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高考申論題 109年 [電力工程] 電機機械

第 二 題

📖 題組:
一石化廠利用製程的剩餘蒸氣作為汽電共生廠發電機的動力來源,其安裝了三部10 MW的汽渦輪發電機組,其中發電機的額定4.16 kV,12.5 MVA,60 Hz,0.8 PF落後之兩極Y接同步發電機,同步電抗為1.2 Ω且電樞電阻為0.04 Ω。發電機1和發電機2的實功率-頻率特性曲線斜率為6 MW/Hz,發電機3之斜率為7 MW/Hz。
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

在此狀況下若任何一部發電機之額定均不超過,則三部發電機可供應之最大功率為多少?(10分)

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此題延續前題,探討最大總負載能力。因為三台發電機並接,所以它們的「頻率必然一致」,這意味著頻率下降量 $\Delta f$ 是相同的。因此,各機組輸出的功率比例始終固定為 $6 : 6 : 7$。既然發電機3分擔的比例最大,當系統負載逐漸增加時,發電機3必定會最先到達滿載(額定10 MW)。以發電機3達到 10 MW 為臨界條件,反推此時的系統頻率或頻率下降量,再計算另外兩台的輸出功率,最後加總即為答案。

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【考點分析】 考查並聯發電機組之最大容量限制,以及等頻率運轉條件下各機組負載分擔之比例關係。 【理論/法規依據】

小題 (一)

假設三部發電機之無載頻率皆調至61 Hz,當系統運轉頻率為60 Hz時,此三部發電機的實功輸出為何?(10分)

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本題測試同步發電機並聯運轉的「下垂特性(Droop characteristic)」。當發電機並接於同一系統時,系統頻率下降會促使各發電機增加實功率輸出。辨識出公式 $P = S_P \times (f_{nl} - f_{sys})$。題目已提供無載頻率、系統頻率與各機組的功率-頻率斜率,直接代入公式分別計算即可。給出的電壓、電阻、電抗是多餘資訊,不要被干擾。

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【考點分析】 考查同步發電機並聯運轉之負載分配,以及實功率-頻率下垂特性(Droop characteristic)之應用。 【理論/法規依據】

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