民國115年 高考三級 電力工程 電力系統
第4題
圖4 為一個60 Hz 獨立運轉之三相電力系統，遭遇大型發電機組跳機事 故時，產生的低頻變動響應。圖4 標示出(1)～(3)三區間的頻率走勢曲 線。 說明此(1…
題目
圖4 為一個60 Hz 獨立運轉之三相電力系統，遭遇大型發電機組跳機事 故時，產生的低頻變動響應。圖4 標示出(1)～(3)三區間的頻率走勢曲 線。 說明此(1)～(3)區間頻率變動的可能成因。（10 分） 說明此電力系統在(1)～(3)區間需採何種功能的控制操作，以產生此低 頻變動響應。（10 分） 59.8 59.6 59.4 頻率 Hz (1) (2) (3) 時間(分) 圖4 (1) (2) (3) Transmission line
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、區間(1)之成因：大型機組跳機瞬間喪失大量實功率，系統產生功率缺額 ΔP，頻率依 df/dt＝－ΔP·f₀/(2H·S) 急速下降。此段為慣量響應（inertial response），完全由線上機組轉子動能釋放支撐，轉動慣量常數 H 愈大、缺額愈小，下降斜率愈平緩；圖上呈現由 60 Hz 陡降至 59.8 Hz 以下之近乎直線段。
- 二、區間(2)之成因：頻率續降迫使原動機調速機（governor）動作，依下降特性（droop，典型 5%）開大汽閥或水門增加出力，一次頻率控制（primary frequency response）開始抵銷缺額，使下降斜率逐漸趨緩，頻率在最低點（nadir）後回穩於一較低之穩態值（圖示約 59.6 Hz 附近）。若期間頻率低於低頻卸載電驛（UFLS）設定，將分段切除負載。
- 三、區間(3)之成因：頻率長期偏離額定值後，二次控制（AGC／LFC）依頻率偏差與淨交換功率偏差（ACE）調整機組出力設定點，逐步補足失去之容量與備轉，頻率因此緩慢回升至 60 Hz；此段時間尺度為數分鐘，斜率遠小於區間(1)。
- 四、對應之控制操作：區間(1)宜以快速頻率響應（FFR）支援，如儲能電池、飛輪、抽蓄快速增載及直流頻率支援，必要時啟動卸載；區間(2)以調速機之一次控制為主，配合低頻卸載與需量反應抑低負載；區間(3)則由 AGC 二次控制、備轉容量調度與機組再調度完成頻率復原，並檢討事故後之備轉是否足夠。
- 五、繪圖與判讀提醒：作答時應以縱軸為頻率（Hz）、橫軸為時間（分），標出 60 Hz 基準線、三區間分界、最低頻率點與回復時間，並在曲線上註明各段之主導機制（慣量、一次控制、二次控制），以呈現「先陡降、後趨緩、再緩升」之層次。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。