改良型類神經-模糊網路分類器及快速圖形式模糊分類器設計及應用研究

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1 台灣之發展 Development of Smart Grid and Renewable Energy Resources in Taiwan 林法正 能源國家型計畫智慧電網主軸中心召集人 台灣智慧型電網產業協會理事長 講座教授

2 簡報大綱 台灣電力系統現況 智慧電網技術 太陽能發電 風力發電與併網技術 2

3 1. 智慧電網技術智慧電網整合傳統電力系統 智慧型電錶及資通訊技術 (ICT), 使整個電網從發電 輸電 配電到用戶端, 均自動化及資通訊化 除可接受大量之再生能源併網外, 並利用時間電價與需量反應以解決供電瓶頸與電源不足之問題 2. 風力發電 太陽能發電與併網技術未來大量的再生能源如風力發電 太陽能發電, 利用智慧電網技術調控實 虛功率與電壓, 將所產生之電能有效地送入電網中, 並維持電力系統穩定及維持電力品質 3. 台灣 2030 年再生能源之裝置目標量為 13.75GW, 包含太陽光電 6.2GW 陸域風電 1.2GW 及離岸風電 3GW 而台灣預估之再生能源最大裝置量為 24.5GW, 是否足以因應 2025 年後全面廢核所造成之供電缺口? 3

4 一 台灣電力系統現況 4

5 5

6 6

7 7

8 8

9 供電可靠度 年度 分 / 戶 年 年度 次 / 戶 年

10 Nuclear Power Plants in Taiwan Nuclear Power Plants in Taiwan Station 1 st Jinshan Nuclear Power Plant 2 nd Kuosheng Nuclear Power Plant 3 rd Maanshan Nuclear Power Plant 4 th Lungmen Nuclear Power Plant Set Capacity (MW) Status Retire in Retire in Retire in Retire in Retire in Retire in Reference: Taipower Operate in 2017??? Operate in 2018??? Jinshan 1 st Nuclear Power Plant Maanshan 3 rd Nuclear Power Plant Kuosheng 2 nd Nuclear Power Plant Lungmen 4 th Nuclear Power Plant 10

11 Regional Power Congestion The regional supply capacity and peak load of northern, middle and southern Taiwan in 2013 Peak load in northern, middle and southern south north middle south north middle Power supply capacity in northern, middle and southern 11

12 Current Status of Taipower and Energy Policy of Taiwan (1) Current Status of Taipower a. Due to an extreme lack of indigenous energy resources, Taiwan relies on imported energy resources for 98% of its needs. b. Fossil fuels play a major role in the energy supply structure, having a tendency of excessive concentration. c. As an isolated power system, Taiwan Power network has not yet been connected to other power systems. d. Under the government s policy, flat electricity prices have been failing to reasonably reflect the costs. (2) Energy Policy of Taiwan a. Steadily Reducing Nuclear Dependency a) No extension to life spans of existing plants, and the decommissioning plan should be launched as planned. b) The security of the 4th Nuclear Power Plant must be ensured prior its commercial operation. b. Replacing Nuclear with LNG for Base Load a) LNG total installation capacity is expected to reach 26,532 MW (accounting for 40% of total capacity of power installations) by c. Promoting Renewable Energy Extensively a) Under the campaign of one thousand wind mills and one million sunshine roofs, the installed capacity of renewable energy is expected to reach 12,502 MW (accounting for 16% of total power installations) by

13 台電風機與太陽光電併網規範 與傳統機組相較, 風力發電與太陽光電對電力系統影響的特殊性如下 : 輔助性電源與電源調度複雜 分散型電源與電網控制複雜 影響電力品質可能不良來源 抵抗事故穩定運轉能力差 風力與太陽光電發電系統併聯技術要點與傳統機組相較主要差別如下 : 增設併接於低壓單相三線 110V/220V, 三相三線 220V 及三相四線 220V/380V 配電系統之分類 放寬併接於 11.4kV 及 22.8kV 配電系統之發電設備總容量限制, 同時訂定逆送電力及最大躉售電力規定 13

14 再生能源發電設備併聯系統分類 G 超高壓系統 一次系統 二次系統 配電系統 G 161kV G/S 一次發電廠 總容量 <20MW 得併接於 22.8kV 22kV 饋線 22kV 高壓用戶低壓用戶 345kV 超高壓輸電線 E/S 超高壓變電所 345/161kV 161kV 一次輸電線 D/S 一次配電變電所 161/22kV 69kV 特高壓用戶 69kV G/S 二次發電廠 G 69kV 二次輸電線 11kV 饋線 22kV 11kV 11kV / V 高壓用戶 / V 總容量 1000MW 應併接於 345kV 總容量 95MW 但 <1000MW 得併接於 161kV 161kV 特高壓用戶 P/S 一次變電所 161/69kV 總容量 20MW 但 <95MW 得併接於 69kV S/S 二次變電所 69/11kV 11kV G/S 配電發電廠 總容量 <100KW 總容量 <10MW 得併接於 220/110V 得併接於 11.4kV 低壓用戶 G 14

15 二次變電所 台電配電系統結構 高壓 : 三相四線式 11.4/22.8kV 共同中性線多重接地方式 A B 69KV 輸電線 C N 69KV/11.4KV 11.4KV 高壓戶 低壓變壓器組合及接線方式 : 1φ 110V 或 220V 1φ 3W 110 / 220V 3φ 4W 110 / 220V ( 燈力 ) 3φ 3W 或 220V ( 動力 ) 3φ4W 220 / 380V U V( 開 Y 開 ) 接線 U V接線高低壓側 V 之角點 ( 或燈力併供之線圈中點 ) 共同接地 ( 低壓 1Φ3W 110/220V 及 3Φ3W 220V) 特殊用電時採動力專用變壓器組 Y 接線低壓側中點接地 ( 特殊需求之 3Φ4W 220/380V 供電方式 ) Y Y 接線高低壓側 Y 之中點共同接地 ( 低壓 3Φ4W 220/380V ) Y 接線 - 高壓側ㄚ中點浮置, 低壓側 之一角接地 ( 特殊需求之 3Φ3W 220V 供電方式 ) 二次側採 V 及 適用於 220V 供電, ㄚ則適用於 380V 供電 15

16 二 智慧電網技術 16

17 何謂智慧型電網? 1. Power Infrastructure Source: EPRI 17

18 The evolving electrical network islanding control power flow G voltage Voltage and load Control control SVC G fault current limitation storage G load load load demand response G Source: Ofgem, UK past some more still bulk more storage distributed generation, e.g. independent unidirectional reverse reduced power boundary operation: power flow flow (e.g. biomass wind) fault electrification voltage load current scheduling control limiting (connection needed of solar reactive distributed automation islanding power control generation) management, combined heat and power stability reconnection/auto-synchronization demand response 18

19 智慧型電網之優點 提高整體能源使用效率 (by ICT, AMI) 提高分散式電源或再生能源佔整體發電量之比例 (by micro grid) 增加供電之彈性 (by distribution automation) 降低輸配電損失 提高電力系統之穩定度與供電品質 (by selfhealing) 降低尖峰負載以減少備轉容量 (by AMI, demand response, time pricing) 提高能源安全 促進能源資通訊產業之發展 19

20 國際智慧型電網發展現況 歐洲 1998 年, 是由 National Technical University of Athens (NTUA) 所領導的研究團隊進行,2002 年自其他歐盟國家的研究單位陸續加入, 目前已有 11 個國家中的 22 個單位加入 ( 德國 ISET 英國曼徹斯特大學 法國 Ecole de Mines), 目前積極進行 AMI 佈建與配電自動化以提高 DG 之滲透率, 與推廣微電網技術以提升用電品質 美國 DOE 部門在國家型科技藍圖 Grid 2030 規劃下, 於 1999 年成立 CERTS (Consortium for Electric Reliability Solutions),2006 建立 CERTS/AEP microgrid testbed (180 kw) 示範型微型電網, 目前亦積極進行 AMI 佈建與推廣微電網技術以提升用電品質 日本 近來對於再生能源投注相當多的心力, 目前在境內已有四個由 NEDO (New Energy and Industrial Technology Development Organization) 推動的示範型微型電網, 分別在青森 愛知 京都和仙台四處成立 Aomori (710 kw) Aichi EXPO (2400 kw) Kyoto (850 kw) Sendai (1000 kw), 目前正積極進行配電自動化與推廣微電網技術以提高 DG 之滲透率, 亦積極進行 AMI 佈建 20

21 Southern California Edison AMI 示範計畫 Southern California Edison Advanced Meter Initiative 5 million customers to be connected to the Smart Grid by Smart Meters in the future Enable Energy Smart Customers Integrated information from utility Payment options (e.g., pre-payment) Outage & service condition information Support rate option innovations Manage Distributed Resources Economic dispatch of load resources Dispatch of load for grid management Intelligent net metering Management of distributed energy resources Operational Efficiencies Field communication links to distribution Revenue cycle improvements Situational data in near real-time Wholesale - retail markets integration Built with the future in mind Upgradeable WAN/HAN communications Leverage open architecture principles in system design Future customer service offerings 21

22 Southern California Edison 示範計畫 (UC Irvine) Billing/Customer service Distribution automation Energy management Outage management Data Center Smart House Meter is the interface between customer loads and energy management systems and the grid Southern California Edison 22

23 國立中央大學 電機工程學系 23

24 Smart House 示範計畫 GSM/GPRS Added green power sources Plug-in hybrid electric cars Real-time pricing and demand response Source: Xcel Energy Co. External Storage Control computer and Smart house Web portal In-home display AMI Concentrator, High-speed networked connections (TCP/IP) Customer interaction with utility (PLC or ZigBee) Home area network (HAN), smart thermostats, smart appliances and in-home control 國立中央大學 devices 電機工程學系 24

25 仙台微電網示範計畫 其目的為以下四點 (1) 分散型電源和系統電力之互補活用 ;(2) 不同供電品質可行性研究 ;(3) 對特定地區之實際負載供電品質實證 ;(4) 微電網長期電力安定供給有效性 示範計畫將系統供電品質依據瞬間斷電時間 電壓變動 電壓不平衡 電壓高調波 周波數 瞬間電壓驟降 停電與後援時間等分成高品質 A B1 B2 B3 與直流 5 種類別, 如下表 上述功能已在 2012 年 3 月 11 日 ~14 日福島災變時被成功驗證 該示範計畫電力系統之電源包含 1MW 的分散式電源 ( 天然氣發電機裝置 GE 350kW 2 台 ) 溶融碳酸鹽燃料電池(MCFC 250kW 1 台 ), 太陽光電 (PV 50kWp), 以及其它各種電力變換裝置與監測控制装置所構成構成 品質分類 交流供電 直流供電 高品質 A 高品質 B1 高品質 B2 高品質 B3 無瞬斷 品質條件 瞬間斷電時間 無 15ms 以下 15ms 以下 15ms 以下 無 電壓變動 電壓不平衡 - 電壓高調波 周波數 - 瞬間電壓驟降 停電 後援時間 0.5h 0.5h 200 ms 200ms 0.5h 25

26 仙台微電網示範計畫 多種電源併網之電力品質改善與提高分散式電源滲透率 Source: IEEE Power & Energy Magazine 26

27 行政院已於民國 101 年 8 月通過 智慧電網總體規劃方案, 共分六個構面 能源國家型計畫智慧電網主軸計畫主要負責環境構面中之標準與研發面 計畫目標即是完成智慧電網整體規劃方案中之短中期技術開發項目 台灣智慧電網總體規劃 (2011~2030) 智慧發電與調度 提高再生能源佔比 提升電廠運轉效率及可靠度 法規 / 政策面 智慧用戶 用戶終端資訊建設 前瞻用戶服務規劃 智慧輸電 提高輸電效率 增加輸電安全 智慧電網產業 發展關鍵系統與設備務產業 創造智慧電網服務商機 環境建構 智慧配電 提升配電安全效能 強化分散式能源整合 標準面 研發面 總體規劃工作小組 : 經濟部 能源局 標檢局 工業局 技術處 國科會 台灣電力公司 工研院 資策會 核能研究所 台灣智慧電網產業協會 台灣經濟研究院 27

28 智慧電網總體規劃方案 量化效益目標 ( 一 ) 確保穩定供電 1. 推動配電自動化, 預計 2030 年可達成每戶每年平均停電時間 ( 系統平均停電指標 SAIDI 值 ) 減少 5.5 分鐘, 相較於 2011 年, 全國約可減少 61 萬小時之停電時間, 由 2011~2030 年累計減少停電時間約 123 萬小時 2. 推動輸配電計畫工程, 以強化電網結構與管理, 預計 2030 年全國線路損失可減少 10.6 億度, 由 2011~2030 年累積共可減少全國線路損失 億度 3. 推動變電所自動化 / 保護電驛數位化工程, 促成全國變電所智慧化 ( 二 ) 促進節能減碳擴大導入低碳能源及節能管理措施, 減少 CO 2 排放 百萬噸 (2030 年 ) ( 三 ) 提高綠能使用提高再生能源可併網容量占全系統裝置容量達 30%(2030 年 ) ( 四 ) 引領低碳產業引導智慧電網相關產業發展, 創造產值新臺幣 7,000 億元 (2030 年 ) 28

29 智慧電網主軸專案計畫第一期整合示範計畫 ( ) 輸電系統電力品質監控技術之發展與應用 (3 年 ) 歐華科技 瑞星科技 中興電工 歐華科技 茂迪科技 利佳 系統電子 科風 日能 虹冠電子 慶良電子 Micro Grid for more renewable energy penetration and better power quality 交流微電網技術 (3 年 ) 直流微電網技術 (3 年 ) 廣域量測系統先進應用 (3 年 ) 歐華科技 大同公司 亞力電機 祥正電機 健格科技 極簡科技 東元電機 合家科技 先進配電自動化 (3 年 ) Billing/Customer service Distribution automation Energy management Outage management 智慧家庭 ( 建築 ) 電能管理 (3 年 ) 電動車電能補充管理策略研究 (3 年 ) 玖鼎電力資訊 華美電子 洛克儀器 Data Center (MDMS) 先進讀表技術 (AMI) (3 年 ) 智慧電網標準之制定與產業發展研究 (3 年 ) 大同 康舒 台達電 玖鼎電力 齊碩科技 AMI 中華電信 台灣松下 新華電腦 瑞鼎科技 蔚華科 鉅康科技 笙泉 ABB 艾波比 台隆節能 源鼎科技 工研院 資策會 資料來源 : 能源國家型科技計畫智慧電網與先進讀表主軸專案計畫總計畫 Meter is the interface between customer loads and energy management systems and the grid Improve of building energy efficiency and public energy saving conscious 結合再生能源與儲能之能源管理系統研究方向規劃先導型計畫 (1 年 ) 澎湖低碳島與智慧電網示範規劃 (1 年 ) 29

30 第一期智慧電網主軸專案計畫階段成果 ( 續 ) 由電力 資通訊產學研單位共組團隊, 發展智慧電網關鍵技術, 完成 6 處先導測試場 與台電合作推動廣域量測 輸電系統電力品質監控 電動車電能補充管理策略研究 AMI (Institute for Information Industry) National Center University, Taoyuan (2011~2013) Smart Grid Demo Site Planning National Energy Project Smart Grid and AMI (2013~2018) Smart Home(Building)EMS National Cheng Kung University, Tainan (2011~2013) EV Charging Stations National Sun Yat-sen University, Kaohsiung (2012~2014) Advanced DAS (I-Shou University) Taipower Research Institute, Shulin (2011~2013) AC Microgrid INER, Long Tong (2011~2013) DC Microgrid National Chung Cheng University, Chiayi (2011~2013) 廣域量測系統先進應用先導型計畫 ( 台電 ) 輸電系統電力品質監控技術技術之發展與應先導型計畫 ( 台電 ) 智慧電網標準之制定與產業發展研究先導型計畫 ( 標檢局 ) 結合再生能源與儲能之能源管理系統研究方向規劃先導型計畫 (VPP Demo Site) 澎湖低碳島與智慧電網示範規劃計畫 30

31 國內智慧電網示範場域發展現況 在第一期智慧電網主軸專案計畫與經濟部能源資通訊技術發展帶動下, 由科技部 經濟部能源局與企業主導設置 18 座智慧電網示範場域 智慧讀表系統與需量反應系統 大都會型智慧讀表系統 智慧電表系統與家庭能源管理系統 ( 人間清境社區 ) 智慧電網控制中心與智慧家庭示範中心 智慧型直流 / 交流混合型微電網示範系統 智慧家庭 ( 建築 ) 電能管理系統 工研院中興院區智慧建物節能示範場域 量販店節能管理系統 便利商店節能管理系統 微電網及電動車示範場 百瓩級自主式微型電網示範系統 能源資訊中心 智慧發電與調度 1 處太陽能智慧變流器測試場 智慧輸電 1 條輸電線智慧監控系統 2 所智慧變電所 智慧配電 2 條配電自動化饋線 司法饋線 西衛饋線 69kV 傳輸線 尖山電廠 / 湖西變電所 再生能源管理系統 (REMS) 先進配電管理系統 (ADMS) 電表資料管理系統 (MDMS) 需量反應管理系統 (DRMS) 汙水處理廠馬達動力設備監控與節能管理系統 先進配電自動化示範系統 智慧用戶 2,000 戶低壓智慧電表 (AMI) 100 戶智慧家庭示範戶 馬公變電所 太陽能智慧變流器 澎湖科技大學等公有屋頂 饋線端末設備 分歧線端末設備 兩條示範饋線及其分歧線 澎湖智慧電網示範場域 ( 規劃中 ) 集中器 智慧電表 2,000 戶智慧電表示範戶 家庭能源管理系統 智慧家電 100 戶智慧家電示範戶 智慧型直流供電系統教育展示屋 ( 綠色能源示範屋 ) 金門縣東坑整合再生能源與儲電系統社區展示運行 31

32 第一年 : 系統規劃及介面開發整合 智慧家庭 ( 建築 ) 電能管理 ICT 第二年 : 智慧建築電能管理系統展示 第三年 : 全系統 (5 住宅 ) 整合建置與效益評估 32

33 先進讀表技術 (AMI) ICT Enterprise Intranet WAN LAN Communication headend 無線通訊 3G/3.5G/WiMAX 短距離無線通訊 ZigBee MDMS Server Communication Headend 有線通訊 Fiber/Ethernet MV PLC, Concerntrator 電力線通訊 LV PLC (BPL/NPL) Enterprise service bus (ESB) VEE Web Portal Demand Response & other services Asset Mgt. Communication Server (AMI Headend) Concentrator Program Concentrator Communication Module Report / Analysis Data Bank Service Meter Communication Module Network Management Cyber Security Meter to HAN HAN Smart Meter NPL, BPL, WiFi, Zigbee, In Home Display Meter Communication Interface Metering Program Home EMS Program AMI 實證場域 33

34 智慧電網主軸計畫第二期推動架構 智慧電網主軸規劃架構 智慧用戶能源管理系統 先進智慧配電系統開發 智慧輸電技術開發 智慧電網標準與產業推動 智慧電網示範系統建置 (A) 智慧電網之節能控制與整合系統開發 (B) 先進讀表基礎建設加值服務與整合系統 (C) 自主式分散型區域電力控管技術發展與應用計畫 (D) 獨立型微電網系統發展與應用 (E) 電動車電能補充管理策略研究 (F) 大功率併網型轉換器開發 (G) 輸配電系統電力品質提升與代輸技術之發展及運轉規劃 (H) 智慧輸電廣域量測與控制關鍵技術與系統開發 (I) 智慧電網與先進讀表標準制定 (J) 智慧電網產業推動計畫 (K) 澎湖智慧電網示範系統建置 (L) 需量反應及分散式電源與儲能之整合應用 ( 虛擬電廠 ) 34

35 智慧電網主軸中心第二期計畫整體推動作法 設備與系統技術開發 技術商品化 A 智慧電網之節能控制與整合系統開發 B 先進讀表基礎建設加值服務與整合系統 C 自主式分散型區域電力控管技術發展與應用計畫 D 獨立型微電網系統發展與應用 ㄅ E 電動車電能補充管理策略研究 F 大功率併網型轉換器開發 J 智慧電網技術產業落實 G 輸配電系統電力品質提升與代輸技術之發展及運轉規劃 H 智慧輸電廣域量測與控制關鍵與系統開發 I 智慧電網與先進讀表標準制定 整合測試示範 K 澎湖智慧電網示範系統建置 ( 澎湖低碳島 Demo Site) L 需量反應及分散式電源與儲能之整合應用 ( 配合台電 VPP Demo Site) 實際應用 M 台灣電力公司相關智慧電網建置或國際智相關慧電網建置 資料來源 : 能源國家型科技計畫 - 智慧電網與先進讀表主軸專案計畫 NSC P

36 智慧電網主軸計畫第二期推動架構 智慧電網主軸計畫第二期計畫架構涵蓋由設備與系統技術開發, 經標準制定到技術商品化, 再由商品整合測試驗證與示範到智慧電網全面佈建 設備與系統技術開發 : 配合行政院 台灣智慧電網總體規劃 方案推 動進行智慧電網之節能控制與整合技術開發 先進讀表基礎建設加值 服務與整合技術 自主式分散型區域電力控管技術發展與應用 獨立型微電網技術發展與應用 電動車電能補充管理策略研究 大功率併網型轉換器開發 輸配電系統電力品質提升與代輸技術之發展及運轉規劃 智慧輸電廣域量測與控制關鍵技術等新技術開發 技術商品化與整合測試示範 : 配合台灣電力公司智慧電網相關技術需求及建置時程, 以澎湖智慧電網整體示範計畫 需量反應及分散式電源與儲能之整合應用計畫為平台, 針對第一期所開發技術進行技術驗證, 推動智慧電網標準制定與智慧電網產業等工作 澎湖智慧電網整體示範區分二階段規劃與佈建, 第一階段佈建配合能源局由 102 年至 104 年, 第二階段佈建為 105 至 107 年強化技術展示與擴大示範區域 36

37 三 太陽能發電 風力發電 與併網技術 37

38 太陽光電系統簡介 太陽能電池特性 R s I pv qvpv Ipv = Iph Ir = Iph Isat[exp( ) 1] KAT (2.1) I ph Ir Rsh + V pv Ro I sat T qe 3 gap 1 1 = Irr ( ) exp[ ( )] T KA T T r r (2.2) I [ I K ( T T )] S = + (2.3) ph scr i r i 太陽能電池等效電路 q Vpv Ppv VpvI pv ni p phvpv ni p satvpv[exp( ) 1)] KAT n = = (2.4) s 38

39 太陽能電池特性 溫度固定於 25 C 下, 日照強度變化下的電流與電壓及功率與電壓關係圖 39

40 太陽能電池特性 日照強度固定於 1000 W/m 2 下, 溫度變化下的電流與電壓及功率與電壓關係圖 40

41 最大功率點追蹤 (MPPT) Read V, I P Start pv = V I pv pv pv pv Δ V = V ( N ) V ( N 1) pv pv ΔP= P ( N ) P ( N 1) pv pv No ΔP < 0 No ΔP > 0 Yes Yes No ΔV > 0 ΔV > 0 Yes No Yes V = V + step( N) * pv pv V = V step( N) * pv pv V = V step( N) * pv pv V = V + step( N) * pv pv Return 擾動觀察法流程圖 41

42 應用智慧型控制之太陽光電系統架構圖 PV + V pv C pv DC DC + V dc C dc DC AC L + v ab v + bc v ca + SSR Y Y - 110/220 3-Phase Grid PWM SPWM 1: Ω v con Limiter vcona vconb Current Controller vconc i a i b i c I pv PI Controller V pv - V pv + * V pv Mode I/ Mode II * V dc * i a * i b dq / abc * i c * * i q i d + Limiter PWFNN Controller - Limiter PWFNN Controller - + θ e * Q 0 Grid Fault Signal Power Calculation and PLL P Grid Fault Control i ia i b c v ab v bc v ca v ab v bc v ca PC-based V dc Q Mode 42

43 座標軸轉換 座標軸轉換公式 : b-axis f b 0-axis f q x f a ω q x -aixs θ q a-axis q s -axis 2π 2π cosθq cos( θq ) cos( θq + ) π 2π f = sinθ sin( θ ) sin( θ + ) f = T f x x qd 0 q q q abc qd 0 abc (2.9) x f c f d 90 θ q cosθq sinθ 1 q 2 2π 2π 1 f = cos( θ ) sin( θ ) 1 f = T f ω c-aixs d x -axis d s -axis 2π 2π cos( θq + ) sin( θq + ) 圖 2.5 交直軸與三相固定座標軸之幾何關係圖 x x x abc q q qd 0 qd 0 qd 0 (2.10) 43

44 三相鎖相迴路 (PLL) 假設三相電壓為 : v cos a = Vm θ 2 vb Vmcos = θ π 3 2 vc Vmcos = θ + π 3 (2.40) (2.41) (2.42) 44

45 三相鎖相迴路 首先假設同步旋轉座標軸轉換公式 : cos ˆ -sin ˆ s vq θ θ v q = sin ˆ cos ˆ s vd θ θ vd (2.35) 當 sin( ˆ θ θ) = 0時, 即三相電源角度與鎖相迴路角度一樣, 達到鎖相的目的 如下圖所示, 將 * v d 積分控制器去調節誤差量 設為零, 再利用比例 將市電電壓代入上式可得 : v cos( ˆ q θ θ) = Vm v sin( ˆ d θ θ) (2.36) v a v b v c abc / dq v q v d + * v d PI ˆω 1 s θˆ 圖 2.8 三相鎖相迴路法之控制方塊圖 45

46 實虛功控制與電流控制 實虛功計算公式 : 3 P= ( vi dd+ vi qq ) 2 3 Q= ( vi qd vi dq ) 2 (2.37) (2.38) 當鎖相迴路電路運作成功, 與電網相位同 步時, v = 0 且 v = V, 代入 (2.37) (2.38) 可得 : P= Q 3 vi 2 qq 3 vi * d q m 2 qd (2.39) = (2.40) 線間電壓 直流鏈電壓與振幅調變比例之關係圖 直流鏈電壓最小值為 V, 因此直流鏈命令設為 200V 46

47 可程控直流電源供應器 ( 太陽能電池陣列模擬功能 ) 圖 2.10 可程控直流電源供應器 Chroma 62100H-600S 圖 2.11 軟體 Solar Array Simulation Soft Panel 操作介面 47

48 升壓轉換器 變流器 * i a + i a PI controller v cona + T + A T A * i b + i b PI controller v conb + T + B T B * i a + i a PI controller v tri v conc + T + C T C 三相電流控制電路架構圖 升壓轉換器 變流器 48

49 交流電源供應器 交流電源供應器 軟體 Wavy 操作介面 49

50 10KW 及 2KW 之太陽能光電系統 SolarEdge10KW 太陽能板 (Micro-MPPT) 共 42 個模組 (1 個模組 240W 含 60 片 cell) 50

51 Power Optimizer (Micro-MPPT) Rated input DC power: 250 W Maximum input voltage: 55 V Maximum input current: 10 A Operating output voltage: 5-60 V Maximum output current: 15 A 51

52 市電並聯 Inverter AC220V Inverter monitoring ( 平時顯示 ) Recommended Maximum DC power: 11 KW Nominal DC input voltage : 750 V Maximum input current: 18.5 A 變壓器 (3 相 380 V / 3 相 220 V ) 52

53 2013 年各月份發電總量 53

54 2012 年與 2013 年各月份發電量比較 54

55 ienergy 2KW 太陽光電板 (Micro-Inverter) 共 10 個模組 (1 個模組 230W 含 60 片 cell) 55

56 Micro-Inverter 市電並聯 AC220V DC Input data Input power range: W Input voltage range: V Max Input current : 10 A AC Output Data Recommended output power: 230 W Nominal output current: 0.88 A Nominal voltage range: V Nominal frequency range : Hz 56

57 I-manager Data 由 PLC 傳輸至 I-manager I-manager 數據顯示且經由網路傳輸至 ienergy 監控網頁 57

58 ienergy 網頁監控畫面每日總發電量 58

59 當日發電量觀測 59

60 Wind Energy and Power Atmospheric pressure differences accelerate and impart kinetic energy into the air Wind energy conversion machines (WEC) convert wind energy into electrical or mechanical forms How much power can we extract? Power mass time K.E. = = time 1 2 ( mass ) ( velocity ) time = density area velocity 2 Power = 3 ρ 1 2 ( density) area ( velocity) = AV

61 Wind Power - Example Example: V = 10 m/s A = (2 m) 2 = 4 m 2 ρ = 1.2 kg/m Power = 3 ρ 1 2 ( density) area ( velocity) = AV

62 Wind Power Example, cont. ( 3)( 2 1.2kg m 4m )( 10m s) P = 2 2 kg m kg m m m = 2400 = 2400 = 2400 N 3 2 s s s s N m P = 2400 = 2400W Theoretical Maximum s 3 Betz Limit: 59.3% of the theoretical is the maximum amount extractable by a wind energy conversion device (WEC) P Betz = 0.593(2400W ) = W Practical Maximum 62

63 Wind Turbine Size-Power Comparison 63

64 Wind Turbine Configurations DFIG Double-fed Induction Generator using Converters IG Induction Generator Using Converters 64

65 Wind Turbine Configurations SG Synchronous Generator Using Rectifier and Converters SG Synchronous Generator Using Converters 65

66 全球大型風機發展趨勢 - 陸域 全球 2012 風能累計裝置容量 282GW 目前全球已安裝最大型的陸域風機 2012 年年均成長率 19% Enercon-E126 (6MW)- 裝置於德國 Emden 預估 2013 年達到 322GW 裝置容量 126m 葉面直徑,135m 塔架高度 2017 年達到 536GW 裝置容量 (courtesy of INER) 66

67 全球大型風機發展趨勢 - 離岸與高樓 目前全球已安裝最大型的離岸風機 Repower-5M (5MW) 裝置於德國 Brunsbuttel 126m 葉面直徑,120m 塔架高度 目前最巨型的城市高樓風機位於巴林 (Bahrain) 首都麥納瑪的世貿中心預計於 2008 年初完工 3 座直徑 29 公尺的風葉 ( 各 225kW) 電力足以供應 2 棟 50 層辦公大樓的 15% 更大型的 7MW 及 10MW 也都已經在發展中 (courtesy of INER) 67

68 Viewing of Nacelle 68

69 On Top of Roof (Front Side) 69 69

70 全球大型風機發展趨勢 - 各國之發展 2012 年全球重要風能發展國家裝置情形 (MW) 國家 單年裝置容量 累計裝置容量 ( 全球占比 ) 1. 中國 12,960 75,324 (26.7%) 2. 美國 13,124 60,007 (21.2%) 3. 德國 2,415 31,308 (11.1%) 4. 西班牙 1,122 22,796 (8.1%) 5. 印度 2,226 18,421 (6.5%) 6. 英國 1,897 8,445 (3.0%) 7. 義大利 1,273 8,114 (2.9%) 8. 法國 836 7,564 (2.7%) 9. 加拿大 935 6,200 (2.2%) 10. 葡萄牙 712 4,525 (1.6%) Ref: GWEC,Global Wind 2012 Report 台灣累計裝置容量約 564MW ( 統計至 為止 ) 70

71 71 全球大型風機發展趨勢 - 離岸風場 71

72 72 72

73 (courtesy of INER) 73

74 台電風機裝置與運轉情形 台電風力各場址商轉後累計發電量 ( 累計 ) [1] 場址 裝置容量 (MWx 機組數 ) 石門風力 0.66 x6 觀園風力 1.5 x20 大潭風力 1.5 x3 香山風力 2.0 x6 生產國 丹麥 美國 美國 西班 牙 中港風力 2.0 x18 中火風力 2.0 x4 彰工風力 2.0 x23 恆春風力 1.5 x3 中屯風力 0.6 x8 日本日本丹麥美國德國 廠牌 [2] Ve Ge Ge Ga Ha Ha Ve Ge En 承包廠商中興中興中興漢翔樂士樂士星能中興中興 總計 已商轉機組數 運轉機組數 故障機組數 累計發電量 ( 百萬度 ) 統計日期 5/31 6/19 6/19 5/31 6/20 6/20 6/20 6/23 6/20 CF(%) [3] (1) 資料來源 : 台電公司全球資訊網及財團法人國家實驗研究院科資中心 (2) Ve : Vesta; Ge: GE; Ga:Gamesa; Ha:Harakosan; En:Enercon (3) 由公布之完工日起粗略估算 (courtesy of INER) 74

75 75

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77 Thank You for Your Attention! 77

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