結合電力系統與資通訊技術 打造金門智慧電網示範場域

大量再生能源併入電網後，會對傳統電網產生衝擊，為了解決這項問題，台電近年積極發展結合電力系統與資通訊技術的智慧電網，自民國106年起，由鍾炳利總經理親自督軍指揮，以「智慧調度與發電」、「電網管理」、「儲能系統」、「需求面管理」、「通信系統建設」、「資訊系統建設」等六大主題及其17項子計畫，將金門打造成為智慧電網技術的整合驗證場域，預計今（108）年底可完成一半以上，明年底完善相關軟硬體建置，並藉此驗證相關技術與應用。

金門具有發展風力和太陽能發電等再生能源的天然條件，而再生能源併網正是智慧電網的主要課題，截至今（108）年7月1日為止，金門再生能源的併網容量已經超過12MW，若計入已受理、尚未併網的部分，則逼近18MW，其中5.8MW為風電，其餘皆是太陽光電。以裝置容量來說，金門再生能源的裝置容量已經達全體發電裝置容量12%以上。

地理條件佳 綠能占比持續攀升

風力發電方面，台電於金沙后扁建置風力發電系統，裝設2部各2MW共計4MW的風力發電機組，該處已成為金門東海岸的新地標，除了紓解供電壓力外，也有助於地方觀光休閒業發展。而金門的特殊或大型太陽光電案場則有三處：

一、金湖水庫：金門縣自來水廠配合水利署執行前瞻基礎建設水環境建設計畫，於民國107年在金湖水庫建置浮力式太陽能光電板，此一裝置容量合計約2.1MW的水域型太陽能發電系統，亦為金門地區最大的太陽光電案場。

二、金門縣政府推動的「公有建物陽光屋頂計畫」，現已申設35案場約計5MW，其中29案場約計4.2MW已併入電力系統。

三、金沙光電站：此光電站為台電建置，電氣室特別採用閩式建築設計，希望能夠結合周邊金門文化園區，成為兼具教育及觀光休憩功能的光電公園，裝置容量約為0.5MW。

塔山發電廠黃志鵬課長表示，金門在某些時段的再生能源發電量占比已超過30％，未來勢必繼續增加，而金門縣政府推動的低碳島二期計畫中，將增加5MW太陽能光電系統，台電也將於金沙增設兩部各0.9MW的風電機組，但是再生能源具有間歇性的特質，例如風力發電受季節性風面影響，而太陽光電有雲遮效應，都會導致系統變動頻率震盪，成為電力調度的一大挑戰，因此需要強大的能源管理、再生能源預測及儲能系統。

結合需量反應與特殊保護系統 智慧電網建置亮點

台電綜合研究所（以下簡稱綜研所）蒲冠志副所長指出，能源管理系統是「智慧發電及調度」很重要的環節，需要一步步整合傳統發電、再生能源、儲能系統與用戶需求，推估未來24小時電力供需及運轉情況，全套系統目前正在軟硬體測試、整合階段，預計於明（109）年3月底完成相關資料介接與試運行。

塔山發電廠陳立人值班主任也提到，雖然金門與臺灣都是獨立電網，但不像臺灣本島有中央及區域調度中心可以分擔電力調度工作，從機組狀況到供電調度全都依賴電廠調度中心，加上再生能源的占比提高，但以民生用電為主的金門，尖峰負載卻是在下午五點到夜間的下班時間，離、尖峰負載差距過大，所以在能源管理系統還未能上線的現在，必須依靠智慧電網、特殊保護系統以及再生能源預測系統來輔助調度，而「特殊保護系統」正是金門智慧電網發展的一大亮點。

蒲副所長表示：「智慧電網建置為國際趨勢，各國發展的方向一致，但方法各有不同，金門首創結合需量反應與特殊保護系統，以縮短連鎖跳機事件之停電範圍，目前在國際文獻上並未看到類似的做法。」他進一步說明，當一般電力系統故障，會在0.5至2秒間自動跳脫，而特殊保護系統反應速度是0.2秒，可在發生連續跳機事件時，瞬間快速卸除負載，避免整個系統崩潰；為了更有效控制停電範圍，綜研所與配電處經初步分析後發現，可結合需量反應與特殊保護系統，未來將透過業務處與金門地區用電大戶如金門酒廠、當地免稅店溝通，加強需量反應的合作。

再生能源預測方面，台電已完成金沙風場未來6、48小時及金沙光電站未來48小時的發電預測，目前正全力優化，希望能擴大成為大金門地區全區太陽光電預測系統。

削峰填谷 儲能系統與再生能源互補

蒲副所長一再強調，再生能源發展需搭配儲能系統，當大量再生能源瞬間湧進，若超過負載，將造成系統不穩定，這時儲能系統可扮演負載角色，反之，若再生能源消失，儲能則可當作發電機，即儲能的功效在於系統能量轉移、使再生能源曲線平滑化、穩定系統頻率、提供熱備轉容量率等，「台電將在金門夏興發電廠導入兩套大型儲能系統，一是快充快放、一是慢充慢放，快充快放可因應再生能源瞬間的變化，穩定電力頻率，提升電力品質；慢充慢放則可當成輔助負載及發電機。」

當再生能源發電量比燃油發電機組的發電量大時，任何擾動都會影響系統穩定，因此需要儲能設備做為輔助電源。儲能系統一方面可作為再生能源的浮動負載，避免發生限制再生能源出力的狀況，同時可「削峰填谷」抑低尖峰發電量、提供離峰發電量，使燃油發電機運轉排程更加靈活。

智慧化、自動化 發揮電網管理效能最佳化

用戶端的需求面管理也影響智慧電網的發展，特別是智慧電表（Advanced Metering Infrastructure，AMI）的安裝，可說是智慧電網的基礎建設之一，蒲副所長表示，金門智慧電表安裝率目標為100%，目前已完成智慧電表裝設的高壓用戶有93戶，預計今（108）年將完成六大營業區低壓用戶4,500戶、明（109）年底完成剩餘的28,000戶。智慧電表會蒐集用戶的用電資訊，並且列於電子帳單上，供用戶查詢；未來還會結合手機App，讓用戶知道每個時段的用電量，進而改變用電行為，減少用電支出，達到節能減碳的目的；台電也能透過蒐集到的用電資訊進行大數據分析，藉此預測並即時掌握停電區域、判斷可能故障點，創造雙贏的局面。

考量到金門未來會有大量再生能源與電動車併入電力系統，勢必對傳統配電網帶來新的衝擊與挑戰，也必須導入新的電力監控方式，追求更具效能的「電網管理」，於是台電在建置金門智慧電網的過程中，藉由導入先進配電管理系統（ADMS），整合饋線自動化與再生能源管理系統（DREAMS）功能，降低饋線電壓因大量太陽光電（PV）併網造成之系統電壓變動衝擊。

首要之務便是民國107年11月完成的第一期饋線自動化系統工程，共建置10條饋線／20具自動化開關，現階段正進行第二期饋線自動化工作，預計在明（109）年第二季前，將其餘24條饋線／60具自動化開關全部納入監控，金門將正式進入配電調度自動化時代，也完成先進配電管理系統建置的最後一哩路。

當ADMS／DREAMS系統建置完成後，饋線自動化系統將發揮即時監控、蒐集線路現場運轉情形及事故資訊的功能，並整合PV案場之監控資訊及各項設有通訊功能之智慧電網終端設備，如變壓器末端設備（Transformer Terminal Unit，TTU）、故障指示器（Fault Current Indicator，FCI）、智慧電表，透過系統運算及潮流分析，即時蒐集金門所有運轉設備及再生能源發電資訊，並掌控電壓變化情形，再透過智慧型變流器來進行調控決策，提供調度人員最佳化調度的判斷依據，以減少電壓變動率，提高再生能源併網容量，並提升調度運轉靈活度。

另外透過各種智慧即時監控機制，有助於快速掌握停電事故情形，做出相應措施。過往都是用戶通報停電，台電再派維修人員前往搶修復電，現在透過自動化系統，台電就可主動出擊，提供民眾更好的電力供應品質。

舉例來說，假如某一小型區域（約50至100戶範圍）的變壓器故障，造成停電，智慧電表會主動回報停電事故，讓調度員知道停電區域。如果是規模較大的事故，例如變電所開關設備跳脫，導致整條饋線斷電，透過饋線自動化系統，將相關訊息回傳到系統中，進而自動判斷故障區間，非故障區間則快速復電，只需派人去搶修故障點即可，估計配電線路事故處理及復電時間將從約60分鐘降為約5分鐘，不只復電速度提高12倍，現場維修人力調度也將更為靈活。

資通訊建設 建立電力共通語言

電網管理的效能和資通訊系統建設息息相關，資通訊技術更是實現智慧電網的基礎，沒有通訊就無法跨區連結資料與操作，由電力通信處負責的金門環島光纖預計在今（108）年底完成，大幅強化包括饋線自動化等線路傳輸的品質及穩定性，基於仍有許多設備及用戶端位在光纖主幹道外，台電也規劃利用無線通信技術，延伸覆蓋率，預計明（109）年底可以完成微型基地台的開發、選址、建置等作業。

另一個很重要的是資通訊系統建設必須依據國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）制定的IEC 61850智慧電網通訊標準，金門區處楊崇和處長進一步解釋，各單位推動的不同系統，各有不同的通訊模式，為了將其整合到更高階的監控調度系統，就需透過兩種方式，一是使用標準化的通訊協定「IEC 61850」，以利進行最後的系統整合﹔再來則是使用共通資料模型（Common Information Model， CIM），讓系統可以順利讀取共享資源。

從最前端的發電廠，就提供符合IEC 61850通訊標準的發電機組資料，統一通訊協定與資料格式，到將配電端的變電所陸續汰換成IEC 61850智慧變電所的架構，讓電廠、變電所具備資通訊的互通及相互操作性，以因應再生能源大量併網後的系統運作。以金門智慧電網架構來說，目前塔山發電廠1至8號機已完成IEC 61850相關標準導入，並將發電機組資料從OPC Server轉換為符合IEC 61850資訊模型與通訊標準封包，另外包括鵲山、莒光、塔山、夏興等變電所也陸續完成IEC 61850相關設備建置。

整合與協作 串連發輸配售環節

然而智慧電網仍屬先進技術，建置過程也帶來不小挑戰，綜研所蒲副所長認為：「金門智慧電網推動至今最大的挑戰在『整合』！因為金門各項電力系統設備建置於不同時期，各有不同的技術規格，而智慧電網的資通訊則需使用統一標準，要讓各種不同系統轉換成單一標準並不是一件簡單的事。」為此綜研所特別成立「資通訊研究室」，專門為智慧電網引進適用技術。

另外智慧電網涉及多種專業，有賴台電不同單位協作，例如發電處、綜研所和資訊處等，跨部門合作則是另一項挑戰。蒲副所長說，「落實智慧電網發展，不只牽涉到電網相關單位，而是要串連整個電業的發、輸、配、售環節，因此需要整合相關部門，讓有不同工作文化、方式的各部門站在同一個思考邏輯。」而綜研所有七個研究室，涵蓋發輸配售各領域，正好透過整合這七個研究室帶動跨部門溝通與協作。

金門區處楊處長也認同各單位需以相同的邏輯出發，才能找出一致性的方向，更重要的是，須由一個最高單位來整合不同系統，解決相關問題，才能做最佳化應用。

綠能併網 實現金門低碳願景

交通工具是金門第二大排碳源，為了達到低碳島的目標，推廣低碳運輸工具有其必要，目前金門租車業者雖然推動電動車，也裝設了充電樁，但僅具單向充電功能，金門區處正嘗試驗證將電動車與充電樁轉化成儲能系統的「V2G」（Vehicle to Grid）技術。

V2G技術如果能穩定發展至成熟階段，電動車就可以變成小型移動式儲能系統，再透過充電樁進一步將電動車的電力回送到電網，民眾從此能在尖峰負載的時候，將電動車的多餘電力賣給台電，然而未來若是電動車普及，將會有大量充電樁的電流同時進入電網，對電網的穩定也是一大考驗。

「可以預見，再生能源容量愈來愈大，系統的變化也愈大，因此需要透過儲能系統，讓電廠有較好的調度運轉模式，促使電力系統供電可靠、穩定。」楊處長說，「建置自動化系統，也是為了讓電壓和頻率變化，可以在穩定、合理值內運轉，且無須一直增加機組，而是從需求面著手，所以布建智慧電表，讓用戶知道自己的用電情況、適時節電，未來還可能搭配時間電價，達到節電目的。」

金門地區106年度尖載容量約為58.4MW，107年度則約為56.6MW，換句話說，再生能源陸續併網後，系統尖載容量降低，因而可以提供更充裕的電力給民生用電，智慧電網帶來的好處，即將逐漸落實在家家戶戶之中。目前台電和金門縣政府積極配合，希望未來驗證後的成功技術與成果，也可以應用到臺灣，讓臺灣的電力系統朝著節能減碳的方向穩定前進。