National Chung Cheng UniversityDepartment of Electrical Engineering

電力與電能處理乙組專題介紹

1

張文恭

106. 06. 22

2Source: Wikipedia

War of AC vs. DC

3

電力工業的演變

Source: Power System Analysis, McGraw Hill, 2016J. Grainger, W. Stevenson, Jr., G. W. Chang

4

台灣電力系統架構

發電 輸電 配電

大型火力

核能

大型水力 超高壓變電所345kV/161kV

一次變電所161kV/69kV

二次變電所69kV/22~11kV

配電變電所161kV/22~11kV

中型火力、水力及大型再生能源

小型水力及中型再生能源

高鐵、軌道 工業科學園區、鐵路電氣化

商業大樓、小型工業區

商店、住宅

桿上變壓器22~11kV/220~110V

345kV

161kV 161kV

161kV

161kV 69kV

69kV

69kV

22~11kV22~11kV

22~11kV

22~11kV

220~110V

電力(kVA)=電壓(kV)電流(A) 發電與用電供需平衡

5

輸電配電

住宅區

商業區

工業區

發電 分散式發電

Source: Wikipedia

6

智慧電網

7

“電力＂基礎設施+

“智慧＂基礎設施

| |

智慧電網

8

電力與電能處理乙組成員

風力發電電力系統電力市場交/直流微電網

電力品質電力經濟智慧電網

太陽光電電力模擬電動車系統再生能源

•再生能源、負載、與電價預測技術

•含高占比再生能源之電力系統分析

•風力發電系統研究•電業自由化下之市場之電力系統分析

•電力品質量測與改善•電力設備監控、診斷與軟體運算技術•機組排程與經濟調度•智慧電表、交直流微電網與智慧電網研究

•模糊理論與人工智慧•主動電力濾波器•交/直流微電網技術

•太陽光電系統量測與研究•電動汽車充電站電能管理研究•電力系統建模與即時模擬•再生能源標準與檢測研究

張文恭老師 吳元康老師

劉祐任老師

9

台灣電力系統架構與特性 (二)

電力系統所面臨之問題

1. 如何達到電力供需平衡?牽涉議題 : 發電量與負載用電量預測、電力經濟調度與機組排程與有效能源管理策略等。

2. 如何面對與處理電力系統之異常事件與破壞問題?牽涉議題 : 電力系統故障、電力品質改善與預防與電力設備保護協調等。

3. 如何提升再生能源設置達到節能減碳目標?牽涉議題 : 再生能源發電系統大量設置與系統衝擊問題、導入先進電網技術等。

10

電力系統分析與模擬 (一)

What we do ?1. 建立電力系統虛擬模型2. 執行電力系統模擬分析3. 找出(或預測)電力系統問題4. 提出解決方法並驗證可行性

11

電力系統分析與模擬 (二)

12

太陽能發電系統

太陽電池太陽光電模組

變流器

交流負載或電網

監控與電表

What we do ?1. 太陽能發電系統關鍵組件模

型開發(太陽能模組模型、智慧變流器模型、太陽能遮蔭模型等)

2. 太陽能發電量與占比預測3. 太陽能發電對電力系統衝擊

影響評估

蓄電池

國家發展政策依據:陽光屋頂百萬座目標2030年達到6200MW (至2015年統計約842MW) 匯流箱

13

風力發電系統

國家發展政策依據:千架海陸風力機目標2030年陸域+離 岸 達 到 5,200MW(至2015年統計 :陸域732MW，離岸0MW)

What we do ?1. 風力發電系統關鍵組件模型開發(風力機模

型、電能轉換器模型、系統控制器等)2. 風力發電量預測、風場設置最佳化評估3. 風力發電對電力系統衝擊影響評估

14

微電網/智慧電網技術

微電網是指由分散式電源、儲能裝置、電能轉換裝置、相關負載和監控設施、保護裝置彙集而成的小區域發配電系統，是一個能夠實現自主控制與保護管理的系統，既可以與外部電網併網運行，也可以孤島運行。

智慧電網是整合數位與資通訊技術於傳統電力基礎建設中的現代化電網技術。

傳統電網問題再度出現在先進電網，且更複雜更棘手!!

核研所微電網

16

其他相關技術

電力市場與經濟

智慧節能管理

17

電力/能源乙組領域學程科目

☆詳細請參考系上修業規定!!

研究領域 – 吳元康

含高占比風力發電併網之電力系統分析

含高占比太陽光電併網之電力系統分析

各型大型商業化風力發電機控制系統與模型的研究

大型離岸風場電力系統規劃與分析

電力負載與再生能源預測技術

高占比再生能源併網之備轉容量規劃與機組調度研究

電業自由化之市場電力系統分析

小型風機測試與認證技術

先進馬達設計

電力防禦系統研發- 吳元康

功能: 提供再生能源系統之安全與經濟的運轉條件

大型商業用風力機之控制技術 – 吳元康

• 功能: 建置風力機內部細部控制原理、了解大型商業化風機的結構與相關技術

台電再生能源圖資系統線路壅塞管理開發 - 吳元康

功能: 開發台電輸電系統壅塞視覺化界面，提供台電電源調度參考

大型離岸風場電力系統規劃 – 吳元康

功能: 提供開發商決定大型離岸風場佈局最佳化、保護電驛設計、系統衝擊分析、以及風能預測之相關平台。

各型發電機與馬達設計 - 吳元康

功能: 提供各種發電機與馬達設計

24

電力與能源系統量測技術-劉祐任

工業電力系統

獨立型微電網系統

再生能源系統

方向 :1. 實務量測技術建立2. 檢測標準法規研析

25

電力品質問題改善-劉祐任

甚麼問題? 位置在哪? 如何發生?電力品質問題改善與預防

方向 :1. 軟體演算法開發2. 硬體電路設計開發3. 未來問題防治常見對象 : 台電公司、科學園區廠商、鋼鐵廠、國家級電力示範場域等

電力品質問題診斷與辨識

圖片來源: Schneider

(4)諧波失真(2)電壓驟降/中斷 (3)暫態突波(1)電壓閃爍

26

電力系統即時模擬應用-劉祐任

方向 :電力系統非線性模型開發與電力品

質問題即時模擬分析硬體迴圈 ( H a r d w a r e - i n - t h e -

Loop)應用設計

FPGA/DSP

27

……

……

……

……

DC/ACInverter 市電網路 方向 :

太陽能組件 /系統建模與模擬研究

系統倂網控制技術系統穩態與暫態現象分析

(如故障、雷擊、併網衝擊)太陽光電系統檢測驗證技術

(file LF1.pl4; x-var t) v:M5C v:M4C v:M3C v:M2C v:M1C 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10[ms]

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0[MV]

負載

太陽能發電系統研究-劉祐任

PV Array

2014/11 28

電動車技術研究

電池組

電池管理系統

變流器 馬達

車載型充電器

快速充電

AC

DC

DC DC AC

整車控制單元

High VoltageLow voltage AC: 交流電 DC: 直流電

傳導式充電

電池交換

AC-DCDC

1~7kW

15~150kW

感應式充電

慢速充電

方向 :交、直流充電系統模型開發充電系統與車輛通訊研究

系統併網衝擊分析 V2G、G2V、V2V技術研究

29

微電網系統運轉規劃-劉祐任

太陽能供電，儲能充電

儲能供電時段

時間序列電量分析

方向 :微電網運轉控制技術開發微電網電能管理策略開發

Ppv

Vpv

+

-

MPPT_charge_4

Ppv

Vpv

+

-

MPPT_charge_3

Ppv

Vpv

+

-

MPPT_charge_2

Ppv

Vpv

+

-

MPPT_charge_1

In1Out1

MPPT3

In1Out1

MPPT2

In1Out1

MPPT1

In1Out1

MPPT[m_2]

Vbat_2]

[m_4]

Vbat_4]

SOC_4]

[m_3]

Vbat_3]

SOC_3]

SOC_2]

[Ibat1]

[Ibat1]

[Ibat1]

[Ibat1]

[Ppv1]

[Vdc1]

[Iref1][Vpv1]

[Vdc1]

[Iref1]

[Ppv1]

[Vdc1]

[Iref1]

[Vpv1]

[Ppv1]

[Vpv1]

[Vdc1]

[Iref1][Vpv1]

[Ppv1]

Vdc_380

Iref

I_bat

+

-

DC/DC4

Vdc_380

Iref

I_bat

+

-

DC/DC3

Vdc_380

Iref

I_bat

+

-

DC/DC2

Vdc_380

Iref

I_bat

+

-

DC/DC1

+

_m

Battery48V 180*3Ah4

+

_m

Battery48V 180*3Ah3

+

_m

Battery48V 180*3Ah2

金門東坑儲能微電網

30

電壓驟降/驟升/中斷 暫態 (Transients)

電壓閃爍 (Voltage flicker)諧波 (Harmonics)

Sag SwellInterruption

voltagecurrent

電力品質干擾檢測

Normal

張文恭

31

智慧型電力監測系統架構

電力品質信號分析演算法

簡易圖形介面技術

電力資訊資料庫分散式智慧感測器

分散式先進電表 SCADA

Zigbee, PLC, GPS, etc.跨平台資料格式

新型電力品質分析技術實現

張文恭

Smart sensor

Smart meter

32

電力能源管理及監測系統之開發

電壓與電流的輸入

自動化電器節能

智慧化判斷

環境品質之監控

用電管理之分析

人機介面之建立

傳感器的輸入

張文恭

33

Lab524-110V 用電品質監控

34

手機app監控系統

• 建立手機界面並連結LabVIEW主機

• 軟硬體控制流程圖

35

節能燈具之諧波量測與分析系統

36

畢業就業狀況

畢業生大多投入工業界(傳產及高科技)，儀器電路設計工程師、電腦網路軟硬體設計師、以及電力工程師(台電獎學金或通過國家考試)等，畢業生已在專業領域中漸露頭角，皆有相當成就。

台積電、鴻海、東元電機、工程顧問公司、捷運局

台電、中鋼、工研院、核研所、中科院

再生能源業(國內及外商)、執業電機技師 高中職校電機/電子科教師、國立/私立大學/科大

等學界服務

37

Thank You!

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