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moea_joint_essay 104年 [電機] 電力系統與電機機械、電磁學

第 二 題

📖 題組:
有一電力系統如【圖 1】之線路電抗為 0.05 p.u.,負載需量分別為 SL1=20+j5 p.u.、SL2=10+j15 p.u.,其中 G1 產生 10 p.u.,剩餘 10 p.u.由輸電線路代送(Vbase:161 kV、VAbase:100 MVA),請依下列問題作答:
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

在︱V1︱ =1.05 p.u.、︱V2︱ =1 p.u. 時,SG1、SG2 各別提供之 QG1、QG2 容量(MVAR)為何?(10 分)
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利用電力潮流方程式求出送受端無效功率,再利用各節點的無效功率平衡 (QG - QD = Q_line) 求出各發電機應提供的無效功率。注意基準值換算至MVAR。

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同樣由實功流動 P21 = 10 p.u. 求出角度差: P21 = (|V1||V2|/X)sin(δ21) => 10 = (1.051/0.05)sin(δ21) => 21sin(δ21) = 10 => sin(δ21) = 10/21 ≈ 0.4762。 cos(δ21) = √(1 - 0.4762^2) ≈ 0.8793。

小題 (一)

當︱V1︱=︱V2︱=1 p.u.時之線路無效功率總損失(p.u.)。(計算至小數點後第 2 位,以下四捨五入)(5 分)
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先求出流經輸電線路的實功率 P,再利用兩端電壓大小及相角差計算電流或無效功率損失。無效功率損失等於 I^2 * X。

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已知 G1 產生實功 10 p.u.,而母線 1 負載為 20+j5 p.u.。 為供應母線 1 的實功負載,線路需代送實功 P12。根據題意「剩餘 10 p.u.由輸電線路代送」,意即從母線 2 流向母線 1 的實功 P21 = 10 p.u.。 線路阻抗 Z = j0.05 p.u.,無電阻,故實功無損失,P21 = -P12 = 10 p.u.。

📝 電力系統潮流分析
💡 運用功率傳輸方程與節點平衡,計算發電機無效功率輸出。

🔗 無效功率求解步驟

  1. 1 相角求解 — 利用 P 公式求出 sinδ 並推導 cosδ
  2. ↓
  3. 2 線路功率 — 套用 Q 公式計算各母線送至線路之功率
  4. ↓
  5. 3 節點平衡 — 加總負載需求與線路流出功率求發電機值
  6. ↓
  7. 4 單位換算 — 將標么值(p.u.)乘上基值轉為 MVAR
🔄 延伸學習:延伸學習:電力系統中,電壓相角差主導實功,幅值差主導無效功率。
🧠 記憶技巧:先求相角再求Q,節點平衡不漏掉,標么換算記心頭。
⚠️ 常見陷阱:計算 Q12 與 Q21 時忽略流動的方向性差異;在計算 cosδ 時容易代錯三角函數值;最常忘記最後要乘上基值 100MVA。
標么系統 電力潮流方程式 無效功率補償

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