论文部分内容阅读
摘 要：在全球暖化（GlobalWarming）议题及环保压力下，促使再生能源发电的比列必须提高以减少采用碳基燃料（Carbon-BasedFuels）为主的火力发电。因此，电力公司在面对电力供应的高品质以及减少环境污染的要求下，必须从系统运转及管理等方面着手方可达成上述目标。本文首先针对各国微型电网发展现况进行相关探讨，藉以了解微型电网的系统架构、运转方式与未来发展趋势，并选定该文所欲探讨分析之低压微型电网系统架构；此外，就目前常见且可行之三相电力潮流分析方法与技巧中，择一稳定性高、收敛性佳的方法，在Matlab环境下撰写程序，以作为后续应用模拟分析所需之工具。
关键词：微电网 系统 架构 方法
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0043-01
1 微型电网发展现况
微型电网整合分布式发电系统与储能组件于配电系统所形成之新的电力系统型态，可以并入大型电力系统运转或独里自主运转。目前，欧美与日本等先进国家，在微型电网的发展上皆属领先的地位，兹就其发展现况详述如下：
对于发展微型电网的概念与微型电网电源控制和建置示范系统之研究计划与论文，如微型电网系统架构概念[1]，在文献中，也对于实功率与虚功率之控制、电压调整策略、电力电子式之电源转换器接口设计、微型电源间功率分担、和应用静态开关（StaticSwitch）做运转模式切换等研究不管在理论上或实务上都有许多的贡献。
另外，由N.Hatziargyriou，H.Asano等人所发表之“MicroGrids”中[1]，将目前在欧美、日本和加拿大正进行的微型电网的研究、发展及示范系统做一综合探讨，在文中提到欧盟所资助的微型电网的两个主要研究计划。
第一个的计划（1998-2002）主题为“MicroGrids：LargeScaleIntegrationofMicro-GenerationtoLowVoltageGrids”，该计划已顺利完成相关研究工作，如ISET参与此研究所建构的微型电网实验室[1]。
第二个计划（2002-2006）主题为“MoreMicroGrids：AdvancedArchitecturesandControlConceptsforMoreMicrogrids”，该计划主要以实务性质为主，并分别在欧盟各示范点建置示范系统，的微型电网。
综观以上各国对微型电网的研究可使该文了解目前所要面对的问题与未来极需解决的问题及对环境所造成的影响。
2 系统架构
该文的研究乃以低压微型电网为主，首要的任务为系统架构的规划与设计，由于各国电力系统基础设施不尽相同，因此既有的配电系统型态再经整合分布式资源后自然形成各种不同型态的微型电网系统架构，综观相关文献所提的系统架构后决定以欧盟微型电网计划“ENK5-CT-2002-00610”设计的交流低压400 V微型电网作为模拟、分析的标的系统。
分布式资源并入微型电网前后的系统架构是由一台额定容量400 kVA、高压侧电压20 kV、低压侧电压0.4 kV、频率50 Hz的配电变压器，以及包括太阳能电池、燃料电池、蓄电池、风力发电机、微涡轮机等分散型资源所组成，因此非常适合本论文所欲研究探讨的议题「低压微型电网稳态运转研究」，是故，该文将以此系统为基础进行相关模拟与分析。
3 系统参数
本节主要的目的在介绍微型电网执行连续三相电力潮流程序时必须准备的相关资源与系统参数的设定，经整理后可得微型电网系统单线图，该系统包含高低压侧共有14个母线，线路长度最长处为345 m（自Bus1至Bus10），其中Bus1设定为摇摆母线（SwingBus），其余Bus8（住宅类）、Bus9（住宅类）、Bus10（工业类）、Bus12（商业类）及Bus13（住宅类）为负载母线；另外，分布式资源并入的母线分别为Bus14（30 kW蓄电池组储能系统）、Bus9（10 kW太阳能发电系统、10 kW风力发电系统）、Bus10（10 kW燃料电池发电系统）、Bus12（30 kW微涡轮机发电系统）及Bus13（3 kW太阳能发电系统）。
（1）配电变压器资料。
该系统的配电变压器相关参数资料，其额定容量为400 kVA、高低压侧额定电压分别为20 kV/0.4 kV、标么电抗及电阻值分别为0.04pu及0.01pu。
（2）负载资源。
各负载母线上的住宅类、工业类与商业类典型日负载曲线，各负载母线的尖峰（最大）负载量，将上述各类负载曲线及其尖峰负载量二者结合，即可绘制出各负载母线的实功及虚功日负载曲线[2]。
（3）线路阻抗资料。
导线规格及其对应的单位长度阻抗资源，所列的阻抗奥姆值将在系统统一基准值条件下标么化。
4 组件数学模型
举凡组成微型电网的分布式资源、导线、配电变压器、电电容器与负载等设施均为执行电力潮流所需的电路元件，上述组件在电力潮流分析过程中皆必须以适合的数学模型表示方可反应该组件的实际物理特性。兹就相关组件模型分述如下：
（1）分布式资源模型。
该文所探讨的低压微型电网中共整合微型发电系统及储能系统二大类，其中蓄电池组储能系统仅作为系统转态时支撑系统电压的用，亦即系统由并网运转状态转。为维持瞬时电压稳定的功能，因此，在稳态运转分析时不纳入电力调度输出功率的考量中，是故，执行电力潮流分析时仅就微型发电系统部分进行电力调度。一般而言，此一微型发电系统可依其特性与控制方式将其设定为输出固定功率因数与功率，因此，部分文献中将其视为定实功率-虚功率模型和定实功率-电压模型，就分析技术层面而言，各有其优缺点，本论文将其视为定实功率-虚功率模型[3]。
（2）导线模型。
该文的导线模型皆以型等效电力模型表示[3]。其中，对串联阻抗而言，原始三相四线式线路模型所示，将原始串联阻抗矩阵以克隆降阶法降阶，即可求得隐含中性线或接地线效应的三相线路等效模型，其原始导纳矩阵，降阶后的三相线路等效模型的母线组件关联矩阵，并利用推导公式[3]求出将三相线路解耦合后，即可得到的三相线路解耦合等效模型.
参考文献
[1]黄莉，卫志农，韦延方，等.智能用电互动体系和运营模式研究[J].电网技术，2013（8）：2230-2237.
[2]易锦，罗峋，凹建勋，等.基于马尔科夫链的软件故障分类预测模型[J]. 中国科学院大学学报，2013（4）：562-567.
[3]李士动，施泉生.智能电网下需求响应与可中断负荷研究[J].中国电力教育，2013（20）：202-204.
关键词：微电网 系统 架构 方法
中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0043-01
1 微型电网发展现况
微型电网整合分布式发电系统与储能组件于配电系统所形成之新的电力系统型态，可以并入大型电力系统运转或独里自主运转。目前，欧美与日本等先进国家，在微型电网的发展上皆属领先的地位，兹就其发展现况详述如下：
对于发展微型电网的概念与微型电网电源控制和建置示范系统之研究计划与论文，如微型电网系统架构概念[1]，在文献中，也对于实功率与虚功率之控制、电压调整策略、电力电子式之电源转换器接口设计、微型电源间功率分担、和应用静态开关（StaticSwitch）做运转模式切换等研究不管在理论上或实务上都有许多的贡献。
另外，由N.Hatziargyriou，H.Asano等人所发表之“MicroGrids”中[1]，将目前在欧美、日本和加拿大正进行的微型电网的研究、发展及示范系统做一综合探讨，在文中提到欧盟所资助的微型电网的两个主要研究计划。
第一个的计划（1998-2002）主题为“MicroGrids：LargeScaleIntegrationofMicro-GenerationtoLowVoltageGrids”，该计划已顺利完成相关研究工作，如ISET参与此研究所建构的微型电网实验室[1]。
第二个计划（2002-2006）主题为“MoreMicroGrids：AdvancedArchitecturesandControlConceptsforMoreMicrogrids”，该计划主要以实务性质为主，并分别在欧盟各示范点建置示范系统，的微型电网。
综观以上各国对微型电网的研究可使该文了解目前所要面对的问题与未来极需解决的问题及对环境所造成的影响。
2 系统架构
该文的研究乃以低压微型电网为主，首要的任务为系统架构的规划与设计，由于各国电力系统基础设施不尽相同，因此既有的配电系统型态再经整合分布式资源后自然形成各种不同型态的微型电网系统架构，综观相关文献所提的系统架构后决定以欧盟微型电网计划“ENK5-CT-2002-00610”设计的交流低压400 V微型电网作为模拟、分析的标的系统。
分布式资源并入微型电网前后的系统架构是由一台额定容量400 kVA、高压侧电压20 kV、低压侧电压0.4 kV、频率50 Hz的配电变压器，以及包括太阳能电池、燃料电池、蓄电池、风力发电机、微涡轮机等分散型资源所组成，因此非常适合本论文所欲研究探讨的议题「低压微型电网稳态运转研究」，是故，该文将以此系统为基础进行相关模拟与分析。
3 系统参数
本节主要的目的在介绍微型电网执行连续三相电力潮流程序时必须准备的相关资源与系统参数的设定，经整理后可得微型电网系统单线图，该系统包含高低压侧共有14个母线，线路长度最长处为345 m（自Bus1至Bus10），其中Bus1设定为摇摆母线（SwingBus），其余Bus8（住宅类）、Bus9（住宅类）、Bus10（工业类）、Bus12（商业类）及Bus13（住宅类）为负载母线；另外，分布式资源并入的母线分别为Bus14（30 kW蓄电池组储能系统）、Bus9（10 kW太阳能发电系统、10 kW风力发电系统）、Bus10（10 kW燃料电池发电系统）、Bus12（30 kW微涡轮机发电系统）及Bus13（3 kW太阳能发电系统）。
（1）配电变压器资料。
该系统的配电变压器相关参数资料，其额定容量为400 kVA、高低压侧额定电压分别为20 kV/0.4 kV、标么电抗及电阻值分别为0.04pu及0.01pu。
（2）负载资源。
各负载母线上的住宅类、工业类与商业类典型日负载曲线，各负载母线的尖峰（最大）负载量，将上述各类负载曲线及其尖峰负载量二者结合，即可绘制出各负载母线的实功及虚功日负载曲线[2]。
（3）线路阻抗资料。
导线规格及其对应的单位长度阻抗资源，所列的阻抗奥姆值将在系统统一基准值条件下标么化。
4 组件数学模型
举凡组成微型电网的分布式资源、导线、配电变压器、电电容器与负载等设施均为执行电力潮流所需的电路元件，上述组件在电力潮流分析过程中皆必须以适合的数学模型表示方可反应该组件的实际物理特性。兹就相关组件模型分述如下：
（1）分布式资源模型。
该文所探讨的低压微型电网中共整合微型发电系统及储能系统二大类，其中蓄电池组储能系统仅作为系统转态时支撑系统电压的用，亦即系统由并网运转状态转。为维持瞬时电压稳定的功能，因此，在稳态运转分析时不纳入电力调度输出功率的考量中，是故，执行电力潮流分析时仅就微型发电系统部分进行电力调度。一般而言，此一微型发电系统可依其特性与控制方式将其设定为输出固定功率因数与功率，因此，部分文献中将其视为定实功率-虚功率模型和定实功率-电压模型，就分析技术层面而言，各有其优缺点，本论文将其视为定实功率-虚功率模型[3]。
（2）导线模型。
该文的导线模型皆以型等效电力模型表示[3]。其中，对串联阻抗而言，原始三相四线式线路模型所示，将原始串联阻抗矩阵以克隆降阶法降阶，即可求得隐含中性线或接地线效应的三相线路等效模型，其原始导纳矩阵，降阶后的三相线路等效模型的母线组件关联矩阵，并利用推导公式[3]求出将三相线路解耦合后，即可得到的三相线路解耦合等效模型.
参考文献
[1]黄莉，卫志农，韦延方，等.智能用电互动体系和运营模式研究[J].电网技术，2013（8）：2230-2237.
[2]易锦，罗峋，凹建勋，等.基于马尔科夫链的软件故障分类预测模型[J]. 中国科学院大学学报，2013（4）：562-567.
[3]李士动，施泉生.智能电网下需求响应与可中断负荷研究[J].中国电力教育，2013（20）：202-204.