智慧配電 放心用電

690期

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文、圖—配電處 黃銘宏

為確保電力供應穩定,並因應大量再生能源併網趨勢、兼顧能源轉型目標,「智慧配電2.0」正式拍板推動,藉由在用戶端廣建智慧電表等硬體升級,並結合大數據資訊管理,讓民眾更放心用電。

小民一早趕著出門,他在路上打開手機,確認家中照明、空調與其他電器已自動設定在非待機的斷電狀態。到了晚上返家,客廳的照明與空調便自動開啟,無人房間則自動關閉電源。這是「智慧配電2.0」的未來生活即景。

行政院於今(109)年3月27日核定經濟部陳報的「智慧電網總體規劃方案」修正案,正式拍板推動「智慧配電2.0」。

智慧配電2.0 民眾更有感

所謂「智慧配電1.0」,是台電在電力配電線路上,裝設自動化開關,萬一停電,系統能自動偵測停電區段,迅速啟動復電機制,大幅減少停電時間,「智慧配電2.0」則要讓民眾更有感。除了停電時間縮短,也可利用手機查詢家中電器的用電狀況,甚至能控制電器設備,進而調整使用習慣、節約用電,並省下荷包。

為了建構智慧電網建設,經濟部能源局早於民國100年就成立了「智慧電網總體規劃小組」,「智慧配電」為方案的六大構面之一,也是「智慧配電1.0」的開端,較偏重硬體的建置,如二次變電所電驛數位化、配電饋線開關自動化及智慧電表布建等。

近幾年,因應大量再生能源併網(目前太陽光電場已併網案件逾3萬件,併網容量逾5GW,且大部分併於配電網),能源轉型加快且加劇,因此在電業法修正及 815 停電事件後之電力系統總體檢中,開始以「解決問題」為導向,以114年再生能源占總發電量20%之穩定供電為基礎,考量供電品質及用戶服務等方向,並借鏡國際電網發展趨勢、更新電網即時監控及保護設備等,同時應用AI、大數據及資通訊等先進技術,開啟「智慧配電2.0」,期能達成確保電力穩定供應並兼顧能源安全、綠色經濟及環境永續,同時落實能源轉型的政策目標。

系統再升級 推動智慧配電2.0

智慧配電2.0主要的推動策略,即是依據電網結構廣泛布建「末端資訊單元」,分別有「智慧變電所」、「配電饋線自動化」、「故障指示器」、「配電變壓器」、「智慧充電站」、「配電級再生能源管理系統」、「微電網」及用戶端之「智慧電表」。藉由蒐集配電網運轉大數據,再匯集各分項系統資料至「先進型配電管理系統」,提供整合資訊服務,以因應能源轉型之穩定供電及再生能源併網極大化。

各分項計畫建置目的及展望如下:

智慧變電所 IEC 61850

為使二次變電所保護設備間具有相互溝通功能,台電導入國際標準的IEC 61850通訊協定,以精進傳統電驛在配電饋線發生多重事故時的保護協調能力,避免越級跳脫造成擴大停電範圍,將停電範圍限縮到最小。目前台電已完成濁水變電所之設備換裝,預定119年完成臺灣本島60所二次變電所;今(109)年亦於金門智慧電網示範場域的「鵲山變電站」,進行三層兩網試驗案場設備建置及互操作性保護策略的試驗,若驗證可行,未來將移植至臺灣本島推廣。

配電饋線自動化

台電自民國84年起開發了配電饋線自動化系統,相較傳統線路開關需由人員親赴現場操作,自動化後,改由配電饋線調度控制中心(FDCS)值班人員遙控操作,並由系統自動偵測與隔離故障區間,平均每年每戶停電時間從135分鐘降至約17分鐘,大幅提升供電品質。

未來配電系統的中、長期目標,將朝全面自動化推進,並要求逐年擴大啟動自動故障偵測隔離復電功能(FDIR),進一步縮短停電時間,讓民眾更有感。因此,配電系統的KPI值直接明訂自動化饋線的用戶數占比,須由目前的71%,逐年提升至119年占比95%;而自動化饋線事故復電的目標則是「饋線下游5分鐘內復電事故數占比」,將由目前的17%逐年提升至119年90%,非常具有挑戰性。

通訊型故障指示器

配電饋線雖逐步推動自動化,但考量建置成本,短期內還無法將傳統開關全數更換,因此開發成本較低且具通訊功能之故障指示器(FCI),可彌補自動化開關數量之不足,同時能更精準定位線路故障範圍以加速搶修。目前研究案正在南部科學工業園區、台南科技工業區及金門智慧電網示範場域進行試驗,未來試辦可行,將逐步推廣於臺灣本島智慧電網。

配電變壓器末端資訊設備

現在配電系統上有高達130餘萬具配電變壓器,這些變壓器加入系統供電後,除供電需要或遭遇故障而需拆換外,係以週期性管理方式拆回檢修。而供電運轉期間必須以人工量測,才能掌握實際負載情形,過程既耗費人力又缺乏即時性。進入「智慧配電2.0」後,能即時掌握配電變壓器實際運轉負載情形,作為未來狀態維護及資產管理之有效工具,目前南部科學工業園區、台南科技工業區及金門智慧電網示範場域,正試辦裝置配電變壓器資訊末端設備(TTU),未來將與先進型配電管理系統(ADMS)介接,並擷取資料作更廣泛之應用。

智慧充電站

為因應國內電動車急速發展,台電積極研究日益廣設的充電樁對配電網之影響及管理模式,規劃由台北市區營業處及金門區營業處設置智慧充電示範場。除了供民眾充電外,將導入能源管理系統(EMS)及電池對電網(V2G)的放電等功能,進行智慧充放電技術的驗證。未來更將搭配電網負載、時間電價及需量反應等,研擬適合國內運作的模式。

配電級再生能源管理系統

配合政府發展再生能源的目標,民國114年將有20GW太陽光電發電系統併接於台電電網。為因應再生能源間歇性與急速變化之發電特性,避免電壓上下震盪過劇及影響電力調度,台電配電處發展出「配電級再生能源管理系統(DREAMS)」,不僅能有效蒐集與掌握太陽能發電情形供電力調度參考,並可遠端監視與調控現場的智慧變流器,進而提高整體配電網強韌能力,並在促使再生能源極大化下兼顧供電品質。DREAMS系統已於108年建置完成,並於台電資通訊月成果發表,目前正逐步收納各案場發電資料,今(109)年將完成與AMI之電表資料管理系統(MDMS)及電力調度處之再生能源發電管理系統(GEMS)的資料整合,發揮其最大效益。

微電網

為改善偏遠山區每逢重大天災,可能遭遇交通與電力通訊皆斷之孤島困境,並降低離島發電成本、朝低碳無碳島發展,因此利用分散式電源、儲能設備、電能管理系統EMS及保護裝置等組成小型電網,於偏鄉及離島建置微電網(Microgrid)。目前台電配電處除了持續運轉的烏來福山國小防災型微電網外,另預計在今(109)年底前完成屏東等共7處防災型微電網、明(110)年將於澎湖望安島建置離島型微電網示範場,後續將依建置經驗逐步建立微電網規範標準化,以利後續推展。

智慧電表

智慧電網最關鍵的核心基礎建設為智慧電表(AMI),亦是推動用戶端需求面管理與節電最重要的硬體元素。目前高壓用戶已全面布建完成,低壓用戶亦依前期布建經驗,不僅將通訊單元改為模組化,以因應未來通訊技術之快速演進外,布建策略亦依「電表布建」、「通訊單元安裝」、「電表資料管理系統建置」三步驟進行。預計今年完成100萬戶低壓用戶之布建,後續逐年至少增加布建50萬戶,到114年須達300萬戶,119年達600萬戶。此外,台電總管理處更成立「AMI資訊應用專案小組」,定期檢討智慧電表應用項目發展成果。

先進配電管理系統

智慧配電最主要的核心系統為建置「先進型配電管理系統(ADMS)」,除整合現行「二次變電所配電調度控制系統(DDCS)」及「配電饋線調度控制系統(FDCS)」外,並與具通訊功能之線路故障指示器、配電變壓器末端資訊單元、配電級再生能源管理系統,以及智慧電表資料管理系統進行資料整合。未來先進型配電管理系統,將提供智慧配電網大數據分析及運轉最佳化之調度功能。

最近配電處與業務處甫成立「配電綠能組」、「再生能源購售組」及「大數據發展組」,專責辦理大量再生能源併網相關業務,及智慧電網布建後產生之電力大數據應用。隨著組織的調整,也呼應了台電配合推動能源轉型之階段性成果,智慧電網正式邁入廣泛應用階段,將指日可待。

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