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博碩士論文 etd-0911106-160242 詳細資訊
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論文名稱
Title
汽電共生廠暫態與動態穩定度分析
Transient and Dynamic Stability Analysis of an Industrial Cogeneration System
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
114
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2006-07-25
繳交日期
Date of Submission
2006-09-11
關鍵字
Keywords
汽電共生、穩定度
Cogeneration, Stability
統計
Statistics
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中文摘要
本論文探討汽電共生系統之動態穩定度與暫態穩定度。動態穩定度分析旨在維持運轉中系統頻率之穩定,故動態穩定度主要探討系統因應負載變動時,系統輸出頻率之響應。暫態穩定度分析目的則在探討汽電共生系統因外部系統故障造成重大擾動時,系統能否回復穩定運轉,其中將包括解聯條件之設定與卸載量及卸載作動時機之決定。
為了探討暫態與動態穩定度對汽電共生系統之影響,本文以中鋼公司汽電共生系統為實例,分析該系統暫態穩定度及其700B/800B子系統解聯後之動態穩定度。在穩定度分析之前,首先進行負載電力潮流分析以求解故障前之系統電壓與角度初始值,接著利用系統暫態參數建立暫態系統分析模型,並根據電力系統穩定度分析擬定解聯與卸載策略。再者,建構700B/800B子系統之動態系統模型,探討其相對穩定性。最後,以台電系統所發生鳳農事故為例,進行系統暫態穩定性之模擬分析,探討外部事故對中鋼汽電共生系統之影響,並決定其解聯及卸載條件,使中鋼系統在故障擾動下能維持持續穩定運轉,並利用前所建構之700B/800B子系統動態模型,選取適當模型參數,實例模擬其獨立運轉之動態響應。
Abstract
The objective of this thesis is to maintain the stable operation of an industrial cogeneration system after transient disturbance caused by external utility system. Both dynamic stability and the transient stability of the power system are investigated. The dynamic stability analysis is to derive the stable frequency of the power system without causing the system frequency oscillation with the small amount of load change. On the other hand, the transient stability analysis will simulate the system response during system fault contingency to determine the system capability to restore the stable operation. Based on the transient stability analysis, the protection relay setting for both tie line tripping and load shedding are derived.
In order to confer the influence of the system stability with the industrial cogeneration system, we use the practical cogeneration system of China Steel Corporation (CSC) to analyze the transient stability of the whole system and dynamic stability of 700B/800B subsystem. Executing the load flow analysis of the CSC cogeneration system is solved by CYMSTAB software to derive the system prefault operating data. The system transient parameters are used to construct the system model. The system transient stability analysis is executed to solve the strategies of tie line tripping and the amount of load shedding to restore the system stability after fault contingency. Finally, the external fault at Fong-Nong substation in Tai-power is used to simulate and analyze the transient stability of CSC cogeneration system. Besides, the dynamic model of 700B/800B subsystem of the CSC cogeneration and selected adaptive control parameters are applied to simulate the dynamic response of system islanding operation.
目次 Table of Contents
目 錄
論文提要…………………………………………….……… i
目錄……………………………………………..……………iii
圖目錄………………………………………….…….………v
表目錄……………………………………………..……..… ix
第一章 緒論……………………………………………….. 1
1.1 研究背景與動機………………………………………… 1
1.2 研究概要及章節簡述…………………………………… 2
第二章 汽電共生系統負載潮流分析………………….…….. 4
2.1 前言…………………………………………………………. 4
2.2工業汽電共生系統簡介…………………………………….. 4
2.3電力負載潮流分析基本原理……………………………….. 8
2.4中鋼電力系統概述………..………….…………………….. 14
2.5負載潮流分析………..……………….…………………….. 20
2.6負載潮流分析結果………..………….…………………….. 28
第三章 暫態穩定度分析……………………………………… 29
3.1 前言……………………………………………………….…. 29
3.2暫態穩定度的定義…………………………………………... 30
3.3暫態穩定度程式分析…………………………………….….. 32
3.4解聯電驛設定與卸載策略……..……..…………………….. 43
第四章 動態穩定度分析………………………………………. 60
4.1 前言…………………………………………………………. 60
4.2 線性控制原理………………………………………………. 61
4.3電力系統之動態數學模型………………………………… . 69
4.4 電力系統動態穩定度分析…………………………………. 77
第五章 中鋼電力系統穩定度分析………………….………. 83
5.1 外部電力系統事故實例分析………………………………. 83
5.2中鋼電力系統模擬分析…………………………………. 86
5.3中鋼電力系統解聯與卸載系統之修正………..……. 97
第六章 結論及未來研究方向………………………..……... 100
6.1 結論……………………………………………………..… 100
6.2 未來研究方向……………………………………..……… 100
參考文獻…………………………………………………………. 101

圖目錄
圖2.1 先發電循環汽電共生系統………………….……..….…… 5
圖2.2 後發電循環汽電共生系統…………………………...……. 6
圖2.3 複循環汽電共生系統………………………………...……. 6
圖2.4 負載潮流功率平衡圖….…………………………………… 8
圖2.5 線路等效π模型……………………………………....…….. 9
圖2.6 非公稱匝比變壓器等效電路……………………….....…….. 9
圖2.7 非公稱匝比變壓器等效π模型…………………….....……. 10
圖2.8 台電系統單線圖……………………………….…………… 15
圖2.9 中鋼電力系統單線圖…………………….…..………….….. 17
圖2.10 一號熱軋鋼負載(#1HSM)用電變化曲線………..…..….… 22
圖2.11 一號冷軋鋼負載(#1CSM)用電變化曲線………..…..….… 22
圖2.12 二號熱軋鋼負載(#2HSM)用電變化曲線………..…...…… 23
圖2.13 二號冷軋鋼負載(#2CSM)用電變化曲線………..…..….… 23
圖2.14 中鋼電力系統輕載負載潮流(Case 1)…………..…..…….. 26
圖2.15 中鋼電力系統重載負載潮流(Case 2)………….…...…….. 27
圖3.1 發電機接至外部系統之簡易等效線路模型………....……. 30
圖3.2 等面積法則…………………………………………… 31
圖3.3中鋼及大林發電廠之發電機模型………………….……….. 34
圖3.4台電系統等效發電機模型……………………….…..……... 34
圖3.5 Type 1激磁機系統模型(G1~G3).…………………….. 36
圖3.6 Type 2激磁機系統模型(TG6~TG8、CDQ)……..….... 36
圖3.7 Type 3激磁機系統模型(TG1、TG2、TG3、TG4、TG5)… 36圖3.8 Type 4激磁機系統模型(TRT、WHRS)…………..…… 36
圖3.9 調速系統控制流程…………………………………….….… 38
圖3.10 台電發電機組模型IEESGO……………………….…..…… 38
圖3.11 中鋼發電機組調速系統模型……………………………… 38
圖3.12 中鋼發電機組調速系統頻率控制模型………………....… 38
圖3.13 電力系統模型與系統網路之關係圖……………..……..… 40
圖3.14 暫態穩定度之分析流程………………………………….. 42
圖3.15 汽電共生機組原動機之運轉頻率範圍……..……………. 46
圖3.16 各區域解聯卸載示意圖…………………………………… 48
圖 3.17 BUS 3000/4000 86-1電驛設定……………………………. 50
圖3.18 BUS 3000/4000 86-2電驛設定…………………………….. 50
圖 3.19 BUS 3000/4000 86-3電驛設定……………………………. 50
圖 3.20 BUS 3000/4000 86-4電驛設定……………………………. 50
圖 3.21 5KA子解聯卸載系統……………………………………… 52
圖 3.22 2KA子解聯卸載系統……………………………………… 52
圖 3.23 86-2/PH動作條件………………………………………….. 53
圖 3.24 86-3/PH動作條件………………………………………….. 53
圖 3.25 86-1/PH動作條件……………………………………….…. 53
圖 3.26 900A/900B子解聯卸載系統…………………………….… 54
圖 3.27 主解聯卸載系統電驛設定修訂……………………….….. 57
圖3.28 700B/800B子解聯卸載系統修訂…………………….….. 57
圖4.1 系統方塊圖…………………………………………….….… 61
圖4.2 開迴路控制系統方塊圖……………………………….……. 63
圖4.3 閉迴路控制系統方塊圖………………………………….…. 63
圖4.4 閉迴路轉移函數系統方塊圖………………………….….… 66
圖4.5 系統的狀態變數方塊圖………………………………..….… 66
圖 4.6 同步發電機之動態模型方塊圖…………………………..… 70
圖 4.7 同步發電機與負載之動態模型方塊圖……………….….… 70
圖 4.8 原動機之動態模型方塊圖……………………………..….… 71
圖 4.9 調速機之速率特性……………………………………..….… 72
圖 4.10 蒸汽渦輪機調速系統之動態模型方塊圖……………….… 73
圖 4.11單機電力系統之動態模型方塊圖………………………..… 73
圖 4.12單機系統自動發電控制之動態模型方塊圖……………..… 74
圖 4.13 單機系統自動發電控制之等效動態模型方塊圖……….… 74
圖 4.14雙機系統之動態模型方塊圖…………………………..…… 75
圖 4.15雙機系統單機AGC之動態模型方塊圖………………...… 76
圖 4.16中鋼TG4/TG7雙機系統之動態模型方塊圖………….…… 78
圖4.17 中鋼700B/800B系統動態特性方程式之根軌跡……….… 81
圖5.1 獨立運轉分析之頻率變化(Case 1)…………………….……. 85
圖5.2 獨立運轉分析之電壓變化(Case 1)…………………….……. 85
圖5.3 獨立運轉分析之頻率變化(Case 2)……………………….…. 85
圖5.4 獨立運轉分析之電壓變化(Case 2)……………………….…. 85
圖5.5 獨立運轉分析之頻率變化(卸載量370MW、TD=2秒)….... 86
圖5.6獨立運轉分析之頻率變化(卸載量370MW、TD=1秒)….… 86
圖5.7 五甲變電所電壓曲線………………………………………… 87
圖5.8 台電系統頻率變化曲線………………………………..…… 87
圖5.9 南區資源回收廠161kV匯流排電壓變化…………………… 87
圖5.10 實際MS3電壓變化曲線…………………………………… 88
圖5.11 台電鳳農事故TG8響應…………………….……………… 90
圖5.12 MS3電壓變化曲線(模擬)………………………….…….… 92
圖5.13 TG4/TG5匯流排V/Hz……………………………………… 92
圖5.14 TG8輸出端匯流排頻率變化(模擬)……………………..…. 92
圖5.15 TG8輸出端匯流排電壓變化(模擬)……………………..…. 93
圖5.16 TG8輸出實功率變化(模擬)…………………………..……. 93
圖5.17 中鋼與台電系統聯結線功率變化………………………... 93
圖5.18 中鋼電力系統獨立運轉頻率響應圖……………………… 95
圖5.19中鋼匯流排MS2未解聯與解聯獨立運轉電壓變化圖.….. 95
圖5.20 700B/800B未解聯與解聯獨立運轉電壓變化…………..… 95
圖5.21 700B/800B解聯獨立運轉頻率變化…………………….… 96
圖5.22 TG4輸出機械電功率……………………………………… 96
圖5.23 TG7輸出機械電功率……………………………………… 96


表目錄
表2-1 中鋼鄰近台電系統161kV線路、變壓器參數……………. 15
表2-2(a) 中鋼電力系統161/33kV變壓器資料……….………….. 18
表2-2(b) 中鋼電力系統33/11.5kV變壓器資料…………………. 18
表2-2(c) 中鋼發電機變壓器資料…………………………………. 19
表2-3 中鋼電力系統線路資料……………………………………. 19
表2-4 台電系統各匯流排資料…………………………………… 21
表2-5 中鋼電力系統各變電站最大及最小平均用電資料………. 21
表2-6 中鋼電力系統Case 1及Case 2負載資料………………. 24
表2-7 中鋼電力系統發電機資料…………………………………. 24
表2-8 中鋼各子系統之線路潮流分析……………………………. 25
表3-1 發電機模型參數……………………………………………. 35
表3-2 激磁系統模型參數…………………………………………. 37
表3-3 調速系統模型參數………………………………………… 39
表3-4 第一階段卸載量…………………………………………… 50
表3-5 第二階段卸載量…………………………………………… 51
表3-6 第三階段卸載量…………………………………………… 51
表3-7主解聯卸載系統修訂………………………………………. 57
表3-8 中鋼發電機組保護設定…………………………………… 58
表4-1 系統特性方程式之 Routh table…………………………… 79
表4-2 中鋼700B/800B系統動態特性方程式之特性根………… 80
表5-1 鳳農事故中鋼跳脫之發電量…………………………….. 91
表5-2 鳳農事故中鋼負載跳脫量………………………………… 91
表5-3主解聯卸載系統修訂建議…………………………………. 97
表5-4 主解聯卸載系統電驛設定修訂建議…………………….... 97
表5-5 700B/800B子解聯卸載系統修訂建議……………….…. 98
參考文獻 References
參考文獻
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