分散式發電與電力品質 (Distributed Generation and Power Quality) 第九章 分散式發電與電力品質 (Distributed Generation and Power Quality)

正規的配電系統透過電線傳送電能，從單一的電源送到多個負載。 因此，當有多個電源時，許多電力品質的問題就會產生。 DG會改善電力品質或是降低? 此問題兩邊都有支持者相互爭論，許多浮現的議題在此處被詳細檢閱。

9.1 DG的再現(Resurgence of DG) 1978年，美國公用電力事業管理法令(Public Utilities Regulatory Act, PURPA)通過，鼓勵再生能源及有效率、低污染的能源技術。 此項措施引起風力、太陽能、地熱發電、及燃氣汽電共生(結合熱蒸汽及電)設備的蓬勃發展。

9.1 DG的再現(Resurgence of DG) 有人預言我們可能回到高科技版本的原始電力系統。新技術將使得發電和負載一樣四處散佈，且互聯電力網規模可能變小(即微網)。 發電可能由再生能源或清潔、高效率的設備來提供動力。 能源分配將從電線轉移到含有許多類型燃料的管線，其中許多人認為最終會是氫氣。

9.1.1 DG益處的觀點 終端使用者觀點。終端使用者，因有備用發電來增進系統可靠度而獲得很大益處。 配電業者觀點。配電業者喜歡透過他們既有的電線網路及變電站來售電給終端使用者。DG可以用來減輕輸電及配電(T&D)的負擔，直到負載成長到需架設新的T&D設備為止。 商業電力生產者觀點。商業電力生產者喜歡以售電或相關服務進入電力市場。

9.1.1 DG益處的觀點 DG的缺點 電力公司關心電力品質問題。 終端使用者關心成本及維護問題。

9.1.2 互聯的觀點 互聯DG至電力公司系統也有對立的觀點。這是要建立互聯工業標準努力中很多爭議的來源。

圖9.1 終端使用者及發電機擁有者對互聯的觀點

圖9.2 配電規劃者對互聯的觀點

9.2.1 往復式引擎發電機組 (Reciprocating Engine Genset) DG應用技術最常見的就是往復式引擎發電機組。 此技術是最便宜的DG技術，通常是一般價格的1/2。 電力公司目前最喜歡移動式發電機組，它們被裝置在拖車尾，可以移到他們想要去的地方。 此技術的缺點之一是高NOx及SOx排放。嚴重限制了機組使用的時數，特別是柴油發電機組，每年可以運作的時間可能少到150小時。

圖9.3 柴油往復式引擎發電機組

9.2.2 燃燒（氣體）渦輪機 (Combustion(Gas)Turbines) 燃燒渦輪機常用於汽電共生的應用，大小從1到10MW並互聯至配電系統。 一種新的燃燒渦輪機技術，微渦輪機(microturbine)，已經使得許多人對DG再生興趣，被採用來結合熱與電的應用 。 此技術的主要優點之一是相當乾淨且體積很小。 微渦輪機發電效率常號稱有30%之高，但25%是較可能的值。因為它的低效率，單獨發電通常不具價格競爭力。然而，當與適當的熱負載結合成一組時，淨能源效率可超過60%。

圖9.4 微渦輪機結合熱及電力的裝置

9.2.3 燃料電池(Fuel Cells) 燃料電池佔用相當小的空間，非常安靜，而且運轉時幾乎沒有有害污染。 可用來結合熱及電的應用，以達到最佳的能源轉換效率。那些視未來為氫能源經濟的人認為，燃料電池是關鍵的能源轉換技術。 燃料電池基本上是一種電池，基於氫的轉換透過電化學程序來發出電力。它產生直流電壓，需要變流器來作為與交流系統連接的界面。 目前燃料電池的主要缺點是成本。燃料電池技術比往復式發電機組貴數十倍。

圖9.5 燃料電池為醫院產生電及熱

9.2.4 風力渦輪機(Wind Turbines) 風力發電容量成長得相當快速，在某些地區已經可與其它發電方法作價格上的競爭。 常見的應用是集合一群單機容量700至1200kW的風力機成為「風場」(wind farm)，最大總容量為200到500MW。 風力發電主要的電力品質議題是電壓調整(voltage regulation)。風力發電趨向設置於人口稀少的地區，相對於發電容量，電力系統較為脆弱。此將造成難以克服的電壓變動。

圖9.6 美國中西部的風場

9.2.4 風力渦輪機(Wind Turbines) 有三類主要發電機技術，它們被用於風力機的電氣界面： 傳統鼠籠式感應機(squirrel-cage induction machines)或繞線轉子式感應機(wound-rotor induction machines)。它們常輔以開關式電容器來補償虛功需求。 雙饋繞線轉子式感應機(Doubly fed wound-rotor induction machines)，它採用電力整流器來控制轉子電流，以提供虛功控制。 非電力頻率發電需要變流器界面。

9.2.5 光伏系統 當太陽照在太陽光電能系統時，它們發出直流電，並以變流器連接至電力公司系統。 9.2.5 光伏系統 當太陽照在太陽光電能系統時，它們發出直流電，並以變流器連接至電力公司系統。 淨計量(net metering)法令的通過，都使得屋頂式太陽光電能系統如雨後春筍般出現。 當系統建立之後，若能源可以提供，電的增量成本相當低，因能源基本上是免費的。 即使有政府計畫的獎勵誘因，初期投資成本仍相當高。裝置成本目前為$5,000到$20,000/kW。

圖9.7 屋頂式太陽光電發電系統

9.3 電力公司系統的界面 (Interface to the Utility System) DG引起的電力品質議題包括： 再生能源的電力變動，如風力及太陽能，可能引起電壓波動。 許多燃料電池和微渦輪機無法很適當的追隨負載作步階式改變，必需輔以電池或飛輪儲存設備，來達到備用電力應用所期盼的可靠度改善需求。 往復式引擎點火失誤可能導致持續且令人討厭的電壓閃爍，特別是被電力系統響應放大時。

9.3 電力公司系統的界面 (Interface to the Utility System) 電力系統界面主要的型式有 同步機 非同步(感應)機 電力電子變流器

9.3.1 同步機 它們是備用發電應用中主要的電機型態。 此機組在它設計容量之內可以追隨任何負載的變動、能忍受階梯式的負載變動。 9.3.1 同步機 它們是備用發電應用中主要的電機型態。 此機組在它設計容量之內可以追隨任何負載的變動、能忍受階梯式的負載變動。 很容易招來不經意的孤島效應。 可能提供短路電流並干擾電力公司的過流保護。 連結小型同步機到配電系統時，往往是在固定功因或固定虛功勵磁機控制下運轉。 若同步機比系統共同耦合點的容量還大，用它來調節電力公司系統電壓是可能的。 與電力公司電力系統比較，典型備用發電大小的發電機有很高的阻抗。

9.3.1 同步機 終端使用者期望能從互聯運轉完美的切換至獨立運轉，此事往往令人失望。許多想不到的後果實例有 9.3.1 同步機 終端使用者期望能從互聯運轉完美的切換至獨立運轉，此事往往令人失望。許多想不到的後果實例有 當發電機試圖供電給可調速驅動(ASD)負載時，諧波電壓失真會成長到無法忍受的程度。 當它們是以電力系統的電流貢獻來設計大小時，沒有足夠的故障電流來使斷路器跳脫或燒斷熔絲。 當電梯馬達啟動時引起的電壓驟降，會造成日光燈熄滅。

9.3.2 非同步（感應）機 以感應機來作為連接電力公司系統界面最簡單。 感應發電機是感應馬達，但驅動速度比同步速度稍快。 9.3.2 非同步（感應）機 以感應機來作為連接電力公司系統界面最簡單。 感應發電機是感應馬達，但驅動速度比同步速度稍快。 它們需要另一個電源提供激磁，可大大減低發生不經意孤島效應的機會。 操作一台感應發電機和操作一台大小相同的感應馬達實質上是一樣的。 主要的議題是一台簡單的感應發電機需要虛功(乏)來激磁此機組。 感應發電機通常會運用一組功因改善電容器來原地提供虛功率。但電容器組會與同一設備的諧波產生共振。

9.3.2 非同步（感應）機 感應發電機突然與電容器組隔離，可以繼續發電一段時間。 9.3.2 非同步（感應）機 感應發電機突然與電容器組隔離，可以繼續發電一段時間。 但這是未經調節的電壓，可能因快速脫離正常範圍而被偵測出來。然而，此情況常造成鐵心共振，並產生危險電壓。 一個圍繞在感應發電機旁的迷思是，電力公司系統故障時它不會饋入電流。 事實上如果供應感應機的電壓仍高於60%，那麼它就會像是同步機一樣持續饋入故障電流。

9.3.3 電力電子變流器 所有的DG技術，不管是發出直流電或是非電力頻率交流電，都必須使用電力電子變流器來作為與電力系統間的界面。 9.3.3 電力電子變流器 所有的DG技術，不管是發出直流電或是非電力頻率交流電，都必須使用電力電子變流器來作為與電力系統間的界面。 線換流型(line-commutated)變流器除了造成饋線失真之外，一個憂慮是此類型DG將產生大量的諧波頻率功率。 為了獲得更好的控制及避免諧波問題，變流器技術已變成切換式脈寬調變(switched pulse-width modulated)技術。

9.3.3 電力電子變流器 變流器以高速切換來產生電力頻率的正弦電壓或電流。切換頻率傳統上是電力頻率的50至100倍。 9.3.3 電力電子變流器 變流器以高速切換來產生電力頻率的正弦電壓或電流。切換頻率傳統上是電力頻率的50至100倍。 輸出端的濾波器將高頻部分衰減至可忽略的程度。然而，此高頻有可能引起電力系統的共振。 變流器最大的低階諧波(通常是5級)往往小於3%，其它級則經常被忽略。總諧波失真率是5% 以下。 當互聯到電力系統時，變流器基本上試圖要產生追隨電壓波形的正弦電流。 因此，它們將以單位功率因數產生電力。 變流器在DG應用上的優點之一是，當有麻煩被偵測出來時它可極快速被關掉。

9.3.3 電力電子變流器 變流器饋入電力公司側故障電流的能力，往往受限於IGBT開關的最大電流容量。 9.3.3 電力電子變流器 變流器饋入電力公司側故障電流的能力，往往受限於IGBT開關的最大電流容量。 符合IEEE標準929-2000的市電並聯型變流器有一個暗中發送的訊號，常試著要改變控制頻率。 其目的是要確保不經意的孤島效應能夠被偵測出來。 當與電力公司互聯時，電力系統的強度會壓倒暗中發送的訊號。 如果變流器突然與負載隔離，頻率將快速脫離，使此現象可被控制電路及外部電驛偵測出來。

圖9.8 現代切換式變流器簡化的架構圖

9.4 電力品質議題 受DG影響的電力品質議題有 持續停電。這是傳統可靠度的領域。假如負載電力中斷，許多發電機被設計來提供備用電力給負載。然而，某些案例顯示DG有可能會增加停電的次數。 電壓調整。一條配電饋線不作任何改變，其能容納多少DG，電壓調整是最常見的限制因素。 諧波。旋轉電機及變流器兩者都有諧波的疑慮，雖然以現代科技設計的變流器疑慮已較少了。 電壓驟降。這是特殊案例，因為DG可能會或可能不會有幫助。

9.4.1 持續停電 目前已裝置就定位的DG大部分都作為備用電力。最常見的備用發電技術是柴油發電機組。 9.4.1 持續停電 目前已裝置就定位的DG大部分都作為備用電力。最常見的備用發電技術是柴油發電機組。 並非所有的DG技術都可改善系統的可靠度。要達到改善目的，當電力公司系統無法供電時，DG必須有能力供給負載電力。 電力公司可藉由DG來改善可靠度，當部分傳送系統無法供電時，DG可支援此意外事故。

9.4.2 電壓調整 初步看起來，DG應該可以改進饋線的電壓調整。 發電機電壓控制比傳統分接頭變壓器及切換電容器更加快速及平順。 9.4.2 電壓調整 初步看起來，DG應該可以改進饋線的電壓調整。 發電機電壓控制比傳統分接頭變壓器及切換電容器更加快速及平順。 某些技術並不適合用來調整電壓。 例如簡單的感應機和大部分併聯型變流器，它們無法產生虛功率。 大部分電力公司不希望用DG來調整電壓，因為此將干擾到電力公司的電壓調整設備，並增加發生孤島現象的機會。且多部DG會互相干擾。

9.4.2 電壓調整 大於饋線容量30%的大型DG，當被設定來控制電壓時，需要特殊的通訊及控制機制來與電力公司電壓調整設備進行適當合作。 9.4.2 電壓調整 大於饋線容量30%的大型DG，當被設定來控制電壓時，需要特殊的通訊及控制機制來與電力公司電壓調整設備進行適當合作。 如果有大量、分散、小型、固定功率的DG加入，大的電壓變動也是可能的。 突然併聯或解聯這種發電機，可能造成相當大的電壓變動，並持續到被電力公司電壓調整系統確認為止。此可能需幾分鐘，所以變動應不能超過5%。

9.4.3 諧波 如果以閘流體為基礎、線換流式的變流器仍是標準配備，將會有諧波問題。 變流器所用的技術改成切換式可解決這種諧波問題。 9.4.3 諧波 如果以閘流體為基礎、線換流式的變流器仍是標準配備，將會有諧波問題。 變流器所用的技術改成切換式可解決這種諧波問題。 當切換式變流器裝設在系統上時，切換過程所產生的頻率有可能會造成共振，但不常發生。 旋轉電機產生的諧波並非都可忽略，特別是電網併聯運轉時。 電力公司系統扮演一個電壓中零序三倍頻諧波短路的角色，它可能會造成非常高的電流。

9.4.4 電壓驟降 最常見的電力品質問題是電壓驟降，但DG在幫忙減輕電壓驟降的能力上，有賴於發電技術的型態及其互聯的位置。 9.4.4 電壓驟降 最常見的電力品質問題是電壓驟降，但DG在幫忙減輕電壓驟降的能力上，有賴於發電技術的型態及其互聯的位置。 DG會影響與其連接負載匯流排的電壓驟降，主要是藉由供電變壓器阻抗的幫助，它提供了DG匯流排與電力公司系統電壓驟降源間某種程度的隔離。

圖9.9 DG在本地設備匯流排可以幫忙減少電壓驟降，但互聯變壓器的阻抗抑制了它對鄰近電力公司用戶的影響

9.5 操作衝突 沿著電力公司饋線裝設發電機，很自然會產生某些衝突，因為系統的原始設計假設只有一個電力來源。 9.5 操作衝突 沿著電力公司饋線裝設發電機，很自然會產生某些衝突，因為系統的原始設計假設只有一個電力來源。 在不作任何改變之下，某種程度的發電量可以被接受。但在某一程度後，衝突會太大而須對系統做某種程度的改變。

9.5 操作衝突 會造成電力品質問題的幾個操作衝突 電力公司故障清除需求 復閉 電驛的干擾 電壓調整議題 諧波(Harmonics) 9.5 操作衝突 會造成電力品質問題的幾個操作衝突 電力公司故障清除需求 復閉 電驛的干擾 電壓調整議題 諧波(Harmonics) 孤島(Islanding) 鐵心共振(Ferroresonance) 並聯電容器互動 變壓器連接

9.5.1 電力公司故障清除需求 傳統配電系統設計是DG與電力公司配電系統互聯操作時衝突的最大來源。 9.5.1 電力公司故障清除需求 傳統配電系統設計是DG與電力公司配電系統互聯操作時衝突的最大來源。 因為有太多的基礎建設要進行，我們無法考慮一個完全不同的配電系統設計以更適切的納入DG 。 DG必須被改造來適應電力公司系統的工作方式。 電力公司只以一組設備的操作來清除故障，其它DG設備必須獨立地偵測故障，以允許電力公司保護系統與DG分別完成清除和隔絕的程序。 從發電機可以感測到的訊息來看，這是不簡單的。

9.5.1 電力公司故障清除需求 傳統放射狀饋線過電流保護系統的主要設備中，最低層的元件是分支熔絲，其它的設備(復閉器及斷路器)被設計成可配合熔絲特性。 通常會有2到4條饋線掛在相同的變電站匯流排上。此設計主要是基於經濟上的考量。 這是最便宜的保護機制，能達到可以接受的配送電力可靠度。

圖9.10 電力公司配電饋線典型過電流保護

9.5.2 復閉 故障後復閉斷路器是很常見的實務，特別是整個北美地區。 9.5.2 復閉 故障後復閉斷路器是很常見的實務，特別是整個北美地區。 大部分的配電線是架空線，常見到暫時性故障。一旦電流被切斷且電弧消失，線間絕緣就會恢復。 復閉使得大部分用戶的電力恢復能在幾秒內完成。

9.5.2 復閉 復閉對DG來說產生了兩個特殊的問題： DG必須在初次復閉期間就解聯，以提供足夠時間讓電弧消失，而復閉成功。 9.5.2 復閉 復閉對DG來說產生了兩個特殊的問題： DG必須在初次復閉期間就解聯，以提供足夠時間讓電弧消失，而復閉成功。 復閉時的影響，特別是對那些使用旋轉機技術的DG系統，可能會對發電機或原動機造成危害。

圖9.11 DG必須在第一次復閉期間初期就解聯，來讓故障清除程序繼續進行

9.5.3 對電驛的干擾 DG可能干擾配電饋線過電流保護電驛系統的三個常見例子： 保護區域的變小 9.5.3 對電驛的干擾 DG可能干擾配電饋線過電流保護電驛系統的三個常見例子： 保護區域的變小 饋線斷路器「共鳴的」(Sympathetic)跳脫 熔絲節約(Fuse saving)的失敗

9.5.3 對電驛的干擾 保護區域變小 圖9.12描述保護區域變小的觀念。每一個過流電驛設備都有一個被設定的保護地帶，它是由最小的挑選電流值(pickup value)所決定。 某些人稱此為電驛的「觸距」(reach)。DG加入會降低電驛所能看到的電流，因而縮短了它的「觸距」。 此議題對位於饋線遠端的尖峰發電機來說是個特別的問題。 此發電機運轉在在尖峰負載層級，過流電驛正常來說對於高阻抗故障會非常靈敏。 DG加入有可能將許多應該被偵測出來的故障掩飾掉。

圖9.12 DG的饋入電流會減低電驛可偵測的範圍

9.5.3 對電驛的干擾 解決的方法包含： 降低電驛最小挑選電流值來擴大保護地帶。此對於接地電驛並不實際，因它們已被設定在非常靈敏的層級。 9.5.3 對電驛的干擾 解決的方法包含： 降低電驛最小挑選電流值來擴大保護地帶。此對於接地電驛並不實際，因它們已被設定在非常靈敏的層級。 增加一組線路復閉器來開創另一個保護地帶，使其擴張到超過饋線的遠端。 使用某種變壓器連接法來將DG對接地故障的貢獻降到最低，因為高阻抗故障很可能是接地故障。

9.5.3 對電驛的干擾 共鳴的跳脫 共鳴的跳脫描述斷路器沒有看到故障電流，但有其它斷路器看到故障電流，因「共鳴」而跟著跳脫的情形。 9.5.3 對電驛的干擾 共鳴的跳脫 共鳴的跳脫描述斷路器沒有看到故障電流，但有其它斷路器看到故障電流，因「共鳴」而跟著跳脫的情形。 電力公司配電饋線最常見的電路情況是DG反饋電流至接地故障點(如圖9.13)。 此問題主要的解決方法是使用方向性過流電驛。 共鳴的跳脫對電力品質的衝擊是許多用戶沒必要的被斷電。 DG也被迫離線，此對DG擁有者也是個問題。

圖9.13 DG饋入電流至其它饋線會讓饋線斷路器(B)發生不必要的跳脫

9.5.3 對電驛的干擾 熔絲節約 熔絲節約在電力公司過流保護機制中相當實用，特別是許多郊外地區。 9.5.3 對電驛的干擾 熔絲節約 熔絲節約在電力公司過流保護機制中相當實用，特別是許多郊外地區。 熔絲節約行動像是「賽馬」(horse race)，取環境中最佳者。 此對機械式復閉器是個挑戰，它要偵測故障並以夠快速的操作來防止熔絲元件的危害。 DG饋入電流加到熔絲電流中，使得此比賽更為緊繃。當DG的電流饋入量達到某個程度時，節省熔絲將不再可能。 在不改變系統的情況下，此現象限制了同步機DG能納入系統的數量。 當DG發電量達到和引起電壓調整問題同樣的層級時，熔絲節約協調將會失敗。

圖9.14 DG的饋入電流會讓節省熔絲策略失敗

9.5.3 對電驛的干擾 解決的方法包括： 提高分支熔絲的額定。保護帶內所有熔絲開關都必須更換，此花費將會很貴。 9.5.3 對電驛的干擾 解決的方法包括： 提高分支熔絲的額定。保護帶內所有熔絲開關都必須更換，此花費將會很貴。 簡單選擇放棄熔絲節約，特別是DG作間隔式連接時。 要求DG的變壓器連結方式，不能使DG電流饋入單相接地(SLG)故障點。

9.5.4 電壓調整議題 電壓調整議題是最有可能發生且會引起互聯的問題。 9.5.4 電壓調整議題 電壓調整議題是最有可能發生且會引起互聯的問題。 依賴DG來補足發電量的危險是它掩飾了系統上實際的負載成長，且電線也沒有足夠的基本容量來傳送電力。 電壓調整議題可能是一條饋線可以納入多少DG的最大限制之一。

9.5.4 電壓調整議題 決定某DG應用是否需要改變電力公司系統時可作一項測試。 9.5.4 電壓調整議題 決定某DG應用是否需要改變電力公司系統時可作一項測試。 此測試是在尖峰負載時DG突然發生解聯的情況下，去計算其電壓變化。 除非有快速反應的電壓調整設備能補償更大的變動，否則此變化應低於約5%。 此測試所算出能夠納入多少DG發電量，明顯的隨DG在饋線上的位置而定。 一個有用的分析是，沿著饋線各種距離下裝設DG，去決定系統能納入(系統沒改變)多少DG容量。

9.5.4 電壓調整議題 圖9.15描述當饋線上DG總容量很大時會發生的電壓調整問題。 此問題是當故障發生時，要求解聯所有DG所造成的後果。

圖9.15 當DG為了清除故障而強迫解聯時，電壓曲線的改變

9.5.4 電壓調整議題 如果有人為了 DG限制想建立一個5%的變化規範，將會有一個發電量限制對距離的曲線被畫出，如圖9.16所示。 9.5.4 電壓調整議題 如果有人為了 DG限制想建立一個5%的變化規範，將會有一個發電量限制對距離的曲線被畫出，如圖9.16所示。 如果一個DG應用計畫落在曲線的左側，它是可以被接受的。 如果落在右側，則須要更多的工程研究，以決定如何納入DG。

圖9.16 掃瞄DG應用時簡單的電壓改變測試

9.5.4 電壓調整議題 解決電壓調整議題的方案包括： 9.5.4 電壓調整議題 解決電壓調整議題的方案包括： 要求用戶負載與DG解聯。此法對於廣佈的住宅及小型商業負載並不實用。除此之外，很平順的轉移負載相當困難，且無論如何負載會遭受斷電衝擊，而削減了DG正面的可靠度益處。 裝置更多電壓調整器，每一個皆具有可比正常時間延遲30至45s的能力，然後再立刻改變分接頭設定。 允許DG比標準的5分鐘解聯時間更快速的復聯。此法可利用DG和電力公司系統控制設備間的直接通訊來更安全的執行。 限制DG在饋線上的數量。

9.5.4 電壓調整議題 另一個電壓調整議題涉及步階式電壓調整器(step-voltage regulators)，如圖9.17所示。 9.5.4 電壓調整議題 另一個電壓調整議題涉及步階式電壓調整器(step-voltage regulators)，如圖9.17所示。 電力公司電壓調整器常具有反向功率(reverse-power)特性，當饋線是由另一個電源供電時，它允許調整器繼續使用。 其邏輯是，當流經調整器的淨功率是反方向時，調整器會控制開關方向並且試圖調整原來的電源端電壓，所以調整器可以正常工作。 否則，此控制機制將試圖調整另一個電源側的電壓，而這是不可能的。 分接頭位置將通常會被推到一極端點或另一極端點，且停留在那裡。

圖9.17 超量的DG發電可能會愚弄線電壓調整器的反向功率設定

9.5.4 電壓調整議題 發電量變化快速的發電技術在配電饋線上將很難處理。 風力渦輪機發電是最困難的，因為很少有變電站會靠近風力機裝設地點。 9.5.4 電壓調整議題 發電量變化快速的發電技術在配電饋線上將很難處理。 風力渦輪機發電是最困難的，因為很少有變電站會靠近風力機裝設地點。 發電機通常裝設在離最近的變電站有數哩遠，其饋線上有許多切換電容器及一組電壓調整器。

9.5.4 電壓調整議題 在不改變控制設定之下，模擬圖9.18例子系統電壓約40分鐘所得結果如圖9.19所示。 9.5.4 電壓調整議題 在不改變控制設定之下，模擬圖9.18例子系統電壓約40分鐘所得結果如圖9.19所示。 正常來說，電容器一天會切換一次到兩次，而調整器分接頭可能會有12次左右的改變。 因此，讓電容器和調整器工作負擔如此沉重，幾乎可確定將造成設備提早故障。 一個解決方法是增加控制設定的範圍，使得設備動作次數變少。 當電壓變動太大時，主要的求助之道是建立一條專用的饋線給風力發電機使用。

圖9.18 不穩定的發電會引起電力公司電壓調整設備的過度負擔

圖9.19 風場連接如圖9.18所示，模擬其電容器切換及調整器分接頭的改變

9.5.5 諧波 DG的諧波來自變流器及某些同步機。 IEEE標準519-1192顯示，規範諧波電流注入的表中，發電機的限制值最為嚴格。 9.5.5 諧波 DG的諧波來自變流器及某些同步機。 IEEE標準519-1192顯示，規範諧波電流注入的表中，發電機的限制值最為嚴格。 一個新的失真問題因現代變流器而產生，切換頻率偶而會引發一次配電系統的共振。 同步機可能有三倍頻零序諧波問題。 此問題被備用發電設備經銷商所熟知。如果事先知情，大部分人會建議採用2/3繞組節距的機器，它可以在沒有此困難下與系統併聯。 如果有必要併聯一組會產生大量三倍頻諧波的機器，電感器可加在中性線上來限制諧波電流的流動。 當發電機是用來作備用電力需維持純粹接地時，一組短路開關會被接上。

圖9.20 含有大量三次諧波電壓失真的發電機在與電力公司併聯時可能會產生很大的三次諧波電流迴流

9.5.6 電力孤島 DG電驛無法偵測到電力公司斷路器打開的事實，而繼續供電給部分饋線，謂之孤島。 9.5.6 電力孤島 DG電驛無法偵測到電力公司斷路器打開的事實，而繼續供電給部分饋線，謂之孤島。 DG保護電驛通常會獨立執行它們的功能，並不理會其所連接的外界系統訊息。 DG繼續供電，其它用戶遭受此品質不良的電壓，傷害將持續。 DG意外供電給線路，會造成大眾及電力公司職員受傷。 當電力公司斷路器復閉時若DG仍連結在系統上，原動機、軸承、及機器元件的傷害都可能發生，此因三相不同步(out-of-phase)復閉的衝擊。

9.5.6 電力孤島 電驛是解決孤島議題的一種方法。主要的關鍵在於偵測電壓及頻率的偏移，看是否在互聯正常值界限之外。 9.5.6 電力孤島 電驛是解決孤島議題的一種方法。主要的關鍵在於偵測電壓及頻率的偏移，看是否在互聯正常值界限之外。 另一個反孤島現象的方法是要求互聯時DG的操作模式，它在不經意的孤島現象形成時可大大減低發電量等於負載量的機會： (1)如果變流器表現如電流源，且有一隱藏訊號經常試著將參考頻率移開頻帶，變流器的併聯運轉就很少會形成孤島現象。

9.5.6 電力孤島 (2)互聯DG需運轉在不試圖調整電壓的模式。 9.5.6 電力孤島 (2)互聯DG需運轉在不試圖調整電壓的模式。 當DG互聯在配電系統時，自動電壓控制應該避免，除非此發電機直接連結到控制中心，接受調度及切換跳脫訊號。 沒有調整電壓能力，負載和發電量的匹配必須幾乎完美，否則會被保護電驛偵測出來。

9.5.7 鐵心共振 鐵心共振是一種特別的共振，它的電感性元件是一種鐵心式的非線性特性元件。 9.5.7 鐵心共振 鐵心共振是一種特別的共振，它的電感性元件是一種鐵心式的非線性特性元件。 鐵心共振發生在當變壓器磁化感抗不經意的與電纜或功因電容器串聯時。 較大型DG的透過與電纜饋接的變壓器供電很常見。要求DG在電力公司系統發生事故時，第一時間解聯也很普遍。 此兩需求的結合可能導致常見的鐵心共振情況。

圖9.21 當上升桿熔絲燒燬，DG斷路器需打開時，會導致鐵心共振

圖9.22 概略性顯示D接變壓器磁化阻抗與電纜容抗的串聯

9.5.7 鐵心共振 圖9.23顯示計算所得的電壓，這是根據一個300kVA的D接變壓器，由30nF等效電容的電纜線連接。 9.5.7 鐵心共振 圖9.23顯示計算所得的電壓，這是根據一個300kVA的D接變壓器，由30nF等效電容的電纜線連接。 此高電壓及混亂的波形是因為變壓器被連續推進飽和後又推出。 與此變動相關的磁力會引起鐵心發出很大噪音。 這可能引起避雷器及變壓器本身的故障。 避雷器因熱故障，留下沒有受保護的變壓器。 然後變壓器可能故障，不是因熱效應就是因電介質故障。

9.5.7 鐵心共振 此情況對DG裝設來說並非唯一。 許多現代化商業設備是由電纜饋接變壓器來供電，當電力公司系統出現問題時，會與主網路系統解聯。 其目的是要切換到UPS系統或備用發電。 不幸地，它使得變壓器被隔絕且只有很少或沒有負載。

9.5.7 鐵心共振 一個普遍的規則是，在發電機和電力公司變電站之間不裝設線熔絲或單相復閉器。 9.5.7 鐵心共振 一個普遍的規則是，在發電機和電力公司變電站之間不裝設線熔絲或單相復閉器。 此法可防止發電機單相運轉，它不只會造成鐵心共振，而且會對旋轉電機造成熱危害。 此規則特別適用於以饋接變壓器供電的DG。 圖9.23所顯示的鐵心共振類型對負載量相當敏感 。如果此系統可以被安排成總是接到二次匯流排的電阻性負載，此共振可以被抑制消失。

圖9.23 D接一次側的鐵心共振過電壓例子

9.5.8 並聯電容器互動 電力公司在高負載期間使用切換式電容器來幫助支撐電壓。 9.5.8 並聯電容器互動 電力公司在高負載期間使用切換式電容器來幫助支撐電壓。 這些電容器組最常依本地訊息來控制，在預設的時間或負載量下切換。 當一個典型的電容器組切入時，2至3%的電壓升相當常見。 電容器開關獨立於發電機的控制之外，除非有特殊的通訊及控制功能加入協調調度。 並聯運轉的發電機通常維持固定功率輸出及功率因數。

9.5.8 並聯電容器互動 有種情況很容易發生，發電機和電容的總虛功輸出太大而造成高電壓。 9.5.8 並聯電容器互動 有種情況很容易發生，發電機和電容的總虛功輸出太大而造成高電壓。 當電容器是依時間切換或依電流大小切換時(無視電壓)，特別可能發生。 此時至少有三件事可能發生而使得發電機跳脫： 發電機控制設備在其端點感測到過電壓，而試圖降低場電流來補償。 然而，電力公司系統會擊敗發電機，電壓拉回，使得發電機場電流需再次降低，直到低到機器無法安全運轉為止。

9.5.8 並聯電容器互動 2. 發電機達到其電壓極限時，虛功會流回機器中。 當它達到某個程度，發電機保護設備會認為這就是故障。 9.5.8 並聯電容器互動 2. 發電機達到其電壓極限時，虛功會流回機器中。 當它達到某個程度，發電機保護設備會認為這就是故障。 3. 不產生虛功的DG只因過電壓就跳脫了。

圖9.24 典型配電饋線採用很多切換式電容器組，可能會與發電機激磁控制產生互動，而引起不必要的跳脫

9.5.9 變壓器連接 互聯用的供電變壓器對電力品質會有很大的影響，這如同DG一樣。 常見的三相變壓器連接方式其優點及缺點在本節中被討論。

9.5.9 變壓器連接 接地Y-Y連接 這是北美地區三相負載最常見的連接方式。 9.5.9 變壓器連接 接地Y-Y連接 這是北美地區三相負載最常見的連接方式。 它之所以受歡迎是因為它降低了饋接負載時發生鐵心共振的機會，且當被切換或維修時有較少的操作限制。 對於協助DG互聯通常也表現的相當不錯，但還是有一些爭議。

9.5.9 變壓器連接 優點包含： 電力公司側電壓相角不會移轉。 這使得DG保護電驛偵測電力公司故障時能更加確定。 9.5.9 變壓器連接 優點包含： 電力公司側電壓相角不會移轉。 這使得DG保護電驛偵測電力公司故障時能更加確定。   鐵心共振憂慮較少，但仍會發生。   缺點包含： 允許DG饋入所有型態的故障電流給電力公司系統。 無法阻止零序諧波電流的流動，此諧波可能會由某種型態的發電機產生。

9.5.9 變壓器連接 D-Y連接 這是北美地區排名第二順位，但歐洲地區最常見的三相負載連接方式。 9.5.9 變壓器連接 D-Y連接 這是北美地區排名第二順位，但歐洲地區最常見的三相負載連接方式。 它在任何情況下供電給負載都很受歡迎，除了考慮此連接方式會提升電纜饋接系統鐵心共振的靈敏性之外。

9.5.9 變壓器連接 優點包含： 饋入電力公司側的故障電流較少。 從DG來的三次諧波不會進入電力公司系統。 9.5.9 變壓器連接 優點包含： 饋入電力公司側的故障電流較少。 從DG來的三次諧波不會進入電力公司系統。 對電力公司側SLG故障所引發的電壓驟降可提供某種程度的隔離。 缺點包含： 很難單獨利用電壓電驛在二次側偵測出某些SLG故障。  電纜饋接對鐵心共振很敏感。  DG中的三次諧波可能在二次側中性線引發過量的電流。 如果SLG故障引發孤島現象，電力公司避雷器將遭受過電壓衝擊。 如果SLG故障將避雷器困在孤島中，且負載很低，可能會造成共振過電壓。

圖9.25 D-Y變壓器連接

9.5.9 變壓器連接 D-D或不接地Y-D連接 雖然不是主流，但此連接方式在商業及工業負載中仍很常見。 由DG供電時，兩者有相似的表現。 9.5.9 變壓器連接 D-D或不接地Y-D連接 雖然不是主流，但此連接方式在商業及工業負載中仍很常見。 由DG供電時，兩者有相似的表現。 此兩者都不是新設DG者喜愛的連接方式，但可能會在舊系統中用戶想併聯DG時看到。 一些變流器型系統(燃料電池、太陽光電能、微渦輪機等)希望DG側是不接地連接，因為變流器的直流側已接地。 此法往往是藉由隔離變壓器而非主供電變壓器來完成。然而，這些連接方式中任何一種都可以。

9.5.9 變壓器連接 優點包含： 對帶有單相的小型三相負載供電時，此變壓器裝置更為經濟。 負載隔離於電力公司側接地故障之外。 9.5.9 變壓器連接 優點包含： 對帶有單相的小型三相負載供電時，此變壓器裝置更為經濟。 負載隔離於電力公司側接地故障之外。 DG一般來說不會饋入接地電流至電力公司側，除非發生共振。 可提供變流器型系統所需要的不接地連接方式。  

9.5.9 變壓器連接 缺點包含： 電力公司側SLG故障不易偵測。 9.5.9 變壓器連接 缺點包含： 電力公司側SLG故障不易偵測。 如果SLG故障引發孤島現象(見圖9.26)，電力公司的避雷器會遭受穩態過電壓衝擊。 這些連接方式對電纜饋接裝設發生鐵心共振有高度敏感性。 對電力公司的維修切換有更多的限制。 在一次側需裝設三相切換開關，因為如果有人想執行單相切換會發生很多問題。此將增加互聯的成本。

圖9.26 SLG故障時，以非接地供電變壓器連接來隔離DG可能會導致避雷器故障

9.5.9 變壓器連接 接地Y-D連接 許多電力公司工程師相信，這是將發電機互聯到電力公司系統最好的繞線連接方式。 9.5.9 變壓器連接 接地Y-D連接 許多電力公司工程師相信，這是將發電機互聯到電力公司系統最好的繞線連接方式。 這幾乎是所有集中式發電廠所使用的連接方式。 儘管有這些好處，我們可能很驚訝的發現此連接法並不適合在配電系統上使用。 除非有很詳盡的研究及特殊的考量，但結果很可能是需要花很多成本來修改系統。 事實上，某些配電系統不可能採用此種連接方式，因為它會造成其它用戶的不便。

9.5.9 變壓器連接 接地Y-D連接有許多優點，包含： 電力公司側故障很容易偵測，部分原因是變壓器本身主動參與了接地故障。 9.5.9 變壓器連接 接地Y-D連接有許多優點，包含： 電力公司側故障很容易偵測，部分原因是變壓器本身主動參與了接地故障。 發電機產生的三倍頻諧波電壓不會引起任何電流流動，因為它被D繞組所阻斷。 因此，幾乎任何發電機都可以以此連接方式併聯。 基於電力公司多年的發電經驗，保護機制相當清楚。

9.5.9 變壓器連接 此種連接方式往往被認為是「接地源」(ground source) 。 9.5.9 變壓器連接 此種連接方式往往被認為是「接地源」(ground source) 。 因為它會貢獻接地電流且通常會瓦解饋線上接地電流電驛的協調。 其它連接到相同變電站匯流排的饋線也可能會瓦解。

圖9.27 接地Y-D連接扮演「接地源」饋入接地電流的角色

9.5.9 變壓器連接 為了清楚起見，發電機所貢獻的電流並沒有顯示在圖9.27中。 9.5.9 變壓器連接 為了清楚起見，發電機所貢獻的電流並沒有顯示在圖9.27中。 此電流貢獻和饋接至短路點的DG容量有關。某些情況下，變壓器單獨貢獻的電流會比較大。 當出現在配電系統時，此特性可能有一些不好的邊際效應： 增加故障電流表示加重故障點的危害，此終將導致更長時間的持續性斷電及可靠度降低。 其它饋線故障時，此連接方式很可能引發饋線斷路器不必要的跳脫。 變壓器提供接地電流給其它連到相同變電站匯流排的饋線。 許多用戶本來只應看到電壓驟降，此時將遭受停電的衝擊。

9.5.9 變壓器連接 必須提高接地跳脫電流設定，且採用更長的延遲以維持保護協調。 9.5.9 變壓器連接 必須提高接地跳脫電流設定，且採用更長的延遲以維持保護協調。 此將造成故障保護的遲鈍。(另一個方法是使用方向型過流電驛。) 接地故障引發的電壓驟降通常會變得更深一點(變壓器使得系統顯現更加牢固的接地)。 如果試圖執行熔絲節約政策，故障饋入電流可能比DG本身提供的還大，會使得此政策難以達成。

9.5.9 變壓器連接 當接地故障發生時，變壓器本身會遭受短路故障電流的衝擊。 對於阻抗小於4%的小型變壓器組而言，此點特別真實。 9.5.9 變壓器連接 當接地故障發生時，變壓器本身會遭受短路故障電流的衝擊。 對於阻抗小於4%的小型變壓器組而言，此點特別真實。 所以通常必須訂作特殊的變壓器。 變壓器也遭受故障熱衝擊(failure thermally)，因為饋線負載很少平衡。 因此，變壓器將表現的如同是零序負載電流的排水洞一般。  

9.6 低壓配電網路上的DG 最常見的配電結構是放射狀配電。 然而，在大都市中，有些電力公司使用低壓網狀(low-voltage network)配電的方法。 這些低壓網狀系統有兩種主要的型態。 二次網路(secondary network)(也稱為區域網路(area network)、格子網路(grid network)、或街道網路(street network))及點網路(spot network)。

9.6 低壓配電網路上的DG 二次網路從三相的低壓方格中供電給許多場所，通常是許多城市區塊。 點網路供電給單一場所，通常是整棟大樓或其一部分。 街道網路和點網路是由兩條或更多的配電饋線來供電。 並透過稱為「網路單元」(network units)的整合型變壓器/斷路器/保護組合設備來完成。

圖9.28 點網路安排

9.6.1 網路運轉的基本理論 正常運轉時，點網路由所有的饋線同時供電，且網路變壓器低壓二次側並聯在點網路匯流排上。 9.6.1 網路運轉的基本理論 正常運轉時，點網路由所有的饋線同時供電，且網路變壓器低壓二次側並聯在點網路匯流排上。 當一次饋線故障時，為了讓點網路能繼續運轉，每一條饋線都配備了網路單元。 內含低壓斷路器，稱為「網路保護器」，及方向性功率電驛，稱為「網路電驛」或「主電驛」。 當一條一次饋線故障時，網路電驛會感測到反向的功率流動(從網路流向一次饋線)，而打開網路保護器。 因此，將故障饋線與網路匯流排隔開了，並允許繼續供電給網路而沒有中斷。

圖9.29 網路一次饋線故障

9.6.2 網路互聯議題的結論 從點網路送出功率或甚至由DG供電給整個設備負載是不實在的，因為網路單元採用反向功率保護方法。 9.6.2 網路互聯議題的結論 從點網路送出功率或甚至由DG供電給整個設備負載是不實在的，因為網路單元採用反向功率保護方法。 如果DG發電超過現場負載量，即使是暫時，功率會從網路流向一次饋線。 網路電驛就會打開網路保護器，將網路和電力公司供電系統分離。 根據ANSI/IEEE標準C57.12.44-1994所設計的網路保護器，並沒被要求需承受DG在網路上時開關打開兩端電壓相位差達180o。 它們也沒被要求需在比低壓網路系統更高的X/R比值下中斷故障電流。 新墨西哥州網路上新設的DG裝設測試中，網路保護器嚴重的故障顯示出此問題的真實性。

9.6.2 網路互聯議題的結論 從同步DG傳送到外界故障點的電流可能會引起網路保護器開路，而使得網路分離。 圖9.30顯示這是如何發生。 9.6.2 網路互聯議題的結論 從同步DG傳送到外界故障點的電流可能會引起網路保護器開路，而使得網路分離。 圖9.30顯示這是如何發生。 如果網路保護器打開，將網路、DG與電力公司系統分離。 網路電驛可能會一再試著想要復閉網路保護器，這會引起保護器毀壞及網路單元災難性故障的可能。

9.6.2 網路互聯議題的結論 網路電驛是放在一防水箱內整合型組合設備的一部分，往往被安裝在街道地底下。 9.6.2 網路互聯議題的結論 網路電驛是放在一防水箱內整合型組合設備的一部分，往往被安裝在街道地底下。 並不像傳統電驛控制機制那般容易修改。 重新參考圖9.28，如果匯流排連結斷路器(tie breaker)被打開或是由第二個變電站供電給網路，在輕載之下。 保護器開開關關(cycling)的情況可能會發生。DG加到網路匯流排上會使得此種情況更加糟糕。

圖9.30 從本地同步發電機來的故障電流

9.6.3 DG在網路上的結合技術 利用新技術的優點。 變流器型DG有故障電流不高的優點，大約是變流器正常負載電流的100到200%左右。 且變流器能很快速反應，而以訊號去控制它的功率輸出量。

圖9.31 點網路上的變流器型DG

9.6.3 DG在網路上的結合技術 DG連上網路最重要的觀念是當地發電量決不能超過當地負載量，有三個方法可採用： 圖9.31例利用一個連結線(tie-line)負載控制機制，它感測進入設備的總功率並調整DG輸出以確保功率流動總是向內。 慎選DG的大小，使其小於網路上曾有的最小負載量，並預留一個大型負載突然切離的忍受餘裕。 加總進入網路的功率，並且當向內的功率流量小於某安全值時，將DG跳脫。

9.6.3 DG在網路上的結合技術 以上三種方法都是藉由限制DG發電量，使其少於當地負載量，來避免網路保護器被打開。 值得注意的是，如果開開關關是一個問題的話，這些技術可以用來決定不會再開開關關的最小負載量。 因為網路電驛反應快速，可能沒有足夠的時間來測量功率流動及作出控制決策。 此問題可藉由調整網路電驛使其能在低的反向功率時表現時間延遲來舒緩，而所謂「低的」是反向功率小於網路變壓器額定時。 當一次饋線發生多相故障期間，反向功率處於高水準，此時網路電驛依然會即時動作。 圖9.32顯示時間延遲型網路電驛的可調特性。

圖9.32 可調式反向功率特性

9.7 DG選址 DG對於電力傳送系統的價值非常依賴於時間和位置。 明顯可選擇的地點是變電站，有足夠的空間，與控制中心的通訊也較方便。 然而，要支撐配電饋線，DG位置必須放在遠離變電站的饋線上。 不幸地，此種發電機通常屬於用電戶所有，配電規劃員並不願依賴它來補充發電量。

圖9.33 DG選址來釋放饋線過載限制

9.7 DG選址 圖9.33三個較大的爭議是： 如果不管饋線，只有DG用戶看到可靠度的改進。這在供電可靠度指標上並沒有明顯的改善。 用戶的發電無法作到當需要時就可開始。因此，可靠度不能期望會被改善。 以此種方式運用用戶發電機，將掩飾掉實際的負載成長情況。線路設備投資會落後需求，增加配電系統終究還是無法供電給負載的危險。

9.7 DG選址 如果必須要在配電饋線上選擇一個地點，那DG應該放在何處呢? 最佳的DG選址問題和最佳的並聯電容器選址問題類似。 許多相同的演算法都可以使用，主要的不同是，加上去的東西除了虛功外還會產生實功。 DG要連到饋線那個位置，電力公司通常沒有選擇餘地。 此位置是給用戶發電機用的，而電力公司能作的是去決定此位置是否對電力傳送系統有容量相關的價值。

9.7 DG選址 最佳選址演算法可被用來評估另一個地點的相對價值。 DG在某地點的價值其衡量指標是，可以增加的負載量比上DG的大小。 另一個愈來愈普遍的應用是，利用DG來應付偶發事故(contingencies)。

圖9.34 DG增加配電饋線容量的能力和DG的位置有關

9.7 DG選址 一個DG很有潛力、很經濟的應用是當作饋線的支援，當饋線需要切換到另一個電源而此電源正在修理時。 當連結開關的任何一邊發生故障，原本打開的連結開關就會關閉，以接受另一邊來的負載。 此時DG會被聯結並調度以協助支援備用饋線。 將DG以此方式配置，可讓電力公司獲得額外的彈性及更多的架構選擇。 目前，此應用上最常用的DG技術就是柴油引擎發電機組。 發電機組可以安裝在可移動的拖車上，且只在尖峰負載季節而某次特別的偶發事故使得系統變得脆弱時出租。

圖9.35 DG選址在靠近兩條饋線間的連接點上，有助於支援偶發事故

9.8.1 工業標準努力成果 美國有兩套主要的互聯標準努力成果。 9.8.1 工業標準努力成果 美國有兩套主要的互聯標準努力成果。 IEEE 標準929-2000被發展來滿足太陽光電發電系統變流器與電力公司互聯時的需求。 此標準已被應用到所有需要變流器界面的技術。 此標準主要議題之一是反孤島(anti-islanding)機制。 另一套與其競爭的努力成果是IEEE標準P1547的發展，它在這本書出版時尚未被批准。 其目的是希望能發展一套國際標準來規範所有型式DG互聯到放射狀或網狀配電系統的情形。

9.8.2 互聯要求 將DG互聯到電力公司配電系統，基本的要求如下 電壓調整 反孤島(Anti-islanding) 故障偵測。 9.8.2 互聯要求 將DG互聯到電力公司配電系統，基本的要求如下 電壓調整 反孤島(Anti-islanding) 故障偵測。 直接切換跳脫(選用)。

9.8.2 互聯要求 電壓調整 DG互聯時並沒有企圖想去調整電壓，除非先與電力公司達成特殊協議。 9.8.2 互聯要求 電壓調整 DG互聯時並沒有企圖想去調整電壓，除非先與電力公司達成特殊協議。 此通常表示DG將操作在系統運轉時可接受的固定功因或固定虛功輸出。 併聯運轉模式的變流器典型上會以發出與電壓同相的電流來操作，來獲得特定的功率輸出。

9.8.2 互聯要求 反孤島(Anti-islanding) DG應該要有可偵測出系統發生孤島現象的電驛，並與電力系統解聯。 9.8.2 互聯要求 反孤島(Anti-islanding) DG應該要有可偵測出系統發生孤島現象的電驛，並與電力系統解聯。 變流器應符合IEEE標準929-2000，如此當與電力公司電源隔離時，它們的頻率就會很自然的漂移。 在敏感的DG應用中應有電驛可以偵測出發生共振的情況。

9.8.2 互聯要求 故障偵測 DG應有電驛可偵測出電力公司系統側的故障，並在0.16到2s的時間延遲之後解聯，此時間會依其偏離正常值多大而定。 DG應該在第一次清除暫時故障的復閉期間趁早解聯。(電力公司可能必須延長第一次復閉期間，以確認此事可完成。) 然而，為了防止不必要的DG跳脫，跳脫速度不可太快。0.16s(60Hz時的10個週期)的延遲是為了在DG發生不必要的跳脫之前讓輸電系統或鄰近饋線有清除故障的時間。

表9.1 DG互聯至60Hz系統時典型的電壓和頻率電驛設定 情　況 清除時簡，秒 V50% 0.16 50%<V88% 2.0 110%<V120% 1.0 V>120% f<59.3 Hz f>60.5 Hz

9.8.2 互聯要求 直接切換跳脫(選用) 對於很難偵測孤島現象及電力公司故障，或不可能與電力公司故障清除設備協調時，應採用直接切換跳脫機制。 如此DG互聯斷路器將與電力公司斷路器同時跳脫。 DG以自動電壓控制設備運轉比較可能支撐一個不經意的孤島現象，此時切換跳脫通常是明智的。 切換跳脫成本相當昂貴，通常只應用在大型DG系統。

9.8.3 簡單的互聯 應用在小型系統 小型DG常見連結於二次電壓層級的負載匯流排。主要的DG界面保護功能是 9.8.3 簡單的互聯 應用在小型系統 小型DG常見連結於二次電壓層級的負載匯流排。主要的DG界面保護功能是 (1)過/低(O/U)電壓(27/59電驛) (2)過/低頻率(81 O/U電驛) 這些電驛可以讓發電機斷路器或主變壓器斷路器跳脫，看所需的操作模式而定。 如果DG系統是用來作備用發電，主變壓器斷路器也將跳脫，這樣DG系統可以離線繼續供電給負載。

9.8.3 簡單的互聯 過/低電壓電驛有責任去偵測電力公司側的干擾。 它應該不會有頻率偏移，一直到電力公司的故障阻斷器打開。 9.8.3 簡單的互聯 過/低電壓電驛有責任去偵測電力公司側的干擾。 它應該不會有頻率偏移，一直到電力公司的故障阻斷器打開。 如果故障很靠近發電機互聯點且電壓驟降很深，過流電驛也會看到此故障。 一旦配電饋線從電力公司主系統被分離成一種孤島型式。 然後，電壓和頻率電驛將合作來偵測孤島現象。 我們一般會期望電壓會崩潰得非常快並被低壓電驛偵測出來。 如果因為某種理由此事並未發生，互聯下頻率應該會快速漂移到超出預計的窄頻寬之外，如此81O/U電驛將可偵測到它。

圖9.36 較小型發電機的簡單互聯保護機制

9.8.4 複雜的互聯 為大型同步發電機設計，相當複雜的互聯保護機制。 它採用了一次側復閉器。 9.8.4 複雜的互聯 為大型同步發電機設計，相當複雜的互聯保護機制。 它採用了一次側復閉器。 安裝在配電系統的大型DG，典型上發電量在1到10MW之間。 超過此發電量的發電機大部分都互聯到輸電層級，其電驛保護類似於電力公司集中式電廠。

圖9.37 附有高壓側復閉器的大型同步發電機之保護機制 圖9.37 附有高壓側復閉器的大型同步發電機之保護機制

9.8.4 複雜的互聯 一次側 27/59：標準過/低電壓電驛。此為故障及孤島偵測的主要方法。 9.8.4 複雜的互聯 一次側 27/59：標準過/低電壓電驛。此為故障及孤島偵測的主要方法。 可用於阻止斷路器關閉，直到電力公司系統出現電壓為止，或者可能要有另一個電驛來完成這個目標。 81 O/U：標準過/低頻率電驛，用來作孤島偵測。  47：負序電壓電驛(選用) 。這是一個後備方法，用來偵測電力公司側故障，在某些情況下，它比用電壓大小來偵測更加靈敏。 除此之外，它可幫助防止發電機因不平衡而引起的危害，雖然有另一個相同功能的電驛在那裡了。

9.8.4 複雜的互聯 59I：瞬時(尖峰)過電壓。這是一個輔助孤島偵測的功能。在鐵心共振或其它共振很可能發生時可採用。 9.8.4 複雜的互聯 59I：瞬時(尖峰)過電壓。這是一個輔助孤島偵測的功能。在鐵心共振或其它共振很可能發生時可採用。 此共振為當電力公司側電容器與發電機感抗產生互動時將可能會發生。 因為那種過電壓可能很快造成傷害，其時間延遲比其它電驛要短很多 – 但又不能太短，會因電容器切換暫態而跳脫。 59N (或59G)：中性線或接地過電壓。此電驛是安裝在比壓器開D連接的角落。 它是一個輔助故障及孤島偵測的電驛，可測量零序電壓。此將偵測到發電機因SLG故障而變成孤島的情況。 當變壓器一次側是D或未接地-Y連接時更加需要。

9.8.4 複雜的互聯 發電機側 50/51：過流電驛。負責發電機系統內部發生故障時讓主斷路器跳脫。 9.8.4 複雜的互聯 發電機側 50/51：過流電驛。負責發電機系統內部發生故障時讓主斷路器跳脫。 也可以在電力公司系統故障，而發電機饋入電流時跳脫。因此，其時間延遲必須與其它電驛做協調，以免常發生不必要的跳脫。 在變壓器的46電驛：負序電流。協助電力公司側故障的偵測，特別是開路情形，且讓主斷路器跳脫。 (發電機有另一個46電驛。)  25：同步電驛。當發電機正要連接到電力公司時，控制主斷路器的關閉。 (如果許多發電機是分開互聯，此機制在個別的發電機上也需要同步的檢查電驛。)

9.8.4 複雜的互聯 發電機保護 87G：差動接地電驛。發電機內部接地故障的快速偵測。 9.8.4 複雜的互聯 發電機保護 87G：差動接地電驛。發電機內部接地故障的快速偵測。 51G：接地過電流。中性線電流高時讓發電機跳脫，這顯示在系統二次側有接地故障。 32R：反向功率電驛。此電驛偵測流入發電機的功率，表示有故障發生。可以設得非常靈敏。 40：場電驛(field relay)損失。 46：負序電流。保護機器免於受過量不平衡電流之害，它可能是由於內部故障所引起，但也有可能是電力公司的系統不平衡。 50/51：過流電驛。保護發電機免於受過量負載及發電機斷路器任何一邊的故障電流之害。

9.9 結論 互聯DG到配電系統是相當棘手的事情-像是纏結在一起的電力品質問題。 然而，當DG的設置量很低時，其應用可能遇到的問題還非常少。 9.9 結論 互聯DG到配電系統是相當棘手的事情-像是纏結在一起的電力品質問題。 然而，當DG的設置量很低時，其應用可能遇到的問題還非常少。 一個通用的原則，當總互聯DG容量接近饋線容量的15%時，問題就會開始出現。 電壓調整往往是第一個出現問題，然後就是與電力公司故障清除程序的界面問題，它包含孤島的憂慮。 系統可以作一些改變來容納幾乎所有的DG。 當DG的量持續增加時，我們可能必須放棄簡單、低價的配電系統設計，轉而支持另一種更有能耐的設計。