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高考申論題 114年 [電力工程] 電機機械

第 一 題

📖 題組:
一發電廠共有三部並聯運轉的同步發電機,每部規格300MVA,20kV,0.9 PF 落後,其有相同的轉速下降特性。發電機之原動機上調速機(governors)滿載到無載之間產生3Hz的轉速下降。其中兩部在60Hz下供應穩定功率250MW,而第三部發電機負責系統上負載的變化增量,使系統頻率維持在60Hz。試求:(每小題10分,共20分)
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (一)

當系統的總負載為600 MW 時其系統頻率為60 Hz,則系統中每部發電機的無載頻率為何?

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面對多部同步發電機並聯且具有轉速下降特性(Speed Droop)的題目,首要任務是建立「發電機功率-頻率(P-f)特性方程式」。首先需利用給定的額定視在功率與功率因數求出滿載實功率,進而算出頻率下降斜率。接著根據能量守恆分配各機組負擔的實功,最後利用線性方程式反推各機組設定的無載頻率。

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【解題關鍵】利用發電機的功率-頻率下降特性方程式:$f_{sys} = f_{nl} - m \times P_{out}$,求出特性斜率 $m$ 後,代入各機組目前的實功輸出反推其無載頻率。 【解答】 計算:

小題 (二)

若系統的負載增加到700MW 時且發電機之調速機設定點不變,新的系統頻率將為何?

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看到這類發電機並聯與調速機(Governor)特性題目,首先應利用「發電機視在功率 × 功率因數」求出滿載實功率,進而計算出調速機的轉速下降率斜率(MW/Hz)。接著釐清初始狀態的系統總負載(兩部基載各 250MW,第三部視為 0MW 負責調頻),最後利用總負載變化量與系統總合成斜率,求出在設定點不變(無二次調頻介入)下的新系統頻率。

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【解題關鍵】利用發電機滿載實功率求出調速機轉速下降斜率 $S_P$,並透過 $\Delta P = -K_{sys} \Delta f$ 求解系統頻率變化。 【解答】 Step 1:計算單部發電機滿載實功率與調速機斜率

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