本論文研究主要探討包含風力發電、儲能系統及柴油發電機組之獨立電力系統的暫態運轉分析。首先介紹微電網之架構與面臨問題，分別說明風力發電機、儲能系統之種類與運行原理。然後介紹高佔比風力發電運行低電壓穿越之限制條件與風速擾動對於電力系統的暫態穩定分析；選擇並建立七美島做為電力系統架構，探討低電壓穿越於電力系統發生故障與風速劇變狀態對整個電網造成的擾動與討論其暫態穩定度。考慮是否符合運轉限制條件及系統安全運轉穩定度之要求與利用分析結果，獲得風力發電機運轉之可行性的最佳化結果。

The objective of this thesis is to investigate the transient response of an
isolated power system with wind generators and energy storage system. Different types of wind turbines and energy storage system are introduced. Then, the process of high proportion of wind power generators are given for explanation with the restrictions of low voltage ride through. And the disturbances introduced by gusting wind considering in the transient stability analysis of power system. In this thesis, the practical power system of Cimei Island is selected for case study. The disturbances introduced by gusting wind and low voltage ride through fault of the power system considering in the transient stability analysis. Furthermore, in order to consider both the operating limits of safety and stable operation of the system by using the transient stability analysis, the simulation results should be tested for best results and the feasibility of wind turbine operation.

第一章 緒論...........................................................1
1.1 研究動機及目的...................................................1
1.2 研究方法.............................................................2
1.3 章節概述.............................................................4
第二章 含風機與儲能之微電網系統...........................5
2.1 微電網概述..........................................................5
2.2 分散式電源對電力系統的影響................................7
2.2.1 電壓調整與線路補償.............................................7
2.2.2 分散式電源的諧波問題..........................................8
2.2.3 故障發生時的保護協調........................................10
2.2.4 再生能源之電壓閃爍...........................................11
2.2.5 孤島運轉............................................................12
2.3 風力發電系統.....................................................13
2.3.1 風力發電原理.....................................................14
2.3.2 風能擷取系統.....................................................17
2.3.3 葉片角度與轉換效率...........................................20
2.3.4 傳動鏈與變速箱..................................................23
2.3.5 定速型鼠籠式感應風力發電機...............................24
2.3.6 繞線式感應風力發電機........................................25
2.3.7 直驅式可變速型同步風力發電機...........................26
2.3.8 雙饋式可變速型感應風力發電機...........................27
2.4 儲能系統............................................................33
2.4.1 蓄電池...............................................................34
2.4.2 抽蓄儲能............................................................34
2.4.3 空氣壓縮儲能......................................................35
2.5 電池儲能模型控制系統.........................................36
第三章 含風機與儲能之小島電力系統故障分析..........39
3.1 風機低電壓穿越能力(LVRT) .................................39
3.2 台電再生能源併網規範與GE公司風機保護規範.......39
3.3 澎湖七美島電力系統............................................41
3.3.1 七美島電力系統架構概述.....................................42
3.3.2 七美島饋線與負載量............................................42
3.3.3 七美島柴油發電機之模型參數...............................45
3.3.4 風力發電機之模型參數.........................................50
3.3.5 儲能系統之模型參數............................................56
3.4 風機併入系統之穩定度探討..................................58
3.5 風機併入系統之穩定度改善..................................63
3.5.1 加入儲能............................................................64
3.6 本章結論............................................................66
第四章 風速擾動之穩定度分析.................................67
4.1 七美島季節性風速變化.........................................67
4.2 夏季型季風氣候與冬季型季風氣候.........................67
4.3 夏季型季風氣候風速擾動之暫態穩定度分析............69
4.3.1 事例1A無葉片旋角控制併聯 ..................................69
4.3.2 事例1B含儲能之風機無葉片旋角控制併聯...............72
4.3.3 事例1C葉片旋角控制併聯.....................................74
4.3.4 事例1D含儲能有葉片旋角控制併聯.........................75
4.4 冬季型季風氣候風速擾動之暫態穩定度分析............78
4.4.1 事例2A無葉片旋角控制併聯 ..................................79
4.4.2 事例2B含儲能系統之無葉片旋角控制併聯...............81
4.4.3 事例2C風機含葉片旋角控制併聯............................83
4.4.4 事例2D含儲能之葉片旋角控制併聯.........................84
4.5 本章結論..............................................................87
第五章 結論與未來研究方向.....................................88
5.1 結論....................................................................88
5.2 未來研究方向.......................................................89
參考文獻.....................................................................90

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