本論文以高雄捷運系統路網為研究對象，探討在現有軌道定線與營運條件下，建立交直流供電網路及車載IGBT 構成之變壓變頻系統（VVVF）之電力電子模型，除分析尖離峰不同時間點各列車之功率需求，進行含VVVF 及牽引變電站（TSS）電力電子元件之直流潮流分析外，並探討所有TSS 功率及諧波電流之時變性。求解牽引動力所產生之諧波電流造成所有匯流排之諧波失真度與對捷運系統重要設備之影響。
針對雜散電流部份，本研究將建立含TSS、第三軌、運行軌、軌道、雜散電流收集網、軌道與土建、土建與大地之絕緣，建立雜散電流分析之等效模型，並考慮沿線之公共管線分佈，探討捷運系統運轉所造成之雜散電流，並分析其對公共管線所造成之影響並提出改善對策。

This thesis is to investigate the power quality problems for KMRT system and to derive the optimal strategy to mitigate the harmonic distortion. The mathematical models of dc network which includes the TSS, 3rd track and VVVF Converters will be derived. Based on the power system network configuration, the operation schedule and annual ridership of KMRT system, the ac/dc load flow analysis is executed to find the power demand and current harmonic components for each TSS and each BSS. The harmonic load flow analysis is then performed to solve the voltage harmonic distortion. The optimal planning of harmonic filters will be derived so that the proper locations and years for the harmonic filters to be committed can be determined. The active filters and high pass filters as well as the band pass filters are all considered in the study to achieve the best cost effective for harmonic filter investment.
This thesis will also to analyze in the stray current for mass transit system the mathematical models of TSS rectification stations, 3rd rail, running rail, the insulation resistances between running rail, MRT structure and grounding are included in the computer simulation. The variation of stray current for the peak and off peak operation of KMRT system over each study year is derived. The sensitivity analysis of stray current with respect to the insulation level of running rail is executed . The nearby public pipes of the MRT network will be used for the analysis of cathode corrosion due to the stray current. Different strategies to mitigate the stray current are investigated.

目 錄
中文摘要 i
英文摘要 iii
目錄 iv
圖目錄 vi
表目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 論文內容概要 3
第二章 捷運供電系統與電力潮流分析 5
2.1 前言 5
2.2 捷運供電系統架構 7
2.2.1 主變電站 8
2.2.2 牽引動力變電站 9
2.2.3 車站變電站 11
2.3 列車自動控制與電聯車運動方程式 11
2.4 電聯車電能消耗模擬分析 15
2.5 無中間相變壓器的12脈波非控制型整流變壓器模型 16
2.6 交/直流系統負載潮流分析 21
2.7 高雄捷運橘線供電系統模擬分析 25
第三章 捷運系統諧波失真改善 29
3.1 前言 29
3.2 捷運系統諧波潮流分析 31
3.2.1捷運系統諧波模型的建立 31
3.2.2諧波失真分析 32
3.3 隨機諧波潮流 38
3.4 被動式濾波器設計 42
3.5 捷運系統諧波失真改善 45
3.6 本章結論 48
第四章 捷運系統雜散電流分析與改善策略 50
4.1 前言 50
4.2 陰極腐蝕與雜散電流 51
4.2.1腐蝕 51
4.2.2雜散電流定義與來源 52
4.3 捷運系統接地系統架構說明 54
4.3.1接地系統分類 54
4.3.2高雄捷運接地系統雜散電流防治機構 58
4.4 捷運系統直流電路模型 63
4.5 雜散電流模擬分析 65
4.6 雜散電流改善策略 74
4.7本章結論 81
第五章 結論與未來研究方向 82
5.1 結論 82
5.2 未來研究方向 83
參考文獻 85

參考文獻

[1] 何湘麟，直流牽引動力分析，捷運技術，第六期，民國八十一年。
[2] 莊慧仁，捷運供電系統規劃與諧波改善策略，國立中山大學博士論文，民國九十一年。
[3] Y. S. Tzeng, R. N. Wu, and N. Chen, “A Detailed R-L Fed Bridge Converter Model for Power Flow Studies in Industrial AC/DC Power Systems”, IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 42, No. 5, pp. 531-538, Oct. 1995
[4] Y. S. Tzeng, R. N. Wu, and N. Chen, “Unified AC/DC Power Flow for System Simulation in DC Electrified Transit Railways”, IEE Proceedings-Electric Power Applications, Vol. 142, No. 6, pp. 345-354，1995.
[5] Hadi Saadat, Power System Analysis, McGraw-Hill, 1999.
[6] 曾乙申，台北捷運工程系統淡水-新店線之供電系統之負載潮流與諧波分析，台灣工業技術學院博士論文，民國八十四年。
[7] 捷運公司：高雄都會區大眾捷運系統紅橘線路網建設案-營運策略
與理念。
[8] Power and Traction Subsystem Running Maintenance Manual, AEG Westinghouse Transportation Systems Inc., Pittsburgh, July 1992.
[9] Y. S. Tzeng, N. Chen, and R. N. Wu, “Modes of Operation in Parallel-Connected 12-Pulse Uncontrolled Bridge Rectifiers without an Interphase Transformer,” IEEE Trans. on Industrial Electronics, Vol. 44, No. 3, June 1997, pp. 344-355.
[10] 吳國祥，交流/直流系統之界面-整流變壓器組之模型推導與應
用，台灣科技大學碩士論文，民國八十六年。

[11] C. S. Chen, H. J. Chuang and H. M. Shiau, “Stochastic Harmonic
Analysis of Mass Rapid Transit Power Systems With Uncontrolled Rectifiers”, IEE Proceedings, Generation, Transmission, and Distribution, Vol. 150, No. 2, March 2003.
[12] K. Li, “State Estimation for Power Distribution System and
Measurement Impacts,” IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 11, No. 2, May 1996, pp. 911-916.
[13] IEEE Std. 519-1992, “IEEE Recommended Practices and
Requirements for Harmonic Control in Electrical Power Systems,” April 1993.
[14] K. Li, “State Estimation for Power Distribution System and
Measurement Impacts,” IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 11, No. 2, May 1996, pp. 911-916.
[15] 江榮城，電力品質實務(一)(二)，全華科技圖書股份有限公司，民
國八十九年。
[16] 長谷申一，「雜散電流與電蝕」財團法人自強工業科學基金會軌
道電氣環境技術研討會，September 2000.
[17] EN 50122-2, “Railway applications Fixed Installations Part 2:
Protective provisions against the effects of stray currents caused by d.c. traction systems”, European Committee for Electrotechnical Standardisation (CENELEC), May 1998.
[18] 吳世傳，台北捷運系統於台北車站與高鐵台鐵共構處之雜散電流
特性研究， 私立中原大學碩士論文，民國九十二年六月。
[19] 顏坤鴻，採用直接接地、二極體接地及非接地方式之直流鋼軌系
統雜散電流特性，捷運技術半年刋，第21期，民國八十八年八月。
[20] 李美蘭，台北捷運系統淡水-新店線車行軌道之接觸電位分析，捷
運技術半年刋，第27期，PP. 65-78，民國九十一年八月。
[21] 廖致霖，直流與交流電氣化鐵路系統在共構區域之接地干擾與安
全評估，國立台灣科技大學碩士論文。
[22] 高雄都會區大眾捷運系統紅橘線路網建設案，雜散電流防制及監
測設計及施工規範2版，高雄捷運股份有限公司，民國九十三年六月。
[23] 曾乙申，捷運與輕軌供電系統電腦化模擬（中）-直流系統分析，
捷運技術半年刋，第28期，PP.213-236，民國九十二年二月。
[24] 陳榮良，台北捷運系統於台北車站與高鐵台鐵共構處之雜散電流
特性研究， 私立中原大學碩士論文，民國九十年六月。
[25] 黃楹昌，捷運機電設施腐蝕防制理論與實務，捷運技術半年刋，
第18期，PP.101~108，民國八十七年二月。
[26] 張詩錦，電蝕現象與抑制方法，電機技師，PP.228~233，民國八
十九年十二月。