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TWI691144B - 含綠能之配電饋線轉供方法 - Google Patents

含綠能之配電饋線轉供方法 Download PDF

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TWI691144B
TWI691144B TW108136198A TW108136198A TWI691144B TW I691144 B TWI691144 B TW I691144B TW 108136198 A TW108136198 A TW 108136198A TW 108136198 A TW108136198 A TW 108136198A TW I691144 B TWI691144 B TW I691144B
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feeder
voltage
fault
terminal unit
green energy
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TW108136198A
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蔡佳豪
姜政綸
李奕德
劉力源
何元祥
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行政院原子能委員會核能研究所
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  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

一種含綠能之配電饋線轉供方法，應用於含綠能的配電饋線調度系統中，可提供合適的饋線轉供路徑與電壓調整策略。透過本發明提出開發整合饋線調度管理平台與潮流分析程式，在轉供之選擇條件下加入含綠能之裕度修正、電壓及位置、與線路損失之潮流分析計算提供，給出一套最佳轉供方法。

Description

含綠能之配電饋線轉供方法
本發明係有關於一種含綠能之配電饋線轉供方法，尤指涉及一種 應用於含綠能的配電饋線調度系統中，特別係指開發整合饋線調度管理平台與潮流分析程式，在轉供之選擇條件下加入含綠能之裕度修正、電壓與位置、及線路損失之潮流分析計算提供，給出一套最佳轉供方法者。
近年來隨著環境永續議題受到高度關注，綠能產業也隨之蓬勃發 展，未來大量綠能將併在饋線上，使得饋線調度成為重要之議題。風力、太陽能等綠能其輸出功率受天候因素影響容易有大幅度變化之情形發生，造成供電品質之不穩定。
當饋線故障隔離及上游復電後，需要進行轉供，現有饋線轉供之 用電量計算，皆參考轉供前饋線口量測之負載電流值，但當加入綠能發電後，現有饋線口只能量測到淨負載用電量，而無法代表下游實際負載用電量。第３圖為假設饋線含綠能時，一天24小時之負載變化量。圖中圓點線為一日內太陽能光電（Photovoltaic, PV）發電量，虛線為饋線上實際負載用電量，實線則為量測之淨負載用電量，而點虛線係淨負載用電量加上PV發電量之最大值。
當饋線發生故障後，饋線內之綠能（即PV）將停止發電，實際 負載量大於量測值，故電壓可能過低，低於電業法規定。此時，若單獨以故障前饋線口量測之淨負載電流資訊作為轉供依據，則可能選用容量較小之饋線來轉供，導致饋線裕度不足，故饋線轉供之用電量計算，須考量下游實際負載用電量，以確保饋線順利轉供，提供負載安全用電；當饋線轉供完成後，PV恢復併聯發電，此時又可能造成饋線上之PV併接點電壓過高，超過台電公司再生能源併聯技術要點規範，故須進行饋線轉供後之潮流分析，計算饋線電壓與線路損失，以提供合適的饋線轉供路徑與電壓調整策略。因此，ㄧ般習用者係無法符合使用者於實際使用時之所需。
本發明之主要目的係在於，克服習知技藝所遭遇之上述問題並提 供一種開發整合饋線調度管理平台與潮流分析程式，在轉供之選擇條件下加入含綠能之裕度修正、電壓與位置、及線路損失之潮流分析計算提供，給出最佳轉供路徑之含綠能之配電饋線轉供方法。
本發明之次要目的係在於，提供一種應用於含綠能的配電饋線調 度系統中，並進一步使用實際的配電系統架構進行實現及驗證其饋線轉供技術之含綠能之配電饋線轉供方法。
為達以上之目的，本發明係一種含綠能之配電饋線轉供方法，適 用於一含綠能之配電饋線轉供裝置，該含綠能之配電饋線轉供裝置包含數條饋線以及一饋線口資訊終端單元（Feeder Remote Terminal Unit, FRTU），其中每條饋線包含一饋線前端斷路器（Feeder Main Circuit Breaker, FCB）與一保護電驛（Relay）狀態，係透過數個常開開關（SW）作連接，每個開關上皆設有一饋線終端單元（Feeder Terminal Unit, FTU），負責蒐集各開關迴路之狀態及電壓、電流與過電流故障信號之資料，當故障發生時，根據所有饋線終端單元回傳之過電流旗標，判斷出故障點位置，該饋線口資訊終端單元為各該饋線終端單元與一控制中心之間的資料中繼站，可對上游之控制中心與下游之饋線終端單元做資料傳送，所接收資料須在該饋線口資訊終端單元內部先做資料與位址之重整，而通訊採階層之方式，可減少通訊伺服器資料處理量，其中該含綠能之配電饋線轉供方法包含下列步驟：步驟一：提供一系統輸入，其包含饋線前端斷路器與保護電驛狀態、饋線拓樸架構與線路阻抗、饋線終端單元之過電流旗標、綠能裝置容量及其位置、溫度與照度、時間、饋線終端單元之電流與電壓值、以及饋線前端斷路器電壓值之資訊，並以該饋線前端斷路器與保護電驛狀態、該饋線拓樸架構與線路阻抗、及該饋線終端單元之過電流旗標作為啟動一故障偵測、隔離及復電（Fault Detection, Isolation, and Recovery, FDIR）流程所需之資訊，完成上游復電；步驟二：進行下游轉供，依故障區間右邊開關向後找出所有常開點，作為可能之轉供路徑
Figure 02_image001
，其中
Figure 02_image003
為常開點數量且為1～n正整數，並根據該綠能裝置容量及其位置、該溫度與照度、該時間、以及該饋線終端單元之電流與電壓值資訊，推估故障前一刻之下游非故障區各位置綠能發電量
Figure 02_image005
，並計算下游非故障區總電流
Figure 02_image007
，其中
Figure 02_image009
為綠能數量且為1～n正整數；步驟三：以該下游非故障區總電流
Figure 02_image007
，搭配轉供路徑
Figure 02_image011
、待轉供饋線綠能發電量、饋線終端單元電流、饋線前端斷路器電壓、及饋線拓樸架構與線路阻抗，作為裕度修正、電壓與位置的提供、及線損計算之輸入，其中該電壓包含最高電壓V max及最低電壓V min；步驟四：該裕度修正之計算係從第1條轉供路徑
Figure 02_image012
（
Figure 02_image003
=1）計算裕度，若裕度小於或等於0，將會停止計算，並從第2條轉供路徑
Figure 02_image014
計算裕度，若裕度大於0，則至步驟五執行潮流分析計算；步驟五：透過待轉供饋線之饋線前端斷路器電壓及每一具開關本身所帶負載量
Figure 02_image016
，並利用饋線拓樸架構與線路阻抗，進行潮流分析計算；步驟六：當發生故障時，計算綠能恢復供電前的饋線上最低電壓V min及其位置；當綠能恢復併聯發電後，計算饋線上最高電壓V max及其位置、線路損失，計算完後繼續從第2條轉供路徑以步驟四與步驟五重新計算裕度與潮流分析，直到算完最後一條轉供路徑為止；以及步驟七：選定最高電壓V max、最低電壓V min、及線損計算權重，依各項目之重要程度給予權重值，將裕度小於等於0之外的所有轉供路徑
Figure 02_image001
計算完之最高電壓、最低電壓、及線損給分數，並乘上權重值，加總所有轉供路徑
Figure 02_image001
分數，由大排到小，分數最高即為最佳轉供之路徑。
於本發明上述實施例中，每個開關係包含常開開關與常閉開關。
於本發明上述實施例中，該步驟一FDIR流程包括下列子步驟： 子步驟一：該保護電驛作動使該饋線前端斷路器打開；子步驟二：依該饋線終端單元過電流旗標判斷決定饋線故障區間；子步驟三：下令開啟故障區間前後自動化開關以隔離故障區間；以及子步驟四：該保護電驛復歸及該饋線前端斷路器投入，完成上游復電。
於本發明上述實施例中，該步驟二計算下游非故障區總電流之公 式如下：
Figure 02_image018
，
Figure 02_image020
； 其中
Figure 02_image022
為故障下游由饋線終端單元提供之電壓值。
於本發明上述實施例中，該步驟四計算裕度公式如下：
Figure 02_image024
； 其中
Figure 02_image026
為待轉供饋線口電流值，
Figure 02_image028
為故障下游由饋線終端單元提供之電流值。
於本發明上述實施例中，該步驟五計算第k具開關本身所帶負載 量
Figure 02_image030
公式如下：
Figure 02_image032
； 其中
Figure 02_image034
為第k具開關本身及下游所帶負載量，
Figure 02_image036
為第k+1具開關本身及下游所帶負載量。
於本發明上述實施例中，該步驟七係由使用者決定各項目之重要 程度，依各項目之重要程度給予較高權重值。
為使貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有更進一步的認 知與瞭解，茲藉由下文之實施方式對本發明之細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了解本發明之特點。
請參閱『第１圖及第２圖』所示，係分別為本發明之饋線架構故 障示意圖、以及本發明含綠能之配電饋線轉供方法流程示意圖。如圖所示：本 發明為使用於配電調度管理系統之饋線轉供技術，希望達到強化管理綠能及饋線調度運轉之目的，使配電饋線調度管理更具擴充彈性，便以第２圖之饋線架構示意圖，說明本發明所提一種含綠能之配電饋線轉供方法之流程，其架構有三條饋線１、２、３以及一饋線口資訊終端單元（Feeder Remote Terminal Unit, FRTU）４，其中每條饋線１、２、３包含一饋線前端斷路器（Feeder Main Circuit Breaker, FCB）１１、２１、３１與一保護電驛（Relay）１２、２２、３２狀態，透過數個常開開關ＳＷ３、ＳＷ５作連接，每個開關ＳＷ１～ＳＷ６（包含常開開關ＳＷ３、ＳＷ５與常閉開關ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ６）上皆設有一饋線終端單元（Feeder Terminal Unit, FTU）ＦＴＵ１～ＦＴＵ６，負責蒐集各開關迴路之狀態及電壓、電流與過電流故障信號之資料，當故障發生時，根據所有饋線終端單元ＦＴＵ１～ＦＴＵ６回傳之過電流旗標，判斷出故障點位置。該饋線口資訊終端單元４為各該饋線終端單元ＦＴＵ１～ＦＴＵ６與一控制中心（圖中未示）之間的資料中繼站，可對上游之控制中心與下游之饋線終端單元ＦＴＵ１～ＦＴＵ６做資料傳送，所接收資料須在該饋線口資訊終端單元４內部先做資料與位址之重整，而通訊採階層之方式，可減少通訊伺服器資料處理量，如第１圖中實線為實際饋線，虛線為通訊線。本方法流程如第２圖所示，包含下列步驟：
步驟s11～s18：提供一系統輸入，其包含饋線前端斷路器與保護 電驛狀態、饋線拓樸架構與線路阻抗、饋線終端單元之過電流旗標、綠能裝置容量及其位置、溫度與照度、時間、饋線終端單元之電流與電壓值、以及饋線前端斷路器電壓值等資訊。首先，以步驟s11～s13饋線前端斷路器與保護電驛狀態、饋線拓樸架構與線路阻抗、及饋線終端單元之過電流旗標作為啟動步驟s19故障偵測、隔離及復電（Fault Detection, Isolation, and Recovery, FDIR）流程所需之資訊。本發明以第２圖進行FDIR說明，饋線１於匯流排ＢＵＳ３位置發生故障，步驟s19的子步驟流程如下： 子步驟s191：該保護電驛１２作動使該饋線前端斷路器１１打開。 子步驟s192：判斷饋線故障，並依該饋線終端單元ＦＴＵ過電流旗標決定故障區間。如第１圖所示，饋線終端單元ＦＴＵ１過電流旗標為1，其餘饋線終端單元ＦＴＵ２～６過電流旗標為0。 子步驟s193：下令開啟故障區間前後自動化開關ＳＷ１與ＳＷ２以隔離故障區間。 子步驟s194：復歸該保護電驛１２及投入該饋線前端斷路器１１，完成上游復電。
當上游復電完成後，後續進行下游轉供，於步驟s20依故障區間 右邊開關（以第１圖為例係依開關ＳＷ２）向後找出所有常開點，作為可能之轉供路徑
Figure 02_image001
，其中
Figure 02_image003
為常開點數量且為1～n正整數。同時，根據步驟s14綠能裝置容量及其位置、步驟s15溫度與照度、步驟s16時間、以及步驟s17饋線終端單元之電流與電壓值資訊，於步驟s21推估故障前一刻之下游非故障區各位置綠能發電量
Figure 02_image005
，其中
Figure 02_image009
為綠能數量且為1～n正整數，並於步驟s22計算下游非故障區總電流
Figure 02_image007
，其計算公式如下；
Figure 02_image018
式(1)
Figure 02_image020
式(2) 其中
Figure 02_image022
為故障下游由饋線終端單元提供之電壓值。
算完下游非故障區總電流
Figure 02_image007
，於步驟S23搭配轉供路徑
Figure 02_image011
、待轉供饋線綠能發電量、饋線終端單元電流、饋線前端斷路器電壓、及饋線拓樸架構與線路阻抗，作為裕度修正、電壓（包含最高電壓V max及最低電壓V min）與位置的提供、及線損計算之輸入。
步驟s24、s25執行裕度計算，從第1條轉供路徑
Figure 02_image012
（
Figure 02_image003
=1）計算 裕度，公式如下：
Figure 02_image024
式(3) 其中
Figure 02_image026
為待轉供饋線口電流值，
Figure 02_image028
為故障下游由饋線終端單元提供之電流值。
算完裕度至步驟s26進行判斷，若裕度小於或等於0，將會停止計 算，並從步驟s27以第2條轉供路徑
Figure 02_image014
回步驟s25計算裕度，若裕度大於0，則至步驟s28執行潮流分析計算。
步驟s28潮流分析計算使用到之參數包含待轉供饋線之饋線前端 斷路器電壓及每一具開關ＳＷ本身所帶負載量
Figure 02_image016
，並利用饋線拓樸架構與線路阻抗，進行潮流分析計算。第k具開關ＳＷ本身所帶負載量
Figure 02_image030
計算公式如下：
Figure 02_image032
式(4) 其中
Figure 02_image034
為第k具開關ＳＷ本身及下游所帶負載量，
Figure 02_image036
為第k+1具開關ＳＷ 本身及下游所帶負載量。
當發生故障時，饋線完全沒電，此時綠能不會立即發電，實際負 載量大於量測值，電壓可能過低，故以步驟s29計算綠能恢復供電前的饋線上最低電壓V min及其位置；當綠能恢復併聯發電後，此時又可能造成饋線上之綠能併接點電壓過高，超過台電再生能源併聯技術要點規範，故以步驟s30、s31計算饋線上最高電壓V max及其位置、線路損失。計算完後由步驟s32繼續從第2條轉供路徑經步驟s33之判斷以步驟s25與步驟s28重新計算裕度與潮流分析，直到算完最後一條轉供路徑為止。
算完後進入步驟s34，選定最高電壓V max、最低電壓V min、及線損 計算權重，由使用者決定各項目之重要程度，依各項目之重要程度給予較高權重值。於步驟s35將裕度小於等於0之外的所有轉供路徑
Figure 02_image001
計算完之最高電壓、最低電壓、及線損給分數，並乘上權重值，最後於步驟s36、s37加總所有轉供路徑
Figure 02_image001
分數，由大排到小，分數最高即為最佳轉供之路徑，藉此給出最佳轉供方法。
本發明目前已於饋線調度模擬平台建立含綠能資訊之台電雲林 區處實際饋線拓樸架構，並整合配電潮流計算程式，完成台電雲林區處實際饋線之各位置發生故障之模擬，執行FDIR功能，提出含綠能之裕度修正、電壓與位置、及線路損失之轉供方法驗證，並於台電雲林區處上線供調度員使用。
透過本發明所提含綠能之配電饋線轉供方法，可提供合適的饋線 轉供路徑與電壓調整策略。當加入綠能發電後，現有饋線口只能量測到淨負載用電量，而無法代表下游實際負載用電量，則可能使饋線無法順利轉供；綠能併於饋線末端時，故障發生可能造成線路末端電壓過高或過低，影響電氣設備安全。因此，本發明提出開發整合饋線調度管理平台與潮流分析程式，在轉供之選擇條件下加入含綠能之裕度修正、電壓及位置、與線路損失之潮流分析計算提供，給出一套最佳轉供方法。
綜上所述，本發明係一種含綠能之配電饋線轉供方法，可有效改 善習用之種種缺點，開發整合饋線調度管理平台與潮流分析程式，在轉供之選 擇條件下加入含綠能之裕度修正、電壓及位置、與線路損失之潮流分析計算提供，給出一套最佳轉供方法，進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合使用者之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定 本發明實施之範圍；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
１、２、３:饋線 １１、２１、３１:饋線前端斷路器 １２、２２、３２:保護電驛 ４:饋線口資訊終端單元 ＳＷ１～ＳＷ６:開關 ＦＴＵ１～ＦＴＵ６:饋線終端單元 ＢＵＳ１～１０:匯流排 s11～s37:步驟 s191～s194:子步驟
第１圖，係本發明之饋線架構故障示意圖。 第２圖，係本發明含綠能之配電饋線轉供方法流程示意圖。 第３圖，係假設饋線含綠能時之一天中負載變化量示意圖。
s11~s37:步驟
s191~s194:子步驟

Claims (6)

  1. 一種含綠能之配電饋線轉供方法，適用於一含綠能之配電饋線轉供裝置，該含綠能之配電饋線轉供裝置包含數條饋線以及一饋線口資訊終端單元(Feeder Remote Terminal Unit,FRTU)，其中每條饋線包含一饋線前端斷路器(Feeder Main Circuit Breaker,FCB)與一保護電驛(Relay)狀態，係透過數個常開開關(SW)作連接，每個常開與常閉之開關上皆設有一饋線終端單元(Feeder Terminal Unit,FTU)，負責蒐集各開關迴路之狀態及電壓、電流與過電流故障信號之資料，當故障發生時，根據所有饋線終端單元回傳之過電流旗標，判斷出故障點位置，該饋線口資訊終端單元為各該饋線終端單元與一控制中心之間的資料中繼站，可對上游之控制中心與下游之饋線終端單元做資料傳送，所接收資料須在該饋線口資訊終端單元內部先做資料與位址之重整，而通訊採階層之方式，可減少通訊伺服器資料處理量，其中該含綠能之配電饋線轉供方法包含下列步驟：步驟一：提供一系統輸入，其包含饋線前端斷路器與保護電驛狀態、饋線拓樸架構與線路阻抗、饋線終端單元之過電流旗標、綠能裝置容量及其位置、溫度與照度、時間、饋線終端單元之電流與電壓值、以及饋線前端斷路器電壓值之資訊，並以該饋線前端斷路器與保護電驛狀態、該饋線拓樸架構與線路阻抗、及該饋線終端單元之過電流旗標作為啟動一故障偵測、隔離及復電(Fault Detection,Isolation,and Recovery,FDIR)流程所需之資訊，完成上游復電； 步驟二：進行下游轉供，依故障區間右邊開關向後找出所有常開點，作為可能之轉供路徑LT i ，其中i為常開點數量且為1~n正整數，並根據該綠能裝置容量及其位置、該溫度與照度、該時間、以及該饋線終端單元之電流與電壓值資訊，推估故障前一刻之下游非故障區各位置綠能發電量P renew,j ，並計算下游非故障區總電流I renew,total ，其中j為綠能數量且為1~n正整數；步驟三：以該下游非故障區總電流I renew,total ，搭配轉供路徑LT i 、待轉供饋線綠能發電量、饋線終端單元電流、饋線前端斷路器電壓、及饋線拓樸架構與線路阻抗，作為裕度修正、電壓與位置的提供、及線損計算之輸入，其中該電壓包含最高電壓Vmax及最低電壓Vmin；步驟四：該裕度修正之計算係從第1條轉供路徑LT 1 (i=1)計算裕度，若裕度小於或等於0，將會停止計算，並從第2條轉供路徑LT 2 計算裕度，若裕度大於0，則至步驟五執行潮流分析計算；步驟五：透過待轉供饋線之饋線前端斷路器電壓及每一具開關本身所帶負載量P load ，並利用饋線拓樸架構與線路阻抗，進行潮流分析計算；步驟六：當發生故障時，計算綠能恢復供電前的饋線上最低電壓Vmin及其位置；當綠能恢復併聯發電後，計算饋線上最高電壓Vmax及其位置、線路損失，計算完後繼續從第2條轉供路徑以步驟四與步驟五重新計算裕度與潮流分析，直到算完最後一條轉供路徑為止；以及步驟七：選定最高電壓Vmax、最低電壓Vmin、及線損計算權重，依各項目之重要程度給予權重值，將裕度小於等於0之外的所有轉供 路徑LT i 計算完之最高電壓、最低電壓、及線損給分數，並乘上權重值，加總所有轉供路徑LT i 分數，由大排到小，分數最高即為最佳轉供之路徑。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之含綠能之配電饋線轉供方法，其中，該步驟一FDIR流程包括下列子步驟：子步驟一：該保護電驛作動使該饋線前端斷路器打開；子步驟二：依該饋線終端單元過電流旗標判斷決定饋線故障區間；子步驟三：下令開啟故障區間前後自動化開關以隔離故障區間；以及子步驟四：該保護電驛復歸及該饋線前端斷路器投入，完成上游復電。
  3. 依申請專利範圍第1項所述之含綠能之配電饋線轉供方法，其中，該步驟二計算下游非故障區總電流之公式如下：
    Figure 108136198-A0305-02-0014-3
     其中V SW2 為故障下游由饋線終端單元提供之電壓值。
  4. 依申請專利範圍第1項所述之含綠能之配電饋線轉供方法，其中，該步驟四計算裕度公式如下：裕度=饋線耐流-(I i +I SW +I rene,twota )，其中I i 為待轉供饋線口電流值，I SW2 為故障下游由饋線終端單元提供之電流值。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之含綠能之配電饋線轉供方法，其中，該步驟五計算第k具開關本身所帶負載量P load,k 公式如下：P load,k =P SW,k -P SW,k+1，其中P SW,k 為第k具開關本身及下游所帶負載量，P SW,k+1 為第k+1具開關本身及下游所帶負載量。
  6. 依申請專利範圍第1項所述之含綠能之配電饋線轉供方法，其中，該步驟七係由使用者決定各項目之重要程度，依各項目之重要程度給予較高權重值。
TW108136198A 2019-10-05 2019-10-05 含綠能之配電饋線轉供方法 TWI691144B (zh)

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