TWM619160U

TWM619160U - 電力系統的即時最低頻率值估算系統

Info

Publication number: TWM619160U
Application number: TW110208108U
Authority: TW
Inventors: 廖清榮; 王永富; 吳承翰; 陳思瑤
Original assignee: 台灣電力股份有限公司
Priority date: 2021-07-09
Filing date: 2021-07-09
Publication date: 2021-11-01

Abstract

本新型係一種電力系統的即時最低頻率值估算系統，係包含多個相量量測單元及一透過網路與該些相量量測單元連線的主機，該主機取得各該相量量測單元量測各該發電機組後所輸出的一包含有衛星同步時間的即時電力輸出資訊，且該主機儲存並更新該電力系統發生跳機事件後的頻率最大偏差值與跳機佔比之間的一關係線；如此，當該主機可依據即時電力輸出資訊判斷其中最大輸出電量的發電機組並計算其跳機佔比，再自該關係線中找出該跳機佔比所對應的一預估的頻率最大偏差值，進而計算該發電機組在跳機後的可能最低頻率值，並視為該電力系統的即時最低頻率值。

Description

電力系統的即時最低頻率值估算系統

本新型係關於一種評估電力系統的供電狀態技術，尤指一種電力系統的最低頻率值預測方法。

當電力系統中的發電機組跳機，該電力系統所供應之電力會減少，造成電力供需不平衡，此時市電頻率也相應降低，若市電頻率低於一低頻卸載臨界值，即必須卸載，影響供電戶數。

請參閱圖4所示，為電力系統中的發電機組跳機時典型的頻率響應圖，圖中A點代表標稱頻率(60Hz)，即正常電力供應下的頻率，一旦發電機組跳機導致供給負荷的發電短缺，系統頻率會隨之下降；此時，發電機組的慣性頻率響應與初級頻率響應的一部分(即調速器響應)將試圖阻止頻率衰減，因此系統頻率會掉到圖中C點最低頻率後再拉回到B點的穩定頻率。由圖中可知，由標稱頻率A點至最低頻率C點即為此一發電機組跳機的頻率最大偏差值。

傳統發電機組為電力系統提供慣性，若電力系統具較大慣性，則相較於具較小慣性的電力系統，在相同供需不平衡量下，具較大慣性的電力系統發生的頻率最大偏差較小。

然而，隨著電力系統併入再生能源(例如：太陽能、風力發電)後，當再生能源滲透率提高，對市電頻率控制影響會變大。由於再生能源透過電力電子設備的去耦合，太陽能與最新的風力渦輪機技術不能為電力系統提供慣性，造成電力系統於輕載時段當有大量太陽能與風力發電時的系統淨負載降低，由再生能源取代傳統發電機組，導致系統慣性變小；因此，當發生發電機組跳機時比較可能發生較大的頻率偏差；誠如圖5所示，呈現較大頻率偏差的電力系統所提供離峰負載的在線發電機數量較少並包含了較高的太陽能、風力發電，導致電力系統中的系統慣性更小，當電力系統跳機時，阻止系統頻率下降的能力減低，不僅其最低頻率(59.519Hz＜59.58Hz)更低，且更快速地達到其最低頻率。

是以，隨著再生能源供電比例逐漸增加，更容易在發電機組跳機後造成低頻卸載，故有必要進一步提出應對機制。

有鑑於上述目前電力系統併入再生能源後，當發生發電機組跳機事件時，可能造成低頻卸載的問題，本新型主要目的係提供一種電力系統的即時最低頻率值估算系統，作為調度人員調度運轉機組之參考，緊急調整機組出力與排程，避免最大機組跳機觸動低頻卸載，影響用戶供電。

欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該電力系統的即時最低頻率值估算系統包含：多個相量量測單元，係用以分別電性連接至一電力系統中的多個發電機組，且各該相量量測單元電性連接一衛星接收器，其輸出包含有衛星同步時間的即時電力輸出資訊；以及一主機，係透過網路與該些相量量測單元連線，以接收並儲存該些相量量測單元輸出的即時電力輸出資訊，且該主機儲存並更新該些發電機組的跳機數據及總發電量，並依據該些跳機數據決定該電力系統發生跳機事件後的頻率最大偏差值與跳機佔比之間的一關係線；該主機內建有一即時最低頻率值估算程序，其包含有：讀取目前該電力系統的即時電力輸出資訊，計算總發電量、各該發電機組的輸出電量及該電力系統的目前頻率值；判斷其中最大輸出電量的發電機組；計算該最大輸出電量的發電機組的一跳機佔比；其中該跳機佔比為最大輸出電量佔總發電量的比例；藉由該關係線找出該最大輸出電量的發電機組的跳機佔比所對應的一預估的頻率最大偏差值；以及以系統目前頻率及該頻率最大偏差值，計算目前最大輸出電量的發電機組跳機後的最低頻率值，並視為該電力系統的最低頻率值。

本新型主機透過該些相量量測單元接收並儲存該電力系統的各該發電機組的即時電力輸出資訊，且該主機儲存並更新該些發電機組的實際歴史跳機數據及總發電量，並依據該些跳機數據決定該電力系統發生跳機事件後的頻率最大偏差值與跳機佔比之間的一關係線；由於電力系統通常是最大的輸出電量的發電機組跳機才最有機會讓最低頻率低於一系統低頻卸載臨界值而進入低頻卸載中斷供電，故當本新型欲估算該電力系統的即時最低頻率值時，係由該主機依據即時電力輸出資訊判斷其中最大輸出電量的發電機組，並計算最大輸出電量的發電機組的一跳機佔比，再自該關係線中找出該跳機佔比所對應的一預估的頻率最大偏差值，進而計算目前最大輸出電量的發電機組跳機後的最低頻率值，並視為該電力系統的即時最低頻率值；如此，由於該主機即時更新該電力系統的該些發電機組的實際跳機數據及總發電量，該關係線會反應該電力系統最新頻率最大偏差值與跳機佔比，加上該主機接收即時各該發電機組的即時電力輸出資訊，所估算出的即時最低頻率值更值得作為調度發電機組的開機數量或輸出大小的參考，確保電力系統供電可靠度。

以下本新型配合圖式詳加說明技術內容，並提供實際數據驗證本新型的電力系統的即時最低頻率值估算系統的有效性。

首先請參閱圖1所示，本新型電力系統的即時最低頻率值估算系統1係包含有多個相量量測單元10及一主機20；其中該電力系統係包含有多個發電機組30，並可進一步並聯再生能源的發電裝置40。

上述多個相量量測單元10係用以分別電性連接至該電力系統中的多個發電機組30，以檢知並輸出對應發電機組30的即時電力輸出資訊；又各該相量量測單元10係進一步電性連接一衛星接收器11，各該相量量測單元10係依據衛星110同步時間量測並輸出對應發電機組30的即時電力輸出資訊。

上述主機20係透過網路與該些相量量測單元10連線，以接收並儲存該些相量量測單元10輸出的即時電力輸出資訊，且該主機20儲存並更新該電力系統中該些發電機組30的實際歴史跳機數據及總發電量(功率)，又該跳機數據包含有：跳脫發電機的發電量(簡稱：跳機量(功率))及頻率最大偏差值，而該總發電量係加總由該些相量量測單元10所回傳其發電機的輸出電量；再請配合圖3所示，該主機20係依據該些跳機數據決定該電力系統發生跳機事件後的頻率最大偏差值與跳機佔比之間的一關係線L；於本實施例中，該關係線係以迴歸分析該些跳機數據而得。此外，該主機20內建有一即時最低頻率值估算程序。於本實施例，該主機所儲存的該總發電量(功率)係不包含再生能源發電量，而是傳統發電機組實際的總發電量。

上述主機20於執行該即時最低頻率值估算程序時，該即時最低頻率值估算程序包含有以下步驟S10至S14。

於步驟S10中，該主機20係讀取目前該電力系統該些發電機組30的即時電力輸出資訊，並計算總發電量、各該發電機組的輸出電量及該電力系統的目前頻率值。於本實施例，由於各該相量量測單元10所輸出的即時電力輸出資訊包含有當下量測而得的衛星同步時間，故該主機20可準確地計算出同一時間中該電力系統的總發電量。

於步驟S11中，該主機20判斷其中最大輸出電量的發電機組30；於本實施例，該主機20係自所計算出來之各該發電機組30的輸出電量，判斷出最大輸出電量的發電機組30。

於步驟S12中，該主機20計算上述步驟S11所判斷出來之最大輸出電量的發電機組30的一跳機佔比；其中該跳機佔比為最大輸出電量（跳機量）佔總發電量的比例。

於步驟S13中，該主機20藉由該關係線L找出上述步驟S12計算出來的該跳機佔比所對應的一預估的頻率最大偏差值。例如，若上述步驟S12所計算出最大輸出電量之發電機組30的跳機佔比為3%，則對照圖3的關係線L後，該最大輸出電量之發電機組跳機的頻率最大偏差值為-0.5063Hz。

於步驟S14中，該主機以系統目前頻率及上述步驟(S13)所計算出的該頻率最大偏差值，計算目前最大輸出電量的發電機組跳機後的最低頻率值，並令該最低頻率值為該電力系統的最低頻率值。再承上段的例子，該主機以標稱頻率60Hz為基準，將標稱頻率60Hz與該頻率最大偏差值(-0.5063Hz)相加，即可得出該最大輸出電量之發電機組的最低頻率為59.4937Hz (60+(-0.5063)=59.4937)。

由於電力系統通常是最大的輸出電量的發電機組跳機才最有機會讓最低頻率低於一系統低頻卸載臨界值而進入低頻卸載中斷供電，故當本新型欲估算該電力系統的即時最低頻率值時，即選擇其中最大的輸出電量的發電機組進行其最低頻率的估算，並作為系統跳機電力系統的最低頻率值。

請參閱下表，以本新型估算出電力系統的最低頻率值，並與實際跳機時的最低頻值的比較後得出如最右欄的估算誤差值，由該些誤差值可知，本新型所估算的最低頻率準確率高，可供電力系統調度操作人員更直接地了解潛在的頻率偏差，確保在再生能源高滲透率情境下之系統運轉調度安全，避免因跳機事件觸動低頻卸載電驛，影響用戶用電，提升供電品質。

綜上所述，本新型主機透過該些相量量測單元接收並儲存該電力系統的各該發電機組的即時電力輸出資訊，且該主機儲存並更新該些發電機組的實際歴史跳機數據及總發電量，並依據該些跳機數據決定該電力系統發生跳機事件後的頻率最大偏差值與跳機佔比之間的一關係線；因此，當該主機計算該最大輸出電量的發電機組的一跳機佔比後，再自該關係線中找出該跳機佔比所對應的一預估的頻率最大偏差值，進而計算目前最大輸出電量的發電機組跳機後的最低頻率值，並視為該電力系統的即時最低頻率值；如此，由於該主機即時更新該電力系統的該些發電機組的實際跳機數據及總發電量，該關係線會反應該電力系統最新頻率最大偏差值與跳機佔比，加上該主機接收即時各該發電機組的即時電力輸出資訊，所估算出的即時最低頻率值更值得作為調度發電機組的開機數量或輸出大小的參考，確保電力系統供電可靠度。

以上所述僅是本新型的實施例而已，並非對本新型做任何形式上的限制，雖然本新型已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本新型，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本新型技術方案的內容，依據本新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本新型技術方案的範圍內。

1:即時最低頻率值估算系統 10:相量量測單元 11:衛星接收器 110:衛星 20:主機 30:發電機組 40:發電裝置

圖1：本新型即時最低頻率值估算系統的一系統架構圖。圖2：本新型的即時最低頻率值估算程序的一流程圖。圖3：本新型的一系統頻率最大偏差值與跳機佔比的一關係圖。圖4：現有發電機組跳機時的一典型頻率響應圖。圖5：現有具不同總發電量情況下發生跳機事件後的一頻率響應圖。

1:即時最低頻率值估算系統

10:相量量測單元

11:衛星接收器

110:衛星

20:主機

30:發電機組

40:發電裝置

Claims

一種電力系統的即時最低頻率值估算系統，包括：多個相量量測單元，係用以分別電性連接至一電力系統中的多個發電機組，且各該相量量測單元電性連接一衛星接收器，其輸出包含有衛星同步時間的即時電力輸出資訊；以及一主機，係透過網路與該些相量量測單元連線，以接收並儲存該些相量量測單元輸出的即時電力輸出資訊，且該主機儲存並更新該些發電機組的跳機數據及總發電量，並依據該些跳機數據決定該電力系統發生跳機事件後的頻率最大偏差值與跳機佔比之間的一關係線；該主機內建有一即時最低頻率值估算程序，其包含有：讀取目前該電力系統的即時電力輸出資訊，計算總發電量、各該發電機組的輸出電量及該電力系統的目前頻率值；判斷其中最大輸出電量的發電機組；計算該最大輸出電量的發電機組的一跳機佔比；其中該跳機佔比為最大輸出電量佔總發電量的比例；藉由該關係線找出該最大輸出電量的發電機組的跳機佔比所對應的一預估的頻率最大偏差值；以及以系統目前頻率及該頻率最大偏差值，計算目前最大輸出電量的發電機組跳機後的最低頻率值，並視為該電力系統的最低頻率值。
如請求項1所述之即時最低頻率值估算系統，其中該跳機數據包含有跳機量及頻率最大偏差值。
如請求項2所述之即時最低頻率值估算系統，其中該關係線中各該跳機佔比係為跳機量佔總發電量的比例。
如請求項3所述之即時最低頻率值估算系統，其中該關係線係以迴歸分析計算該些跳機資料而得。
如請求項4所述之即時最低頻率值估算系統，其中該關係線為一線性直線。