本論文探討離島獨立電網電池儲能系統之控制策略，以改善太陽光伏發電系統輸出變動及跳機所造成電網之擾動現象，首先藉由現場儲能系統之充放電測試，根據系統頻率之變化，確認柴油發電機調速系統與電池儲能系統之模型參數，接著考慮電力系統於不同負載量條件下，系統發生不同程度之負載變動所造成之頻率響應，最後透過迴歸分析，推導負載變化量與系統頻率降低至59Hz所需時間之關聯性，從而提出儲能系統之放電控制策略。本文選擇澎湖七美島作為研究對象，首先收集七美電力系統架構、發電機模型參數、變壓器、配電饋線線路與負載等資料，接著執行系統尖、離峰時段之系統負載潮流分析，檢視各匯流排之電壓變動率。最後探討在太陽光伏發電系統跳脫與輸出發電變化擾動時，電池儲能系統根據所推導之控制決策，執行低頻條件之快速放電控制，模擬七美離島系統之暫態穩定度分析。經由現場實測與七美電力系統模擬分析之結果，驗證七美島在綠能高佔比條件時，藉由電池儲能系統之快速放電控制策略之執行，可有效維持七美獨立電網之供電品質。

This paper investigates the control strategy of Battery Energy Storage System (BESS) to improve the system disturbance for Cimei Island caused by the photovoltaic generation system(PVGS) due to intermittent output and sudden tripping. According to the frequency response of testing on-site BESS discharge, the mathematical models with the corresponding parameters of both diesel-generators and BESS have been confirmed. The transient stability analysis of Cimei grid is executed for step increase of various levels of system loading. Finally, the relationship between the load variation and the time required for frequency drop to 59Hz is derived with regression analysis, which is embedded in the control strategy of BESS. This thesis selects the Cimei Island for case study to illustrate the effectiveness of the proposed BESS control strategy. The data of power grid such as the generators, transformers, distribution, feeder and load demand are collected. The voltage variation due to PV power generation is calculated for peak and off-peak period respectively. The transient stability analysis of Cimei power system is performed considering BESS high-speed discharge control to solve the system frequency response for variation of PV power generation and tripping of whole PV system. It is found that the implementation of BESS is very critical to maintain good transient stability and voltage quality for the offshore island power grid with high penetration of renewable energy.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目 錄 v
圖 次 vii
表 次 xi
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與目的 1
1.2 研究方法 1
1.3 研究概要與章節簡述 2
第二章 微電網系統架構 3
2.1 微電網概述 3
2.2 太陽光伏發電系統 4
2.3 儲能系統 8
2.4 智慧能源管理系統介紹與運作原理 12
第三章 七美島電力系統 14
3.1 七美島電力系統架構 14
3.2 七美島發電機模型參數 17
3.3 七美島柴油發電機響應實測 22
3.4 七美能源管理系統架構 25
第四章 電池儲能系統控制策略 30
4.1 平滑化模式 30
4.2 緊急模式 32
4.3 實功率潮流控制與頻率控制 39
第五章 七美島電力系統分析 41
5.1 負載潮流分析 41
5.2 太陽光電併網電壓變動率 44
5.3 太陽光伏發電系統跳脫之暫態穩定度分析 47
5.4 太陽光伏發電系統之擾動模擬 68
第六章 結論與未來研究方向 86
6.1 結論 86
6.2 未來研究方向 89
參考文獻 90

[1] 張政文，「含高佔比綠能發電之離島電力系統分析」，碩士論文，國立中山大學，中華民國105年7月。
[2] 吳絃齊，「具太陽光伏發電與儲能系統之小島型電力系統分析」，碩士論文，南臺科技大學，中華民國105年7月。
[3] 沈祐維，「考慮風力機組低電壓穿越之七美電力系統穩定度分析」，碩士論文，國立中山大學，中華民國104年6月。
[4] 蕭翰遠，「電力線載波通訊模組之研發及其應用於分歧線自動化」，碩士論文，國立中山大學，中華民國104年7月。
[5] 黃惠良、曾百亨等著，「太陽電池」，五南圖書出版股份有限公司，2008 年。
[6] 謝維霖，「應用配電圖資管理系統支援太陽光發電系統衝擊分析與控制之研究」，博士論文，國立高雄應用科技大學，中華民國103年7月。
[7] "World Energy Resources: E-Storage," World Energy Council, 2016.
[8] D. Rastler, "Electricity Energy Storage Technology Options: A White Paper Primer on Applications, Costs, and Benefits," EPRI Technical Report 1020676, Dec. 2010.
[9] 許振廷，「混合儲能系統控制技術開發-期中報告」，工業技術研究院，中華民國107年6月。
[10] 龔建豪，「高滲透率太陽光電系統對七美島電力系統穩定度與電力品質之衝擊分析」，碩士論文，國立中山大學，中華民國104年6月。
[11] 張宏葆，「小島型電力系統太陽光電滲透率之研究」，碩士論文，南臺科技大學，中華民國104年7月。
[12] 陳朝順、陳彥豪、李奕德，「七美與望安島微電網系統暫態穩定度分析研究期末報告」，核能研究所，2017年7月。
[13] M. K. Hossain, M. H. Ali, "Statistical Analysis of Ramp Rates of Solar Photovoltaic System Connected to Grid", Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2014 IEEE, 14-18 Sept. 2014.
[14] V. Salehi and B. Radibratovic, "Ramp Rate Control of Photovoltaic Power Plant Output Using Energy Storage Devices", Proceedings of the IEEE PES General Meeting, Washington DC, USA, July, 2014.
[15] M. J. E. Alam, K. M. Muttaqi, D. Sutanto, "A Novel Approach for Ramp-Rate Control of Solar PV Using Energy Storage to Mitigate Output Fluctuations Caused by Cloud Passing", IEEE Trans. on Energy Conversion, Vol. 29, No.2, pp.507~517, June , 2014.
[16] D. Cormode, A. D. Cronin, W. Richardson, A. T. Lorenzo, A. E. Brooks and D. N. DellaGiustina, "Comparing Ramp Rates from Large and Small PV Systems, and Selection of Batteries for Ramp Rate Control", Proceedings of the IEEE Photovoltaic Specialists Conference, Florida, USA, June, 2013.
[17] 莊嘉琛，「太陽能工程－太陽能電池篇」，全華出版社，2000年。
[18] 陳彥豪、黃詩文和盧思穎，「儲能市場機會與台灣應用利基」，台灣經濟研究院，中華民國104年9月。
[19] 陳朝順、陳彥豪、李奕德，「七美與望安島微電網系統暫態穩定度分析研究期中報告」，核能研究所，2017年3月。
[20] 蔡進譯，「超高效率太陽電池－從愛因斯坦的光電效應說起」，物理雙月刊，第27卷，第5期，中華民國94年10月。
[21] 陳朝順、陳彥豪、李奕德，「微電網示範區之合宜地點與試辦建置評估研究」，核能研究所，2017年3月。