彈性交流輸電系統新型電驛與穩定度控制器之研究(2/2) 本計劃針對多機電力系統提出一應用於偶發事件的新型暫態穩定度控制器。一般之電力系統發生故障之後，由於無法預先知道故障後電力系統的結構，為了簡化控制，均採用角速度的控制法。但是如此之控制將無法保證穩定後系統的平衡點狀態。若穩定後控制器的平衡狀態接近其邊界值，則系統之穩定區間將變小。若有隨之而來的另一次故障事件發生，則暫態控制器將不再有足夠的能力控制系統，並將導致系統的響應變差或不穩定。本計劃以相量量測技術為基礎，以發展一種兼顧系統穩定區間的暫態穩定度控制器。利用此一控制器，可以在不需要知道系統故障後網路結構的狀態之下，仍能維持系統穩定後的狀態值，尤其能維持控制器穩定後的設定點。如此將可以. 子計畫八：基於廣域量測值之電力系統穩定控制器(2/2) 本計畫為「電力防衛系統之研究」總計畫的一項子計畫，主要目的在於探討電力系統廣域量測值於電力系統穩定控制器設計之應用。由於全球衛星定位系統科技的進步，使得大型電力系統在大範圍區域之間的信號同步相量量測成為準確可行，並已在電力系統的控制及監測領域中獲得有效的應用。本計畫主要目的在運用電力系統的廣域量測值，來改進以往電力系統穩定器大多仰賴於當地或局部的資訊而導致控制能力上的限制。利用廣域量測到的遠端同步量測資訊，配合局部區域的量測值，提昇穩定器的控制能力，改善局部區域以及整體電力系統的穩定度。本年度主要工作項目在於將前期的研究經驗與結果應用於台灣電力系統。分析採用廣域訊號為輸入之電力系統穩定器裝設於台灣電力系統之效能以及訊號傳輸過程的延遲效應對電力系統穩定器性能的影響。本計畫採用特徵結構分析方法，探討台電系統小信號穩定度，並以時域動態模擬來驗證所設計穩定器的有效性。本計畫並進一步考量發生信號傳輸延遲的可能性及模擬其可能產生的效應，針對不同的廣域量測值訊號傳輸延遲時間，計算分析其特徵結構與時域響. 3.

(4) 應，以比較分析廣域量測值訊號傳輸延遲下與原設計穩定控制器的性能表現。. 計畫九: 整合彈性交流輸電和儲能系統作電力系統防衛(2/2) 最近由於電力電子、複合材料和磁浮軸承等技術的進步，使飛輪儲能系統變成一種可行和高效率的能量儲存電池。本研究計劃第二年主要目的在於研究飛輪儲系統控制電路之設計、數學模型建立、模擬及分析其效能。目前本計畫以自激式感應機組成飛輪儲能之驅動機構，並利用PSIM軟體設計及模擬整個控制系統，測試其在電力系統發生事故如斷電、電壓突降下，飛輪儲能系統對電力系統之防衛能力，以評估未來實作飛輪儲能系統時可能面臨之問題及經濟效益。. 子計畫十：智慧型代理人技術於電力系統故障診斷與復電決策之研究(2/2) 本研究內容係以第一年之成果為基礎，將所規劃之智慧型代理人系統，以 Java 程式語言進行實作與模擬。運用 Java 語言純物件導向及跨平台之特性，開發一套以智慧型代理人技術為基礎，具圖形化介面之電力系統故障診斷與復電系統。在模擬驗證方面，我們以多台具網路通訊功能之個人電腦，建立一個多代理人模擬平台，驗證本研究架構之可行性。. 2. 成果自評本總計畫達成預期目標。. 4.

(5) 行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告電力即時監視與分析系統 Implementation of a Real-Time Monitoring and Analysis System for Power Systems 計畫編號：NSC 90-2213-E-027-018 執行期限：93 年 8 月至 94 年 7 月主持人：李清吟國立台北科技大學電機工程系 E-mail: cylee@ntut.edu.tw The first year has developed real-time Web browser integrated monitoring and analysis system; then the second year has developed the device for PDA and Smart phone without environmental and area restriction by enhancing the function above Web Browser system. During these two years, some function items for a monitoring and analysis integrated system have been implemented, such as the system frequency, three-phase voltage and current, complex power, power factor, voltage and current unbalanced factors, power angle deference, the query and download of historical data, and the optimal capacity contract. In final, it is proven of this integrated system feasible and available by using real-time power monitoring system and acquired versatile data in database.. 摘要本計畫以兩年時間開發電力即時(Real-time)監視與分析整合系統，利用全球衛星定位系統(GPS)為基礎之相量量測單元(Phasor Measurement Unit, PMU)做為系統量測端設備，達到全系統時間取樣同步化，確保即時監視與分析之正確性。本系統採用具跨平台特性之 Java 物件導向程式語言設計開發整合多種使用者設備，應用目前廣為使用之網路瀏覽器(Web Browser)、個人數位助理(PDA)及智慧型手機(Smart Phone)設計簡易操作之圖形化使用者介面（Graphic User Interface, GUI），透過網際網路、無線網路及行動通訊網路，即時監視與分析各遠端站電力系統的運轉狀況與供電品質，並整合資料庫系統，更新各遠端站之即時資料及儲存歷史數據，以利追蹤系統運轉效能，檢視系統潛在的電力品質問題與方便進行需量管理。本系統在計畫第一年(92 年 8 月至 93 年 7 月)已開發完成 Web Browser 即時監視與分析整合系統；計畫第二年(93 年 8 月至 94 年 7 月)除了加強既有開發之 Web Browser 功能外，並開發 PDA 與 Smart Phone 不受限於環境、地點等因素之使用者設備。兩年期計畫完成之即時監視與分析項目主要有三相電壓電流、系統頻率、實虛功率、功率因數、三相電壓電流不平衡因數與兩地功角差等即時監視，歷史資料、穩態紀錄數據與動態觸發文件查詢及下載，最佳契約容量試算。經由實作電力即時監視系統及完善資料庫所獲得之用電資料，足以證明所開發之整合分析系統的可行性與實用性。. Keywords: Real-time monitoring, Java, PMU, PDA, Smart Phone, Web Browser. 二、研究背景與目的電力系統組織架構龐大，建立高效能的電力即時監視系統，以確保系統穩定度與供電品質，為電力公司與專家學者研究之課題，更是維持國家經濟發展之首要條件。早期傳統之電力監視系統利用電腦輔助量測僅具有本地端或區域性之監視功能，收集之資料大部份以穩態資料為主，因此系統異常現象無法及早採取有效應變措施；隨著科技的進步，網際網路之發展，Web Browser 已是家家戶戶獲得最新資訊基本之工具，網路普及使用，電力系統即時監視與分析技術，利用網際網路結合電腦、通訊等技術，以 Server/Client 架構，藉由視覺化電腦繪圖技術，使用者能以全系統的觀點來瞭解系統的動態行為，達成用電資料與供電品質的即時監視與分析 [1-5]。由於電力系統運轉狀態瞬息萬變，透過電力系統線上即時監視分析，將各量測點的量測紀錄傳送至中央監控中心，讓使用者能夠立即掌握電力系統運轉狀況，提昇電力事件問題之處理及預防能力，避免事件擴大或發生[6,7]。近年來，乙太網路受限於環境、地點等因素，造就無線網路與行動通訊技術之飛黃騰達，各種通訊網路的應用蓬勃發展，由於 Java 程式語言具有跨平台特性，可執行於不同作業平台之網際網路環境上，利用 Java Applet 與 Java Servlet 開發 GUI，使用者只需透過 PDA、 Smart Phone 體積輕薄、操作簡易及行動化之特性，不必受限於環境、地點等因素，透過無線網路及行動通訊網路即可進行電力即時監視或進行相關之電力系統分. 關鍵詞：即時監視、Java、同步相量量測單元、PDA、. Smart Phone、網路瀏覽器 Abstract This project has taken two years to develop a real-time monitoring and integrated analysis system basing global position system (GPS) for phasor measurement units (PMUs) measuring synchronous time sampling system. This may ensure the accuracy of monitoring and analysis. The project applies Java technology with features of multiplatform and object-oriented to implement plenty users logging which applied graphic user interface (GUI) for Web Browser, personal digital assistant (PDA), and smart phone via Internet, wireless and mobile communication. This system states out the status of each distant power system and power quality integrated with database, update the real-time, and storage data in each substation by real-time monitoring and analysis result. It is beneficial for tracing operating efficiency in order to scan out potential issue in power quality and easily proceeding power demanding management.. 1.

(6) 析研究[8-12]。兩年期計畫實現一個適用於多種作業平台之電力即時監視與分析整合系統，以使用 Java 物件導向程式語言設計建構具跨平台特性之同步處理架構，並開發整合多種使用者設備，使系統監視分析具有多選擇性與機動性。經由本系統之開發研製，可進而獲得用戶用電資料；用戶對用電資料瞭解，將可規畫具有成本效益之節約電能和負載管理方法，分析用戶跨年度之負載隨季節、氣候、尖離峰時段變異情況。三、研究方法圖 1 總變電室之 PMU. 兩年期之計畫考量系統未來的擴充性能與運作效率，利用網路四層式之主從式架構來規畫整個系統藍圖，以下即是本系統之四層式架構說明： (1). 使用者端：兩年期計畫分別先後開發整合 Web Browser、PDA與Smart Phone做為使用者端人機介面裝置，根據各種裝置的不同特性及軟硬體支援程度，以Java設計GUI，提供使用者高親和力的操作環境，藉由資料視覺化的呈現，讓使用者能即時監視分析電力系統運轉狀態，並提供日後評估系統運轉效能與需量管理。 (2). 伺服端：本系統伺服端建構在Windows 2000 Server 作業平台之上，並架設 Tomcat 伺服器作為 Java Servlet及JSP (Java Server Page)應用程式之執行環境，藉由Java獨特的例外處理機制與所提供之安全管理措施，透過 JDBC-ODBC(Java Database Connectivity -Open Database Connectivity)橋接方式存取資料庫，並與使用者端建立即時相互連結溝通的HTTP通訊連線，以建立高效能、高安全性及高穩定性伺服端處理機制，作為使用者端與資料收集儲存層的溝通橋樑。 (3). 資料收集儲存層：採用Microsoft SQL Server作為系統資料庫，並設計關聯式資料表，存放PMU從遠端站經校內網路所傳送回之即時資料及穩態紀錄數據與動態觸發錄波文件。 (4). 量測端：本計畫在校內總變電室及綜合科館變電室的一次側，分別各裝設一台PMU做為系統量測端之量測設備，藉以量測紀錄本校之用電資料與供電品質。如圖1、圖2所示，PMU設備為歐華公司所生產的ADX3010電力品質紀錄器、ADX2032電壓轉換/ 信號放大器及GPS衛星天線所組成，並搭配UPS不斷電系統，提供電力系統即時狀態監視紀錄。. 圖 2 綜合科館之 PMU. 考量系統未來的擴充性能與運作效率，本系統是以網路四層式架構為基礎的即時監視與分析系統，圖3為系統架構圖，其中四層式架構分別為使用者端、伺服端、資料收集儲存層及量測端。本實驗室之PMU裝設在本校總變電室及綜合科館變電室的一次側，藉以量測本校之用電情況及供電品質，PMU的輸出埠為RS-232 串列埠，如欲將PMU所量測之相量數據透過網際網路傳送回位於綜合科館的實驗室，則需透過NPort 5210將串列數據轉換成符合網路協定的通訊格式，再經由校內學術網路傳回實驗室之中央連線監控系統(EMOS)，再由EMOS將即時所傳回的相量資料，以插入及更新的方式寫入至關聯式資料庫中，使用者可隨時隨地透過個人電腦或筆記型電腦的Web Browser、PDA與Smart Phone 經由乙太網路、無線網路與行動通訊基地台連上位於校內實驗室之工作伺服器，即可使用本系統，即時監視學校用電情形及供電品質。行動電話. 使用者端 …. PDA 筆記型電腦. 無線基地台. G PRS基地台. 電腦. 筆記型電腦. Internet. 資料收集儲存層 W eb Server. JDBC. 伺服端. SQ L Server & EM O S. 綜科館 LAB213. 校園學術網路. 四、系統架構介紹本系統的特點就是讓使用者不須安裝任何軟體，只須透過支援 Java 虛擬機器的 Web Browser、PDA 與 Smart Phone，將本計畫所開發之電力即時監視分析與整合系統的 Java 程式載入 Web Browser、PDA 與 Smart Phone 中，即可隨時隨地使用本系統進行相關的電力監視與分析，進而確保電力系統的穩定與安全，故本系統的實現將電力系統的分析與監視帶入網路化及行動化的時代。. 量測端. G PS 衛星. V I. G PS 衛星. NPort 5210. N Port 5210 V. PM U G PS 接收器. I. 總變電室. PM U G PS 接收器. 綜科館 B1 圖3 系統架構圖. 本計畫採用Java程式語言來開發系統中各種相關的應用程式，最終實現一個適用於多種作業平台，圖4 為本系統所規畫之軟體架構圖，以下介紹系統軟體架構及所使用之Java技術。. 2.

(7) 具有多選擇性與機動性，因此計畫第二年開發支援 Java 虛擬機器的 PDA 與 Smart Phone 使用者設備，而根據不同裝置的硬體特性、通訊能力及應用領域，會有不同的 Java 程式開發環境。以下將介紹兩年內所完成之三種使用者設備 Web Browser、PDA 與 Smart Phone 所採用的 Java 開發平台版本。 (1). Web Browser ：本系統為了開發 Web-based GUI[13]，因此使用 Java Applet 及 Java Script，並以 Java 類別函數庫 AWT 及 Swing 所提供豐富的 GUI 圖形介面元件來設計系統使用者設備之 GUI。其中 Java Applet 包含於定位在個人電腦應用上的 J2SE 版本範圍裡，為執行在 Web Browser 的應用程式，當使用者瀏覽電力監視分析系統具有嵌入 Applet 程式的網頁時，系統網頁將會偵測使用者的瀏覽器是否支援 Java 虛擬機器，如果沒有，系統網頁則會自動安裝 Java Plug-in 外掛程式至使用者的瀏覽器上，而 Applet 程式將從工作伺服器自動下載至使用者的電腦上，並交由瀏覽器裡的 Java 虛擬機器予以執行，藉此達到跨平台的目的；而 Java Script 是一精簡、物件基礎的敘述語言，用作開發用戶端及伺服端的網路應用程式，藉由程式碼嵌入在 HTML 網頁中，執行在用戶端的瀏覽器上與使用者產生互動，因此當使用者按滑鼠鍵或輸入表單資料事件發生時，Java Script 可以做出判斷並適當的回應。 (2). PDA：Internet 相關技術與應用發展快速，各平台相容的 Java 執行環境，促成了 Java 程式跨平台執行的特色， Java 已是各平台標準程式語言及環境。為了因應嵌入式裝置應用的日趨普及，因此應用 Java 微型技術，發展精簡核心類別函數庫的 Java 虛擬機器 Personal Java，所定義的規格為資源有限之嵌入式電子產品使用的平台，其特色為具有顯示系統及網路連線等功能，例如汽車導航系統、網路電視，而本計畫所開發之使用者設備 PDA 就是以此版本為開發平台。 (3). Smart Phone：Smart Phone 的定義為必須具備語音及數據影像功能的終端設備，而本計畫採用的使用者設備 Smart Phone 除了可以進行語音通訊、數據功能之外，尚擁有先進的作業系統，並具備個人資訊管理、支援多媒體應用等功能。執行在 Smart Phone 的 Java 平台版本為 J2ME，此版本針對資源有限之消費性電子產品的需求，精簡化核心類別函數庫，並提供了模組化的架構，讓不同類型產品能夠隨時增加支援的能力，此將會是未來 Java 平台發展的重點項目。. PMU 每秒所量測之二十筆電力數據透過 NPort 5210 將串列數據轉換成符合網路協定的通訊格式，經由校內學術網路傳回至實驗室EMOS，再由EMOS將即時所傳回之相量數據，以插入及更新的方式寫入至關聯式資料庫中，因此EMOS所扮演的角色為一資料庫連結介面，而在資料庫方面，本計畫係採用Microsoft SQL Server 做為PMU所量測得之電力數據的儲存單元，存放即時相量數據與歷史資料，它係屬於主從式架構的資料庫系統，可讓使用者透過網路來存取資料庫中的資料，而為了連結資料庫，採用 JDBC 技術，透過 JDBC-ODBC 橋接方式能讓 SQL (Structured Query Language)指令嵌入Java程式中來存取關聯式資料庫。在考慮整體系統管理及效率下，本系統採用網路四層式架構，其中在使用者端存取資料庫前三層模式下，使用者端所提出之請求經由網際網路送到伺服端後，伺服端會依據使用者的請求送出SQL指令至資料庫；同樣地，資料庫在收到且處理該指令後，也會將查詢結果經由伺服端透過各種通訊網路，回應給使用者的設備上，以圖形化介面的形式做即時系統狀態顯示。針對歷史資料、穩態紀錄數據與動態觸發文件，伺服端是以Apache軟體做為伺服器，提供使用者於Web Browser下載用電資料做電力品質分析與需量管理。如圖 4 所示，本系統以定位在伺服端應用的 J2EE (Java 2 Enterprise Edition)版本中的 Servlet API 2.3 及 JSP 撰寫伺服端應用程式，將使用者欲查詢資料庫之 SQL 指令及自資料庫查詢資料，在伺服端做適當的處理與計算，再分別傳送給資料庫及使用者。在使用者端方面，本系統因考量具體積輕薄、操作簡易及行動化之特性，利用三種不同的 Java 平台版本先後開發使用者設備介面，分別是執行於 Web Browser 的 Applet 的 J2SE (Java 2 Standard Edition)、針對 PDA 消費性電子產品所發展精簡的 Personal Java 及適用於資源有限之嵌入式裝置 Smart Phone 需求所定義的 J2ME (Java 2 Micro Edition)，因此使用者可以依本身的需求及所處之通訊環境，利用本計畫所開發的多種使用者設備做系統即時監視與分析。 EMOS 中央監控 Web Browser (J2SE, Applet). JSP. PDA (Personal Java, Wireless). Internet. J2EE,Servlet. Smart phone (J2ME, GPRS). 應用程式. JD. BC. 資料庫系統. 使用者端. 伺服端. (B) 伺服端應用程式電力監視與分析整合系統的運作是建構在主從式通訊(Client/Server Communication)架構下[14,15]，應用 HTTP 通訊技術達成使用者端與伺服端之間的訊息傳遞。開發伺服端應用程式之功用在於能夠回應來自網際網路上使用者的請求，並根據使用者設備特性，對內存取資料庫的數據並加以計算處理後回應給使用者，因此在伺服端應用程式上，必須考量運作效率、穩定性及安全性。本計畫採用 Java Servlet、JSP 及函數庫套件開發伺服端應用程式[16]，Servlet 涵蓋在 J2EE 的版本內，. 資料收集儲存層. 圖 4 系統軟體架構圖. 五、系統應用程式 (A) 使用者端應用程式本計畫採用適合於多種作業平台及使用者設備之 Java 物件導向語言來開發系統程式，使系統軟體具有高度運作效率與擴充性能。為了讓系統即時監視分析更 3.

(8) 有三相電壓電流、系統頻率、實虛功率、功率因數、三相電壓電流不平衡因數與兩地功角差等即時監視，歷史資料、穩態紀錄數據與動態觸發文件查詢及下載，最佳契約容量試算。以下將針對兩年期計畫，系統所開發的三種使用者設備之功能做一詳細測試說明。. 是開發伺服應用系統的關鍵元件，透過動態載入 Java 類別來擴充伺服器的功能性，如圖 5 所示，Servlet 是在 Web 伺服器上的 Java 虛擬機器內運作。由於 Servlet 是以 Java 所寫成的，因此可以跨越作業系統的藩籬，也可執行在不同的伺服器上，具有優越的可移植性，此外 Servlet 能完全發揮 Core Java API 的完整能力，包括網路和 URL 的存取、影像資料壓縮、資料庫連結(JDBC) 以及物件序列化等。透過 Java 語言對記憶體空間的回收機制與無指標的設計，自動將閒置的記憶體釋放給作業系統，讓系統資源使用上更有效率。在伺服端應用程式的設計上採多執行緒的技術，建立一可同步平行處理的系統架構，在此架構下，伺服端應用程式的啟用程序相當有效率，幾乎可以立即的單一處理每個使用者的請求，就算同時抵達多個使用者請求，伺服器應用程式也會以多緒分工的方式，將產生新的多個執行緒來分頭處理這些請求，確保系統不因單一使用者的停擺而影響系統的運作，進而維持系統穩定度及提升處理效率。. (A). Web Browser (a). 功能架構圖 7 為 Web Browser 之系統功能架構樹狀圖，其中包含三相電壓電流、系統頻率、實虛功率、功率因數、三相電壓電流不平衡因數、兩地功角差等即時監視、歷史資料、穩態紀錄數據與動態觸發文件查詢及下載，最佳契約容量試算等功能。資料庫伺服器. Web Server. Client. 網路. Main Process Request for Servlet1. Internet. Request for Servlet2. JVM Thread Thread. Thread. Request for Servlet1. Servlet1. Servlet2. 用戶端. 用戶端. 用戶端. 圖 5 Java Servlet 運作模式. 無線基地台 GPRS基地台. (C) 資料庫系統架構資料庫是指儲存有系統性、組織性資料之處，且可易於使用、管理及更新。資料庫基本的概念是由欄位、記錄和檔案所架構而成，資料庫系統藉由資料表的設計、資料庫維護與管理來降低資料儲存空間及減少存取時間[17]。一般資料庫系統分為資料庫(Database)與資料庫管理系統(Database Management System, DBMS)兩個部分，資料庫系統可包含多個資料庫，每一資料庫為一有組織的資料表集合，資料庫管理系統屬於資料庫系統的核心部分，建立在作業系統的基礎上，用來定義、描述與管理資料庫與應用程式之間的聯繫，為使用者與資料庫之間的溝通介面，常用功能包括資料庫的建立與維護、資料庫定義、資料存取、資料庫運作管理，以及資料庫組織、儲存、管理與效能化。本計畫為主從式資料庫系統，在個人電腦功能強大、價格降低的趨勢下，以及網路技術的進步與分散式處理的成熟，此架構應用網路相互連接，客戶端向資料庫伺服端提出 SQL 請求，而伺服端則回應滿足客戶端查詢條件的資料。由於伺服端只處理本地查詢及資料管理，客戶端負責大部份的分散式資料處理功能，因此可大幅提高整體系統利用率，其系統架構如圖 6 所示。. 行動電話. PDA. 圖 6 主從式（Client / Server）資料庫系統架構電力即時監視與分析整合系統登入畫面. 電力即時監視與分析整合系統功能選擇頁面. 總變電室/綜合科館. 錄波檔案分析軟體觸發文件查詢歷史文件查詢. 三相電壓電流相量即時監視. 實虛功率即時監視. 三相電壓不平衡因數即時監視. 三相電流不平衡因數即時監視. 兩地功角差即時監視與分析. 下載. 資料紀錄查詢. 系統頻率即時監視. 最佳契約容量試算. 總項監視. 圖7為Web Browser之系統功能架構樹狀圖. (b). 功能說明展示使用者欲進行各項電力即時監視與分析前，必需透過網際網路與伺服器取得連線，使用者可點選頁面上之遠端站饋線樹狀圖，選擇欲監視分析的遠端站所屬項目或其他選項進行監視分析。本系統在電力即時資訊的顯示採用圖形及數值兩種方式，在畫面右上角顯示 GPS 時間，每一秒更新圖形數據一次，並採用圖形縮放的功能，讓使用者能夠依據需求將即時變動之圖形做放大縮小顯示，以能更清楚掌握系統變化之狀態與系統用電品質。本系統亦設定系統運作之安全範圍，若超出所設定之範圍時，則顯示警示訊息及發出警告聲音，提醒使用者進行適當之處理，及早採取有效應變措施，以提高電力系統之安全性。以下就本計畫所開發之 Web Browser. 六、系統功能介紹與實作測試為了驗證電力即時監視與分析整合系統之可行性與實用性，本計畫在第一年藉由已開發完成的 Web Browser 系統，完整之建立即時監視與分析整合系統；計畫第二年利用無線網路與行動通訊之蓬勃發展，開發 PDA 與 Smart Phone 不受限於環境、地點等因素之使用者設備。兩年期計畫完成之即時監視與分析項目主要. 4.

(9) 間、三相電壓電流相量值、頻率、實虛功率、功率因數及三相電壓電流不平衡因數等，本項結果查詢在報表右下方亦提供報表列印的功能，使用者可將查詢結果經由印表機列印出來。. 功能擇一說明並進行系統展示： 1.總項監視此項監視功能將本系統所有個別的監視項目全部納入同一畫面中，以利使用者做系統的全面即時監視分析，如圖8所示為Web Browser總變電室總項監視即時畫面。. 圖9 Web Browser總變電室與綜合科館變電室兩地功角差即時監視畫面圖8 Web Browser總變電室總項監視即時畫面. 2.兩地功角差即時監視電力系統匯流排電壓間的相對角度一般稱為系統功角差(Power Angle Deference)，它是系統運轉的重要狀態變化量之一。功角差大小反應靜態穩定裕度的高低，並可以基本決定電力系統中的實功潮流，功角差的週期變化也就表示系統目前的動態穩定情形。因此，本項功能可為使用者對系統狀態的判斷提供最即時準確的依據，當系統發生擾動時，能以最有效即時的方式維持系統的穩定運轉。圖9為Web Browser總變電室與綜合科館變電室兩地功角差即時監視畫面，畫面中央左側為兩站各相之功角差，畫面中央右側為兩站之GPS時間、各線間電壓及頻率即時數據。. 圖10 Web Browser動態觸發文件查詢畫面結果. 3.動態觸發文件查詢電力工程人員可在遠端站之PMU上設定信號越限值，當系統電壓、電流或頻率等超過信號設定值或發生突變時，PMU即會紀錄該觸發越限饋線所在之遠端站站名、觸發越限時間、觸發型式、饋線名稱及觸發原因敘述成為一個動態文件檔案，即時傳回EMOS電腦上存檔並存入資料庫中，供使用者做查詢。此項功能提供總變電室與綜合科館變電室兩站之動態觸發文件查詢，如圖10所示為Web Browser動態觸發文件查詢畫面結果，在報表中，觸發文件依照觸發時間順序由上而下排列，共有七個欄位加以說明每一觸發事件。本項查詢在報表右下方提供報表列印的功能，使用者可將查詢結果經由印表機列印出來。 4.歷史文件查詢. 圖11 Web Browser歷史文件查詢結果畫面. 本項功能提供使用者查詢總變電室與綜合科館變電室兩站的電力歷史資料，透過此項功能來追蹤系統運轉效能，並檢視系統潛在的電力品質問題與用電資料。使用者只要根據七個輸入選項欄位，分別是遠端站名、日期及時間，完成輸入，即可查詢各遠端站之歷史資料。圖11為Web Browser歷史文件查詢結果畫面，此查詢結果報表中，共列出所查詢之遠端站站名、GPS時. 5.穩態紀錄數據檔案下載與分析本項功能提供總變電室與綜合科館變電室兩站之穩態紀錄數據檔案下載與分析，圖11為Web Browser穩態紀錄數據下載畫面，主要以Apache軟體做為EMOS之伺服器，如此可獲得由PMU即時傳回EMOS的穩態紀錄數據檔案。 5.

(10) 本系統提供總變電室與綜合科館變電室兩站之穩態紀錄數據檔案下載。經由歐華公司所提供之EMOS電力品質分析軟體，如圖12所示，提供使用者下載安裝，即可分析由PMU即時傳回EMOS的穩態紀錄數據檔案，圖13為2005年7月22日日負載曲線，圖14為2005年7 月22日日功率因數。由圖13，14所示，使用者由本系統所提供之功能可獲得國立台北科技大學在當日之用電資料與其他相關資料，以利進行分析。. 圖 14 2005 年 7 月 22 日日功率因數. 6.動態觸發文件下載與分析本項功能提供總變電室與綜合科館變電室兩站之動態觸發文件下載與分析，圖15為Web Browser動態觸發文件下載畫面，主要以Apache軟體做為EMOS之伺服器，如此可獲得由PMU即時傳回EMOS的動態觸發文件。本系統之動態觸發文件主要有信號異常觸發文件與時間觸發文件，信號異常觸發文件為系統電壓、電流或頻率等超過信號設定值或發生突變時，PMU會紀錄該觸發越限饋線所在之遠端站站名、觸發越限時間、觸發型式、饋線名稱及觸發原因敘述成為一個動態文件檔案，即時傳回EMOS；而時間觸發文件為PMU設定之固定時間觸發，如同信號異常觸發文件一樣，PMU將時間觸發文件檔案，即時傳回EMOS。. 圖 11 Web Browser 穩態紀錄數據下載畫面. 圖12 Web Browser EMOS電力品質分析軟體下載畫面. 圖 15 Web Browser 動態觸發文件檔案下載畫面. 本系統提供總變電室與綜合科館變電室兩站之動態觸發文件下載。即可分析由 PMU 即時傳回 EMOS 的動態觸發文件，圖 16 為 2005 年 7 月 23 日上午九時時間觸發之電流記錄波形，圖 17 為 2005 年 7 月 23 日上午九時時間觸發之諧波分析，圖 18 為 2005 年 7 月 23 日上午九時時間觸發之故障分析。由圖 17,18,19 所示，使用者由本系統所提供之功能可獲得國立台北科技大學在當日上午九時之電力品質與其他相關資料，以利進行分析。 7.最佳契約容量試算本項功能提供使用者於Web Browser進行最佳契約容量試算，根據用戶所定之契約容量與一年之每月最高. 圖 13 2005 年 7 月 22 日日負載曲線. 6.

(11) 需量試算最佳契約容量[18]，圖19為Web Browser之最佳契約容量試算。如圖20所示為國立台北科技大學最佳契約容量試算結果，根據93年3月至94年2月電費單，獲得所定之契約容量與每月用電最高需量，試算結果必需提高契約容量，在此擴建補助費納入考量，亦能獲得所需調升之契約容量。. 圖 19 Web Browser 之最佳契約容量試算. 圖 16 2005 年 7 月 23 日上午九時時間觸發之電流記錄波形. 圖 20 國立台北科技大學最佳契約容量試算結果. (B).PDA 本計畫第二年開發PDA做為系統第二種使用者設備，藉由PDA體積小、方便攜帶及具有網路通訊之功能，使用者可隨時隨地透過無線網路登入系統並通過身分驗證。 (a).功能架構使用者欲使用PDA進行各項電力即時監視與分析前，必須透過無線網路與系統伺服器取得連線，並通過使用者名稱與密碼的驗證後，方能取得系統使用權進行相關的監視與分析。圖21為PDA之功能架構樹狀圖，其中包含三相電壓電流、系統頻率、實虛功率、功率因數、三相電壓電流不平衡因數、兩地功角差即時監視及觸發文件查詢等功能。. 圖 17 2005 年 7 月 23 日上午九時時間觸發之諧波分析. 電力即時監視與分析整合系統登入畫面. 電力即時監視與分析整合系統功能選擇頁面. 選項. 總變電室/綜合科館. 圖 18 2005 年 7 月 23 日上午九時時間觸發之故障分析三相電壓電流相量即時監視. 實虛功率即時監視. 三相電壓不平衡因數即時監視. 三相電流不平衡因數即時監視. 系統頻率即時監視. 圖21 PDA系統功能架構樹狀圖. 7. 兩地功角差. 觸發文件查詢.

(12) (b).功能說明展示在PDA視窗工具列上，使用者可點選Menu之遠端站饋線樹狀圖，選擇欲監視分析的遠端站所屬項目或其他選項進行監視分析。本系統在電力即時資訊的顯示採用圖形及數值兩種方式，畫面左上角為即時之GPS時間，右上角為遠端站監視項目，圖形數據每一秒更新一次，並採用圖形縮放的功能，讓使用者能夠依據需求將即時變動之圖形做放大縮小顯示。本系統亦設定系統運作之安全範圍，若超出所設定之範圍時，則顯示警示訊息及發出警告聲音。以下就本計畫所開發之PDA功能擇一說明並進行系統展示： 1.三相電壓電流相量即時監視. 圖24 PDA總變電室與綜合科館兩地功角差即時監視畫面. 圖22為PDA總變電室三相電壓電流相量即時監視畫面。畫面中央圖形為電壓及電流相對應之相位圖形，圖形下方為即時三相電壓電流值及其相位角即時數據，圖形與數據數據名稱分別以相對應之顏色對照，以清楚分辨各相電壓電流的變化情形。. (C).Smart Phone 本計畫第二年開發Smart Phone做為系統第三種使用者設備，藉由手機體積輕薄、操作簡便及行動化的特性，使用者可隨時隨地透過行動通訊網路通過身分驗證，即可登入系統。 (a).功能架構使用者欲使用Smart Phone進行各項電力即時監視與分析前，必須透過行動通訊網路與系統伺服器取得連線，並通過使用者名稱與密碼的驗證後，方能取得系統使用權進行相關的監視與分析。圖25為Smart Phone之功能架構樹狀圖，其中包含總變電室、綜合科館之三相電壓電流、實虛功率、系統頻率、功率因數、三相電壓、電流不平衡因數及兩地功角差即時監視等功能。電力即時監視與分析整合系統首頁. 電力即時監視與分析整合系統登入畫面. 圖22 PDA總變電室三相電壓電流相量即時監視畫面. 2.三相電壓不平衡因數即時監視電力即時監視與分析整合系統功能選擇頁面. 圖23為PDA總變電室三相電壓不平衡因數即時監視畫面，畫面中央為三相電壓不平衡因數即時變化圖形，圖形下方為負序、零序電壓不平衡因數及各線間電壓、零序、正序及負序電壓即時數據。. 總變電室/綜合科館. 三相電壓電流相量即時監視. 實虛功率/系統頻率即時監視. 兩地功角差. 三相電壓/電流不平衡因數即時監視. 圖25 Smart Phone系統功能架構樹狀圖. (b).功能說明展示在Smart Phone螢幕選單上，使用者可選擇不同遠端站之監視分析項目與其他功能選項以進行相關監視。本系統在電力即時資訊的顯示採用數值顯示方式，每5秒更新數據一次，並採用單一視窗切換顯示，讓使用者能清楚掌握系統變化之狀態與系統用電品質。圖23 PDA總變電室三相電壓不平衡因數即時監視畫面. 1.三相電壓電流相量即時監視. 3.兩地功角差即時監視. 圖26為Smart Phone總變電室三相電壓電流相量即時監視畫面，畫面最上方為所選擇之監視遠端站項目，第一列數據為即時之GPS時間，之後分別為各線電壓、電流值及其相位角。. 圖24為PDA總變電室與綜合科館兩地功角差即時監視畫面，畫面中央圖形為兩站各相之功角差，畫面下方分別為兩站之角度差、正序電壓及電壓不平衡因數即時數據。. 8.

(13) 具備實用性與可行性。以下概述電力即時監視與分析整合系統所具備之功能特性： 1. 具有遠端即時監視與分析功能並開發整合 Web Browser、PDA、Smart Phone三種使用者設備，使系統監視分析更具行動化及多選擇性。 2. PMU以GPS為基礎，達到全系統取樣時間同步化，進而即時全面監視與分析整個電力系統運轉狀態。 3. 使用Java 物件導向技術開發系統程式，應用跨平台之特性，使得本系統適用於複雜的網際網路、無線網路、行動通訊網路及各類平台裝置上，具有高度的相容性與擴充性。 4. 不需另外安裝軟體，只需透過一般Web Browser或支援Java虛擬機器的PDA、Smart Phone，即可隨時隨地使用本系統進行相關監視分析。 5. 提供簡易操作之使用者介面與報表列印功能，使用者介面以圖形化方式呈現且具縮放功能，有助於使用者瞭解分析監視項目所呈現的狀態結果，加速電力相關資料之判讀。 6. 整合資料庫系統，儲存各遠端站之電力數據，使用者可得知最新及歷史的電力系統狀態數據，用來追蹤系統運轉的效能，並檢視系統潛在的電力品質問題。 7. 本系統提供於Web Browser下載歷史資料、穩態紀錄數據與動態觸發文件，使用者可藉由此項功能進行需量管理，規畫具有成本效益之節約電能和負載管理方法，並評估是否適合參與可停電力方案或仿照國外電力自由化後之需量反應制度。. 圖25 Smart Phone總變電室三相電壓電流相量即時監視畫面. 2.三相電壓、電流不平衡因數即時監視圖26所示為Smart Phone綜合科館三相電壓、電流不平衡因數即時監視畫面，畫面最上方為所選擇之監視遠端站項目，第一列數據為即時之GPS時間，之後分別為負序、零序電壓、電流不平衡因數。. 八. 參考文獻 [1] 圖26 Smart Phone綜合科館三相電壓、電流不平衡因數即時監視畫面. 3.兩地功角差即時監視圖27為Smart Phone總變電室與綜合科館兩地功角差即時監視畫面，畫面最上方為所選擇之監視遠端站項目，第一列數據為即時之GPS時間，之後分別為兩地功角差、電壓不平衡因數及正序電壓值。. [2]. [3]. [4]. [5]. [6]. [7] 圖27 Smart Phone總變電室與綜合科館兩地功角差即時監視畫面. 七、結論 [8]. 兩年期之計畫成功開發一個可應用於多種作業平台、網路通訊環境及使用者設備之電力即時監視與分析整合系統，經由系統實際測試結果，已驗證本系統確實. [9] [10]. 9. A. Ferrero and V. Piuri, "A Simulation Tool for Virtual Laboratory Experiments in a WWW Environment," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 48, No. 3, 1999, pp.741-746. R. Bacher and T. Orfanogianni, "WWW Based Computation Services: Transfer of Power System Applications to the WWW," IEEE Power Engineering Society 1999 Winter Meeting, New York, USA, vol. 1, 1999, pp.496-501. G. Bucci, I. Caschera, E. Fiorucci and C. Landi, "The Monitoring of Power Quality Using Low-cost Smart Web Sensors," IEEE Proceedings of the 19th Instrumentation and Measurement Technology Conference, vol. 2, 2002, pp.1753-1756. R.P.K. Lee, L.L. Lai and N. Tse, "A Web-based Multi-channel Power Quality Monitoring System for a Large Network," Fifth International Conference on Power System Management and Control, 2002, pp.112-117. Leou Rong-Ceng, Chang Ya-Chin and Teng Jen-Hao, "A Web-based Power Quality Monitoring System," IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, vol. 3, 2001, pp.1504-1508. Young Chung-Ping, Juang Wei-Lun and M.J. Devaney, "Real-time Intranet-controlled Virtual Instrument Multiple-circuit Power Monitoring," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 49, 2000, pp.579-584. K. Hamamatsu, H. Watanabe, K. Sekiguchi, R. Tsukui, K. Igarashi and P. Beaumont, "A New Approach to the Implementation of Intranet-based Measurement and Monitoring," IEE Seventh International Conference on Developments in Power System Protection, 2002, pp.102-105. 洪承昇，應用 PDA 協助電力品質監測分析儀之研製，碩士論文，國立成功大學電機工程系碩士班，台南，2002。張嘉欣，應用 PDA 於電力即時監視與分析，碩士論文，國立臺北科技大學電機工程系碩士班，台北，2003。 Y.S. Ong and H.B. Gooi, "A Web-based Power Flow Simulator for Power Engineering Education," IEEE Power Engineering.

(14) [11] [12]. [13] [14]. [15]. [16] [17]. [18]. Society Summer Meeting, Alberta, Canada, vol. 2, 1999, pp.1002-1007. 王世偉，電力即時監視與分析系統之研製，碩士論文，國立臺北科技大學電機工程系碩士班，台北，2002。 Huang Shyh-Jier and Tseng Pao-Shing, "A WWW-based Virtual Instrument Software for Electric Power Measurement with Java Enhancement," IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, vol. 3, 2002, pp.1160-1164. J. Knudsen, Java 2D Graphics, O’Reilly & Associates Inc., USA, 2000. Seungwoo Son, Injoong and Changkap Kim, "A Component-based Client/Server Application Development Environment Using Java," IEEE Technology of Object-Oriented Languages, 1998, pp.168-179. A. Saimi, T. Syomura, H. Suganuma and I. Ishida, "Presentation Layer Framework of Web Application Systems with Server-side Java Technology," The 24th Annual International Computer Software and Applications Conference, 2000, pp.473-478. J. Hunter and W. Crawford, Java Servlet Programming, Second Edition, O’Reilly & Associates Inc., USA, 2001. Ramez Elmasri and Shamkant B. Navathe, Fundamentals of Database System, Third Edition, Addison Wesley Longman, USA, 2000. 台灣電力公司，“詳細電價表”， 2004 年 1 月。. 10.

(15) 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. 電力防衛系統之研究－子計畫三：電力系統之電磁脈衝技術分析與防衛能力之研究(2/2). 計畫類別：□ 個別型計畫 ▓ 整合型計畫計畫編號：NSC 93－2213－E－035－007 執行期間： 93 年 8 月 1 日至 94 年 7 月 31 日計畫主持人：何子儀共同主持人：計畫參與人員：成果報告類型(依經費核定清單規定繳交)：□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□二年後可公開查詢執行單位：逢甲大學電機所中. 華. 民. 國. 94. 年. 8. 月. 30. 日.

(16) 中文摘要由於電磁脈衝的能量極大，發生時間極短，所以各種結構物就有如天線接收體，接收巨大的能量，經由電力饋線感應至各種電子設備以及電腦網路，造成許多無法估計的損失。電磁脈衝可由雷擊、高空核爆以及開關突波所產生，它能在極短時間內，以電磁波的形式將強大能量由雷擊點或爆點傳至遠處，而電磁脈衝又具涵蓋面積大、時間短暫及高能量與頻率範圍寬廣之特性，因此將使所有的電力系統、電腦資訊系統、通訊系統、電器設備等設施受干擾或產生熱輻射效應，以致無法有效動作而導致系統的癱瘓。電力系統中，電力之傳導與配電皆仰賴傳輸配電線及其它保護設備與裝置來完成，電磁脈衝經由高壓傳輸線感應獲得能量，藉由架空電力輸配電線導引，再連接至低壓配電饋線穿透至建築物，然後傳導至建築物配電箱之電路斷路器，而破壞整個系統設備與裝置。因此，本計畫依據電磁脈衝耦合穿透之路徑，首先針對電磁脈衝防護元件做詳細說明。接著利用火花間隙或氣體放電管響應時間非常快之突波抑制元件，將電磁脈衝抑制至保護絕緣設備規格內。然後，再對電力傳輸線受電磁脈衝影響其數學模型做推導、分析與模擬。最後，以台電汐止~板橋段 30 公里之 354KV 特高壓傳輸線受電磁脈衝影響做模擬與分析。本計畫亦提出傳輸線受電磁脈衝衝擊下之模型，並詳細討論其幾何結構方向性與土壤特性之影響狀況。最後，據此推論傳輸電力線之電磁脈衝耦合影響，可藉由傳輸線之模型驗證之。英文摘要 Electromagnetic Pulse (EMP) is usually generated by lighting stroke, high voltage switching transition or high altitude nuclear burst. It will produce the electric magnetic field with a large radiating area, short duration with high voltage pulse and broad frequency range that can interference or even damage the electric power systems, computer information systems, telecommunication systems, and various electric devices. Moreover, the defense, military, political, economic computer information systems all over the country will be under the threat of EMP impact. In order to protect the whole computer information systems in the country from being damaged or being threaten by an EMP impact, many engineers in the world have done a lot of efforts on researching and developing the EMP protection techniques and mitigation devices. Since the power supplies of all electric equipment and systems are directly or indirectly connected to electric power systems, the design of robust electric power systems become most important task in the EMP protection techniques. According to the penetration path of electromagnetic field generated from EMP, the proposed project will firstly derive a mathematic model of power transmission lines and address a coordination mechanism for the primary and secondly protection of a distribution system. Secondly, surge suppressed devices such as spark gap, MOV, and gas discharge tube will be described in detail and employed to the simulated circuits and experimental circuits. 一、緒論電磁脈衝可由雷擊、高空核爆以及開關突波所產生，它能在極短時間內，以電磁波的形式將強大能量由雷擊點或爆點傳至遠處，由於電磁脈衝的能量極大，發生時間極短，所以各種結構物就有如天線接收體，接收巨大的能量，經由電力饋線感應至各種電子設備以及電腦網路，造成許多無法估計的損失。電磁脈衝泛指雷擊產生之電磁脈衝、開關產生之電磁脈衝或高空核爆產生之電磁脈衝，它在進行過程中會對電器、電力、或電腦資訊等設施產生熱輻射效應，以致設備裝置無法有效動作而導致癱瘓，由於電磁脈衝對人體幾乎不會產生生物性的直接傷害，但卻能使各種電器設備、裝置、設施與載具受到電磁干擾而喪失動作功能或甚至於被損毀。另外電磁脈衝具有涵蓋面積大、時間短暫及高能量與頻率範圍寬廣之特性，可使所有的電力系統、電腦資訊系統、通訊系統等受干擾而導致系統癱瘓，因此，如何加強電磁脈衝防護設計並進一步實施反制，使電力系統及相關之電器設備與軍事戰略系統在電磁脈衝干擾下仍然能夠維持其運作之正常，為世界各先進國家積極努力研究之重要課題。.

(17) 由於電磁脈衝之引爆，將破壞所有的政、軍、工、商、等方面之電氣、電腦資訊系統，導致整個國家癱瘓。因此，世界各先進國家如美國、前蘇聯及中共等都積極的投入電磁脈衝防護技術之研究。其中以美國貝爾實驗室最為積極，從電磁脈衝之產生其數學模型之分析與引用，電磁脈衝防護分析模型，電磁脈衝防護設計與驗證，到防護元件之分析與使用皆有詳盡之探討[1]-[3]；另外，參考文獻[4]-[6]對電磁脈衝影響各種導線或電纜線間之耦合有詳盡之分析。[11]-[15]則對電力系統之傳輸線或配電線與電磁脈衝間之耦合做分析與討論並提出防護設計之規範。根據貝爾通訊實驗室之研究指出電磁脈衝產生之後，由於各種結構物體此時皆相當於一個天線接收器，因此，電磁脈衝其能量將耦合穿透至不同結構物體。其穿透耦合之結構物可分為架空電力輸配電系統，架空電話線與電纜線，地下纜線及複合導通管。因此，本計畫即是根據電磁脈衝耦合穿透之路徑，首先針對電磁脈衝防護元件做詳細說明。接著利用火花間隙或氣體放電管響應時間非常快之突波抑制元件，將電磁脈衝抑制至保護絕緣設備規格內。接著針對電力傳輸線受電磁脈衝影響，其參數如何變化做詳細分析，然後推導出適當之模型參數，並模擬之。由於火花間隙元件國內並沒有相關文獻或單位在探討，因此，本計畫將對其原理及模型詳細的說明分析與推導並模擬。另外，配電系統之初級與次級保護如何協調亦將有詳盡的探討。最後，以台電汐止~板橋段 30 公里之 354KV 特高壓傳輸線受電磁脈衝影響做模擬與分析。據此推論傳輸電力線之電磁脈衝耦合影響，可藉由傳輸線之模型驗證之。二電磁脈衝防護元件由於電磁脈衝的能量極大，發生時間極短，所以各種結構物就有如天線接收體，接收巨大的能量，經由電力饋線感應至各種電子設備以及電腦網路，將造成許多無法估計的損失。電磁脈衝可由雷擊、高空核爆以及開關突波所產生。而避免電磁脈衝的威脅則可以用一些反應時間極迅速的抑制元件，在電力饋線端進行保護，以避免發生過電壓或過電流的狀況。依據電磁脈衝的特性可以將其分為雷擊電磁脈衝(Lightning Electromagnetic Pulse；LEMP)、核爆電磁脈衝(Nuclear Electromagnetic Pulse；NEMP)、靜電放電電磁脈衝(Electrostatic Discharge Electromagnetic Pulse；ESD EMP)。一般由自然現象所產生的電磁脈衝，包括 LEMP、ESD EMP、太陽週期性磁爆所產生的 EMP、發電站運轉所產生之 EMP、實驗時開路感應元件產生之 EMP 等。而人為所致的電磁脈衝則包含 NEMP、由脈衝雷達或微波武器產生之微波造成的 EMP。EMP 防護元件有(1)變阻器(MOV)，(2) TVS 二極體 (3)火花間隙(Spark Gap)，其中火花間隙元件由兩個被氣隙(Gap)隔離之金屬電極組成，內部並用一混合氣體在低於一大氣壓下封裝密封，這些氣體通常由氬(Argon)、氦(Helium)、氫(Hydrogen)、及氮(Nitrogen)所組成。若火花間隙電極間隙兩端電壓很小時，這些氣體就像是一個良好的絕緣體，並且氣隙猶如一個高阻抗。假使增加兩電極間隙兩端之電壓，會造成內部氣體游離而導通，並產生足夠的電流，電極間隙因更多的電離而轉變為放電狀態。在放電過程最後，電極間隙的電流降低，電極間恢復不導通狀態，而此氣體的特性使得火花間隙遭到雷擊或突波時能夠快速反應並且吸收大量的能量，典型的火花間隙結構如圖 2.1 所示[8]。火花間隙可以與其他亦具有保護特性的元件組合成混合的保護電路，按各自的保護特性達到保護功能。一般而言，會用二極體、電阻、電容、電感以及變阻器。一般系統對 EMP 保護技術傳統上可以分成初級與二級，甚至是三級保護組件。初級保護組件相對於二級和三級保護件具有更大的蓄能容載量；但是，初級保護件的活化端限值(Activation Threshold)卻不如二級保護組件來得高。次級保護電路處理一次保護線路處理過後殘餘的過載電流或電壓，次級保護電路通常安裝於需要被保護的設備上，其要求條件則視規範及消費者需求而定。次級保護則通常會同時包含過電壓保護元件和限流器。過電壓保護是避免發生電擊傷害和設備損害時的必要手段。限流器則是避免電線和過電壓保護元件受損的必要元件。除此之.

(18) 外，限流器可用於調和初級與次級過電壓保護件之間的運作，因此次級保護件通常使用在端限值較初級保護為低的情況下 [8]。 2.1 馬克斯產生器電路圖 2.2 為馬克斯產生器之等效電路，C1 為電路中之充電電容，L 及 R1 則是連接元件間導線的電感和電阻成份，負載部分則包含電阻 R2 及電容 C2，負載端之輸出電壓為 v t . V.  βα R 1C 2.  ·······························································································(2.1) exp αt  exp βt . R 1 ， ω0  ， ω2d ω02 α2 2L LC. 其中 α. 圖 2.3 為此馬克斯產生器之近似輸出波形，而本計畫所使用的 LC 型馬克斯產生器便由此觀念設計出一近似雙指數函數的突波波形[3]。. 氣體. 點火. 陶瓷絕緣層活化複合層電極. 圖2.1火花間隙內部構造圖 2.2馬克斯產生器等效電路圖2.3馬克斯產生器之近似輸出波形 2.2 防護裝置與元件之量測為了能在實驗室中模擬因突波入侵所產生之過電壓及防護元件之測試，並基於效能考量，建立二階馬克斯產生器電路如圖 2.4，在圖中的火花間隙為第三章之完整火花間隙電路所簡化成的副階層電路[4]，用以取代龐大複雜的電路模擬，方便模擬測試。二階馬克斯產生器將產生輸出電壓峰值為輸入電壓兩倍之雙指數函數的突波波形，由於一般電源供應器所供應電壓之上升時間及電壓大小無法準確地控制，故在實驗中將電源供應器與充電電容 C1 部份改由直流電源供應器對兩顆串聯之 4700μF 電容充電，使其電容充至所需電壓後，再利用兩個無熔絲開關作為切換，使電壓達到火花間隙之崩潰電壓，達到串連放電的效果[5]。圖 2.5 為馬克斯產生器之實體電路圖。為求模擬時間更短之突波波形，如電磁脈衝之波形，於是改變馬克斯產生器之放電電容，使整個脈衝之持續時間在 1μs 之內，如圖 2.6 所示，圖中各曲線之差異處在於使用的火花間隙開關之崩潰電壓不同，使輸出電壓達到崩潰電壓之兩倍，圖 2.7 則為馬克斯產生器之模擬波形圖，並將其輸出結果比較於表 2.1 中。 1 vector1 350VSG. 2 vector1#a 230VSG. 3 vector1#b 150VSG. 4 vector1#c 90VSG. y= x=. Plot1 vector1, vector1#a, vector1#b, vector1#c. 700. 500. 676 397n. y= x=. 436 398n. y= x=. 298 405n. y= x=. 178 397n. 300. 100. 4 3 2 1 -100. -620n. 140n. 900n Vector0. 1.66u. 2.42u. 圖 2.4 馬克斯產生器之電路圖 2.5 馬克斯產生器之實體電路圖 2.6 不同崩潰電壓之輸出波形.

(19) 1. 600. 2.50k. 1.60k. 100. 200. 1.50k. 1.20k. -100. 90V之火花間隙 vout_si m ul ati on. 2 150V之火花間隙 vout_si m ul ati on #a. 3. 350V之火花間隙 vout_si m ul ati on#b. 4. 230V之火花間隙 vout_si m ul ati on#c. y (m ax ) =167 v olts x = 597u seconds between 0 and 1.00m s ec onds. -600. -500. 800. vout_simulation in volts. 500. vout_simulation#b in volts. Plot1. -200. vout_simulation#c in volts. vout_simulation#a in volts. 1. y (max ) = 298 v olts x = 750u s ec onds between 0 and 1.00m seconds. 2. -300 y (m ax ) =709 v olts x = 858u seconds bet ween 0 and 1.00m sec onds. 4. 400. -500 y (m ax) =458 v olts x = 871u sec onds between 0 and 1.00m sec onds. -1.00k. -1.50k. 0. -700. 3. 100u. 300u. 500u ti m e in se conds. 700u. 900u. 圖 2.7 不同崩潰電壓之波形圖 2.8 (a) 脈衝崩潰電壓測試電路(b)脈衝崩潰電壓測試實體電路表 2.1 馬克斯產生器之輸出結果火花間隙峰值(V). 90V. 150V. 230V. 350V. 理論值. 174. 290. 443. 678. 模擬值. 167. 298. 458. 709. 實際值. 178. 298. 436. 676. 2.3 脈衝崩潰電壓之量測所謂的脈衝崩潰電壓(Pulse Breakdown Voltage)是指在有效上升率的暫態下，防護元件從非導通狀態轉變成導通狀態前所達到之峰值電壓[5-8]。突波模擬器將產生快速電壓脈衝串 (Electronic Fast Transient)與馬克斯電路所產生之突波當作測試防護元件脈衝崩潰電壓之輸入波，其測試電路如圖 2.8 所示，將快速電壓脈衝串與突波電壓視做脈衝波源，如同圖 2.8 (a) 中的輸入電壓源 Vinput，用以測試火花間隙在脈衝崩潰情況下的崩潰電壓。圖 2.8 (b)為此測試電路之實體電路。而表 2.2 則列出防護元件脈衝崩潰電壓之結果。 3.2 防護元件之測試將突波暫態抑制器、火花間隙以及氧化鋅變阻器三種突波防護元件並聯於負載端前加以保護，並探討三種突波防護元件之箝制結果。將馬克斯產生器之負載並聯上不同之防護元件，其結果如圖 2.9 所示，在實驗中除了並聯變阻器與火花間隙外，亦有並聯箝制電壓為 90V 之突波暫態抑制器，但發現由於輸入電壓過大而使之產生過電流燒毀，只有在較低之輸入電壓時達到抑制的效果，由圖 2.9(a)中可以看出，氧化鋅變阻器之箝制電壓約在 300 伏左右，與廠商所提供之資料相符[6]，而從火花間隙之箝制電壓波形可發現崩潰電壓為 90 伏特之崩潰電壓約比崩潰電壓為 150 伏特快崩潰幾奈秒，但由此也可看出火花間隙在較短時間內將突波有效地抑制在正常工作電壓內，使負載避免因遭受突波侵擾而損壞。圖 2.9(b)為各防護元件之模擬波形。 1 vector1. 2 vector1#a. 3 vector1#b. 1 90sg. 4 vector1#c. 2 150sg. 3 150mov. 4 noprotection. 800. 700. 500. 300. 1. 100. Plot1 90sg, 150sg, 150mov, noprotection in volts. Plot1 vector1#a, vector1#b, vector1#c, vector1. y (max) = 696 volts x= 4.00n seconds. 600 y (max) = 490 v olts x = 5.45n seconds. y (max) = 454 v olts x = 1.23n seconds. 400. y (max) = 245 volts x= 13.8n seconds. 200. 4. 3. 2 3. 1 2. 0. -100. 4. 0. 400n. 800n Vector0. 1.20u. 1.60u. 圖 2.9(a)馬克斯產生器與不同防護元件輸出波形. 200n. 600n. 1.00u time in seconds. 1.40u. (b)輸出模擬波形. 1.80u.

(20) 表 2.2 各種防護元件之脈衝崩潰電壓防護元件電壓值(V). 火花間隙. 火花間隙. 90V. 150V. ESD 模擬值. 345. ESD 實際值. MOV 150V. TVS 91V. 352. 190. 91.8. 364. 368. 228. 106. Marx 模擬值. 351. 359. 192. 91.8. Marx 實際值. 356. 370. 228. 104. 三、電磁脈衝對電力傳輸線之影響圖3.1所示為由入射平面波激發在理想地平面上方的單導體傳輸線架構。若入射場以入射角及到達，極化角為α=0°。對垂直極化入射場電場向量是在α=0°的入射面上，對水平極化入射場其電場與入射面垂直即α= 90°。並以E0表示入射電場的振幅，則分佈式電源項 Vs2(x)為 ex inc ref Vs2(x) E x (x) E x (x) E x (x). E 0(cos sin cos sin sin  ) (e jkh sin  e jkh sin )e jkx cos cos . jksin 2hE 0(cos sin cos sin sin  )e jkx cos cos ..........................................(3.1) 在x處，高為z的總垂直激發電場僅牽涉垂直極化分量，即 jkz sin  ex e jkz sin )e jkx cos cos .................................................(3.2) E z (x,z) E 0 cos cos (e 在x=0處的等效端點集總電壓源為 V1 2E 0h cos cos  ............................................................................................................(3.3). V 2 V1e. jk cos co s . ...............................................................................................................(3.4). 電源向量為 (cos sin cos sin sin  )jkhsin    E0( hcos cos )(1 e(jk cos cos ))   jkcos cos   S1  (3.5)   S2   ( (cos sin cos sin sin )jkhsin hcos cos )(1   ( jk cos cos  )   ) e  e E0  jkcos cos    -t / 假設半無限長傳輸線位於理想接地平面上方h公尺處，當指數脈衝波E0e τ以入射角 及方位角 ，入射激發進入傳輸線時，會產生垂直極化與水平極化分量，則遠端開路電壓之頻域響應可表示為[8-14]，在0≦t≦t0時， t. Voc(t)=E0c τ D( , )[1 e ] ............................................................................................(3.6) 在t0≦t時，傳輸線末端開路電壓可表示為 '  t 2  t 4  0  t  t   e  u Voc(t)=E0c τ D( , ) (e  1)e  du ............................(3.7) e  0 e sin()      同理，於水平極化，在0≦t≦t0時，開路電壓可表示為 t. Voc(t)=E0c τ D( , )[1 e ] ...............................................................................................(3.8) 於t≧t0時，開路電壓可表示為.

(21) '   t 2 t 4sin(  )  0  t  t   e  u Voc(t)=E0c τ D( , ) (e  1)e  du ...............................(3.9) e  0 e       、 8 其中，t =t-t0，t0=2hsin/c，c=3×10 m/sec，τ ε σ，α為傳輸線之傳播損失，σ為土壤導電 e= 0/ 率。垂直極化(Vertical Polarization)時，其方位函數D(,)可表示為. sin cos . , ) D (. c 1 cos cos  j. .................................................................................(3.10). 水平極化(Horizontally Polarization)時，其方位函數D(,)表示為. sin  D( , ) ............................................................................... (3.11) c 1 cos cos  j 現在模擬架空電力線在有損地面，各種不同的大地導電率時，負載端之電流頻域響應，其結果如圖3.2所示。假設線路常數傳輸線長 =5m、架空線離地高度h=0.8m、導線半徑 a=0.15cm、入射角Ψ=45o，=45o大地導電率σg=0.001~∞s/m、相對介電係數  r 10 ，兩端阻抗為Z1= Z2=20Ω。 z. x z2 入射平面波. y. σg=0.001. 垂直極化 L. E in c ^. k. E in c. H in c. 水平極化 H in c. h 傳輸線. ^. k. z1.  入射面. . 0 地平面. σg=0. 1. 圖3.1 入射平面波激發之單導體傳輸線圖3.2 負載電流與大地導電率之關係曲線模擬結果得知，由波峰高度E0=1V/m的激發源激勵時，在x=l處負載電流之頻率響應為，當大地導電率σg =0.001時，負載電流峰值約為般0.01x10-4安培，當σg =∞時負載電流峰值約為0.0005x10-4安培。即有損大地導電率值越大，在負載端所產生之電流越小。因入射波大量深入地底，造成反射量越低，使得激發電源總淨值越低，所以在負載端所產生之電流越小。在高頻段仍因兩端負載反射而造成來回諧振現象。 E 1. E 2 8 .6 m. c 2. a 1. 8 .4 m. b 1. V0. b 2 8 .4 m. c 1 1 4 m. -. +. a 2. Z1=100Ω. Iz1 I(x). h=37.78m. Iz2. Z 2=100Ω. 3 0 m. x 地. 面. 圖4.1 台電345KV雙回路. x=0. xs=15Km. 參考地平面. x=30Km. 圖4.2(a) 特高壓電力傳輸線等效電路架構.

(22) 四、架空特高壓電力傳輸線由於台灣之電力系統是一個隔離與獨立之系統，因此，當遭受如電磁脈衝強大之電磁波干擾與侵襲時，台灣將發生無比空前之大停電，其造成之影響與破壞，將會造成台灣經濟的大衰退。因此，本小節將就電磁脈衝對台灣電力系統之影響與破壞，做深入之分析與探討。由於電磁脈衝之侵襲，就整體電力系統而言，電力傳輸線首當其衝；因此，電力傳輸線之架構將首先被探討，另外，亦詳細計算傳輸線之參數[9-15]，最後，再以台電汐止~板橋段30 公里之354KV特高壓傳輸線，如圖4.1所示，模擬分析討論之。台電特高壓電力傳輸線之參數，R、L、C均為每相每公里之線路參數。其中R=0.0099 Ω/ Km，Ln=0.41×10-3 H/Km，Cn=0.029×10-6 F/Km，G=0。本等效電路尚未包含鐵塔及鐵塔接地系統之效應，若考慮鐵塔及鐵塔接地系統之效應，則電磁脈衝對電力傳輸線之影響，對感應電壓而言，因有並聯之鐵塔及鐵塔接地系阻抗，所以感應電壓值會變小。線與線間之電感量Lab=2×Ln=0.822×10-3 H/Km，線與線間之電容量Cab=1/2×Cn=0.0145×10-6 F/Km。圖4.2(a)所示為特高壓電力傳輸線之電流頻率響應分析等效電路，假設在傳輸線中央(x=15Km)處，受集總電壓源脈衝波激發，激發頻率為50MHz，激發源波峰V0=100KV，模擬傳輸線上任一點之電流分佈情形，模擬結果如圖4.2(b)所示。並模擬頻率由0.1MHz~1000MHz範圍時，在 x=0Km及x=30Km處之負載電流頻率響應，其模擬結果如圖4.2(c)及圖4.2(d)所示。由圖4.2(c) 與4.2(d)負載電流響應曲線可知，兩端之負載電流大小一樣，電流響應振幅在420A~500A間振盪，且在高頻段振盪極為激烈。特高壓電力傳輸線受集總電壓源脈衝波激發時其遠端之開路電壓，如圖4.3所示。圖中顯示在高頻段可產生10倍電壓值，即遠端開路電壓峰值為 1000KV。在高頻段電壓準位在100KV ~1000KV之間振盪，這股振盪電壓正是破壞電力設備的元凶。. 圖4.2(b) 特高壓電力傳輸線之電流分佈曲線. 圖4.2(d) 負載電流IZ2之響應. 圖4.2(c)負載電流Iz1之響應. 圖4.3 傳輸線開路電壓之響應. 5.1 突波對配電系統之影響與防護配電系統中的一次變電所主變壓器組成之容量為 200/200/66MVA ，電壓為 161/69/11kV，接線方法為 Y/ Y/ Δ[10]，並且加上線路阻抗之後，整體配電系統模型如圖 5.1 所示。.