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本計畫研究與開發智慧電網內整合分散式電力資源之電能管理系統(Energy Management System for Distributed Energy Resources, DER-EMS),以有效整合分散式電源(Distributed Generator, DG)、再生能源(Renewable Energy, RE)、儲能系統(Energy Storage System, ESS)及自動需量反應(Automated Demand Response, ADR)等分散式電力資源(下圖)。此外本計畫開發一智慧電網配電電能管理系統(Substation-EMS),該系統可擷取每一饋線之即時電力資訊,並進行電力潮流、負載轉供及實、虛功率補償等分析,並透過Substation-EMS計算各別饋線所需調度之電能,以維持配電系統穩定與可靠。Substation-EMS可向DER-EMS發送電能調度指令,而由DER-EMS依據轄下DER之發電成本與市場費率執行最佳化演算,以令成本最小化。Substation-EMS將利於緩解負載尖峰或RE發電過剩造成之問題。

整合分散式電力資源之智慧電網電能管理系統示意圖

延續過去計畫之成果,將負載端之  ADR、智慧家庭(建築)電能管理系統(Smart Home/Building Energy Mangement System, SH/BEMS)與饋線中之DG及ESS,透過AMI與本計畫中將開發之通訊控制介面整合,進行DER-EMS之最佳效益調度分析與模擬,同時亦與先進配電自動化系統(Advanced Distribution Automation Systems, ADAS)及電力市場機制連結,以維持區域性電力品質與負載平衡控制。本計畫所提DER-EMS主要規劃內容包括「動態電價市場/輔助服務市場機制」、「DER-EMS通信控制介面」、「DER-EMS監控主站」、「DER-EMS電能管理決策系統」與「DER電能轉換器通訊控制介面」。

 

具體執行方案

  • 架設諸多感測裝置(如溫度、濕度、照度、人員活動感測及CO2濃度) 於家庭或大樓建築中,並透過混合通訊整合至嵌入式中央管理平台,以利於SH(B)EMS實現即時用電狀況監測、家電或用電設備最佳化排程管理並可配合配電系統電力調度需求執行自動需量反應等功能。
  • 提出OpenADR 2.0國際規範之認證申請,使得本計畫開發之SH/BEMS通訊格式符合OpenADR 聯盟所制定之標準,讓設備與設備間之傳輸資訊上能夠達到一致性,藉此提高系統之互通性與實用性。
  • 研析目前各國智慧電網DER參與電力市場之架構,並據以研議適用於我國之相關市場形式。與DER-EMS電能管理決策系統相互配合,以同時達成DER運轉效益最大化與滿足電力系統電能調度與維持電力品質之需求。
  • 完成與DER-EMS相關之通訊模組並研析各項國際標準,內容包括與電網連接之通訊控制介面與標準、再生能源發電通訊標準、分散式電源與電動車通訊標準及資通安全。
  • 設置智慧電網DER-EMS資料擷取與控制系統,以利整合饋線上各DER並供Substation-EMS與配電系統操作者(DSO)依照需量對轄區內的DER進行調度。
  • 進行各類DER發電成本分析與參與市場之效益最佳化排程,作為最佳化運轉決策之主要依據。包括DER成本特性分析、配電系統電力品質分析、小區域負載與再生能源發電預測與最佳化電能管理策略。
  • 於台電樹林綜研所規劃並建構小型智慧微電網系統,其中包含風力發電、太陽能發電、大型儲能系統、柴油機及SH/BEMS等分散式電力資源。本計畫建構DER-EMS系統於此一測試場域,以驗證智慧電網內多種類型DG整合之電能管理決策效益。

 

核心技術成果

  • 完成整合終端智慧用戶之自動需量反應與電能管理系統,除具即時用電監控與用電設備管理最佳化之節能成效外,更為全國第一(亞洲前三)可透過網路或AMI介面配合電力系統調度需求執行OpenADR 2.0自動需量反應方案之系統。
  • 開發Advanced DNP3與IEC61850國際標準間通訊轉換閘道器,可將使用IEC61850智慧電力設備的資訊轉換成DNP3的協定格式,使得採用兩種不同協定之電力設備彼此間能互相溝通,為全國第一可溝通兩套國際通訊標準之技術。
  • 開發具國際標準Advanced DNP3之智慧變流器信號轉換器,適用於太陽能發電、風力發電等再生能源系統與儲能系統等分散式電力資源,本計畫之規劃為全國第一可供台電公司統合調度之架構。
  • 開發DER-EMS之資訊擷取暨控制伺服系統,並透過整合DER遠端控制介面,可即時蒐集各大樓與DER相關電力資訊,以實現運轉與測試虛擬電廠(Virtual Power Plant, VPP)功能,為全國第一可與台電公司現有配電自動化系統結合之DER-EMS平台。
  • 開發配電系統之DER電能調度系統,決策演算法中考慮各種DER成本特性,並結合電力品質分析、再生能源與負載預測及狀態估計演算法等相關技術,預期可減緩相關配電設施擴充之迫切性、降低尖峰負載與線路壅塞問題,並提升配電系統可承受再生能源之能力。
  • 透過資訊擷取暨控制伺服主站與DER遠端控制平台之通訊技術整合綜研所之DER-EMS示範系統,目前已完成電能調度決策演算法與分散式電源整合運轉測試,藉由對DER下達電力需求調命令將可抑低尖峰負載與舒緩線路壅塞問題,為全國第一於台電系統進行運轉測試及成效分析之系統。