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地特三等申論題 112年 [電力工程] 電力系統

第 一 題

📖 題組:
請說明在電力系統穩定度分析時:(每小題10分,共20分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

等面積法則如何應用於計算臨界清除角?

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看到臨界清除角計算,應直覺聯想單機對無限匯流排 (SMIB) 系統的 $P-\delta$ (功率-相角) 曲線與搖擺方程式。利用「加速面積 $A_1$ = 最大可能減速面積 $A_2$」的物理邊界條件,列出積分等式,即可反解出極限狀態下的 $\delta_{cr}$。

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【解題思路】利用轉子動能守恆原理,令故障期間發電機轉子累積的「加速面積」等於故障清除後系統所能提供的「最大減速面積」,透過積分等式反解出臨界清除角 $\delta_{cr}$。 【詳解】 已知:

小題 (二)

說明若可恢復穩定時,如何計算搖擺之最大及最小角度?

思路引導 VIP

面對暫態穩定度分析,首要聯想「搖擺方程式 (Swing Equation)」與「等面積準則 (Equal Area Criterion, EAC)」。計算角度需從能量守恆出發:最大角度出現於加速動能完全被減速功抵消之處(加速面積=減速面積);最小角度則需探討初始穩態起點,或無阻尼振盪下回擺的能量守恆下限。

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【解題思路】利用等面積準則(Equal Area Criterion, EAC)與搖擺方程式(Swing Equation)之能量守恆原理,透過積分計算加速與減速面積來推導。 【詳解】 已知條件與基本定義:

📝 等面積法則與臨界清除角
💡 利用轉子動能守恆原理,藉由平衡加速與減速面積判定暫態穩定極限。

🔗 臨界清除角推導四步驟

  1. 1 參數定義 — 確立 Pm 與三階段 Pe(δ) 曲線方程式
  2. ↓
  3. 2 尋找邊界 — 由故障前求 δ0,由故障後曲線求 δmax
  4. ↓
  5. 3 面積積分 — 分別對加速區與減速區進行定積分
  6. ↓
  7. 4 穩定判斷 — 令 A1=A2 利用三角恆等式反解出 δcr
🔄 延伸學習:延伸學習:進一步結合擺盪方程式可求得臨界清除時間 (tcr)
🧠 記憶技巧:VIP 會員可查看這題的記憶口訣與速記法
⚠️ 常見陷阱:VIP 會員可查看這題最常被誘答的陷阱整理
暫態穩定度 擺盪方程式 (Swing Equation) 單機對無限匯流排 (SMIB) 系統

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