能源知識庫

重點摘述

根據我國「再生能源發展條例」的規定，每兩年就必須透過滾動式管理機制，重新檢討並修正我國再生能源的推動目標，以穩健的方式逐步提升我國自主性能源占比，並努力開發各種多元化的發電資源，促進我國綠色經濟產業發展。2015年5月能源局發布修正再生能源推廣目標，2030年再生能源目標為提升為17,250MW，然水力、地熱及生質能成長較為有限，而風力及太陽光電可大量開發，合計目標為13,900MW。為了達成上述目標，除了政府政策的支持與民眾積極的參與之外，技術面部分，必須探討台灣電力系統若要成容納如此大量之再生能源，初期必須盤點西部沿岸變電站之位置以及相關規範。有鑑於此，本文將進行西部沿岸配電變電所(161/22.8kV)之可併接位置盤點，以及「IEC-61400-21」於電網併聯衝擊分析的相關規範，提供國內相關單位進行參考，以利推動後續國內再生能源高占比之發展。

台灣特高壓等級的系統主要包括345kV、161kV與69kV。包括超高變電所(Extra-High Voltage Substation，簡稱，E/S，電壓345/161kV)、一次變電所 (Primary Substation，簡稱P/S，電壓161/69kV)、一次配電變電所(Distribution Substation，簡稱D/S，161/22.8kV或161/11.4kV)與二次變電所(Secondary Substation簡稱S/S，電壓69/22.8kV或69/11.4kV)。台灣輸電網路在簡化電壓層級之政策上，歷經1999年的921大地震之後全面檢討決定，對後續之新建高壓變電所以配電變電所(D/S)為主。依據「IEC-61400-21」的報告建議，風力併接變電所69kV以上的匯流排，會降低對電力品質之衝擊影響；再者，離岸區塊的容量皆為100MW以上，依據「台電再生能源發電系統併聯技術要點」之併聯系統分類，規定發電設備總容量在20MW以上者，得併接於特高壓系統。圖1為台北至屏東沿岸可併接之一次配電變電所

圖1、台北至屏東沿岸可併接之一次配電變電所

依據IEC-61400-21規範所述，於電網併聯衝擊分析上可分為電網設備、穩態電壓變動、併聯或解聯引起之電壓變動、電壓閃爍等，茲將說明如下：

(1)電網設備計算

電網設備需能夠負荷整個風場之十分鐘平均視在功率S_{A max 10 min}：

(2)穩態電壓變動

要求出風機於併接點引起之電壓變動率，需要先得知整個風場之一分鐘平均視在功率S_{A max 1 min}：

在併接點之穩態相對電壓變動（△U）之計算是依據整個風廠全部風機之一分鐘平均視在功率S_{A max 1 min}為依據，如下式推導，其中φ為風機相位角，是由功率因數cosφ=λ計算得知。

(3)併聯或解聯引起之電壓變動

風場因風機併聯(解聯)時而引起之電壓變動應該非常小，因為風場中所有風機不會同時啟動。通常，風場運轉系統會確保風機一個個依序的切入(啟動)，而不會有兩台或更多的風機同時啟動。相對電壓變動d_k之計算，是依據啟動於額定風速之電壓變動因數 。由於風機於額定風速切入轉接引起之電壓變動為最高，因此可以此作為風機之最壞情況的假設條件。

(4)電壓閃爍

風場因連續運轉而產生之閃爍失真，可依據單一風機連續運轉於某一電網阻抗角ψ_k及平均風速v_a時之閃爍係數c( ψ_k , v_a )來評估。而長期電壓閃爍P_lt以下計算評估：

由IEC 61400-21可知，當連續運轉時，長期電壓閃爍值P_lt等於短期電壓閃爍值P_st。而國外研究實測經驗顯示P_st與△V₁₀之比值為3，其中△V₁₀為每秒變化10次之等效電壓閃爍值，另國內實測結果亦證實P_st與△V₁₀之比值介於2~4，平均值約為3，因此△V₁₀為：