第二期能源國家型科技計畫智慧電網主軸中心

第二期能源國家型科技計畫智慧電網主軸中心

獨立型微電網系統技術發展與應用林金福 副所長

張永瑞共同主持人簡任副研員兼副組長, 原子能委員會核能研究所Email：raymond@iner.gov.tw

� NEPII研究計畫主要內容與說明� 計畫團隊組成與分工� 產學研合作模式� 近三年產業合作成果� NEPII預期完成目標� 可協助廠商開拓之商機

本年度研究計畫主要內容與說明� 政策依據：

– 101年9月行政院核定「智慧電網總體規劃方案」• F1－高占比再生能源技術研究

– 101年10月「能源發展綱領」• 抑低電力尖峰負載• 推動智慧電網基礎設施規劃與佈建

� 面臨問題：– 台電廠網分離政策及不同區域電網間解併聯– 再生能源占比提高，導致電力品質與供電可靠低落– 離島用電成本較高

� 各年度計畫重點：103：獨立型微電網系統關鍵技術發展– 獨立型微電網供應實際館舍用電，並使微渦輪機與儲能系統連續穩定運轉

104：微電網多區域能源管理與智慧控制– 微電網多區域連續穩定運轉供應館舍用電

105：微電網多區域智慧擴充與分裂– 微電網擴充與分裂之容量達470kW以上

獨立型微電網系統3

計畫團隊組成與分工

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學界產業

產品硬體 前瞻技術

核研所平台實測

產學研合作模式

變壓器設備變壓器設備變壓器設備變壓器設備

配電設備配電設備配電設備配電設備靜態開關設備靜態開關設備靜態開關設備靜態開關設備

電力控制設備電力控制設備電力控制設備電力控制設備

儲能設備產業儲能設備產業儲能設備產業儲能設備產業

系統工程整合與系統工程整合與系統工程整合與系統工程整合與實現實現實現實現

電力傳輸設備電力傳輸設備電力傳輸設備電力傳輸設備

保護控制設備保護控制設備保護控制設備保護控制設備

電力傳輸電力傳輸電力傳輸電力傳輸

通訊通訊通訊通訊、、、、智慧型代理軟體智慧型代理軟體智慧型代理軟體智慧型代理軟體

資通訊資通訊資通訊資通訊能源管理能源管理能源管理能源管理

監控軟體設備產業監控軟體設備產業監控軟體設備產業監控軟體設備產業

大同大同大同大同、、、、士林士林士林士林、、、、東元東元東元東元、、、、亞力亞力亞力亞力台塑重電台塑重電台塑重電台塑重電、、、、台塑電子台塑電子台塑電子台塑電子中興電工中興電工中興電工中興電工、、、、中鼎中鼎中鼎中鼎、、、、吉興吉興吉興吉興

大同大同大同大同、、、、研華研華研華研華、、、、健格健格健格健格、、、、祥震祥震祥震祥震、、、、盛群盛群盛群盛群、、、、遠翔遠翔遠翔遠翔、、、、崇貿崇貿崇貿崇貿

台達電台達電台達電台達電、、、、飛瑞飛瑞飛瑞飛瑞、、、、科風科風科風科風、、、、系統系統系統系統、、、、長園長園長園長園

Power IC設計產業設計產業設計產業設計產業

智慧型裝置智慧型裝置智慧型裝置智慧型裝置、、、、感知與量測產業感知與量測產業感知與量測產業感知與量測產業

電力電子電力電子電力電子電力電子UPS產業產業產業產業

學術界前瞻性研究學術界前瞻性研究學術界前瞻性研究學術界前瞻性研究

台大台大台大台大、、、、清大清大清大清大、、、、交大交大交大交大、、、、成大成大成大成大中央中央中央中央、、、、中正中正中正中正、、、、中山中山中山中山 、、、、

中原中原中原中原、、、、元智元智元智元智上游上游上游

上游

中游中游中游

中游

下游下游下游

下游

上游上游上游

上游

中游中游中游

中游

下游下游下游

下游

科 電力學科 電力學科 電力學科 電力學科 資通訊學科 資通訊學科 資通訊學科 資通訊學

能源 型計能源 型計能源 型計能源 型計

核研所核研所核研所核研所核研所核研所核研所核研所 研究研究

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����微電網先導計畫技術移轉裕○公司(微電網與電動車能源調配之管理系統)1.家庭微電網與電動車能源調配管理系統之設計與建置技術諮詢。2.能源管理系統技術(a) 短期再生能源預測技術(b) 短期負載預測技術(c) 儲能、負載及再生能源之能源自動調配技術

3. 雙向換流器(雙向充放電技術、孤島與併網平穩切換、低電壓穿越技術、實虛功率控制)新店 裕○汽車城 B1

微電網及電動車示範系統

近三年產業合作成果(1/3)

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����中○電工公司參與微電網先導計畫1.完成能源調度系統圖控介面開發、監控訊號資料庫建置及微型電網即時三相電力潮流分析程式，採用

ZLoop Method可處理超過100點匯流排(

����台○電子公司參與微電網先導型計畫

1.完成本土化125 kVA儲能系統交/直流變換功率模組及具能量均衡控制之60kWh電池模組開發

2.完成驗證微電網儲能變流器系統運行在“市電併聯”模式時實功及虛功進行控制，同時整合本所靜態開關，設置“孤島運行”模式調節微電網系統電壓與頻率，當靜態開關恢復與電網的連接後，本地負載也將自動再次與系統同步，恢復到與電網連接的模式。

A08

與市電同步追蹤與併網測試

近三年產業合作成果(3/3)併網與孤島運轉測試

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NEPII預期完成目標(1/7)分項一：微電網多區域系統工程整合

1. 目的：� 為因應我國廠網分離政策方向，其能源調度與電力交易日趨重要，微電網為關鍵技術之一，可提高區域電網之再生能源利用、供電品質、及調節尖峰用電，達成減碳目標。

� 初步將於龍潭瑞源OQ38配電饋線進行獨立型微電網驗證；後續則於南科高雄園區－路竹區路園MZ47配電饋線進行微電網的規劃；未來在與地方政府及台電公司討論後，期將相關經驗與模式應用至離島或偏遠地區。

2. 全程預期完成產品技術規格：� 容量可達470 kW以上。� 高效率能源管理之連續穩定運轉。� 具多區域智慧擴充與分裂功能之獨立型微電網。

9

澎湖七美高雄路竹

屏東

桃園龍潭

新北新店

NEPII預期完成目標(2/7)分分分分項二項二項二項二：：：：微電網多區域儲能系統控制技術開發微電網多區域儲能系統控制技術開發微電網多區域儲能系統控制技術開發微電網多區域儲能系統控制技術開發

1. 目的：� 為確保供電連續，且因應微電網多區域架構，故開發微電網用之多區域儲能系統控制技術，且須能接受電能管理系統之實、虛功補償調度，以及確保敏感性用電設備之不斷電供電。

� 採模組化設計，易於擴充容量與裝置於不同區域，且因不需輸出變壓器，更可降低成本與體積

2. 全程預期完成產品技術規格：� 結合廠商開發百kVA級儲能控制模組� 開發多區域之併聯與解聯控制技術，以配合多區域之分裂與擴充應用。

� 開發充/放電、實/虛功補償技術和可與UPS操作模式平穩切換之控制技術。

� 開發在市電併聯模式下P與V可同時控制之控制技術，並可以接受電能管理系統(EMS)之電力調度。

� 3φφφφ 4W 器系統器系統器系統器系統

� 合儲能系統 電 系統合儲能系統 電 系統合儲能系統 電 系統合儲能系統 電 系統

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NEPII預期完成目標(3/7)分項三：微電網專用電力電子設備技術發展

1. 目的：� 當微電網因再生能源或系統異常，造成電壓或頻率產生變動，為維持微電網的電力品質或穩定電壓，有必要開發主動電力調節器 (Active Power Conditioner,APC)。

� APC係將兩區域微電網進行連接，針對電力短缺或故障區域，進行區域間實、虛功補償，藉此提升微電網之電力品質，維持多區域的穩定供電。

2. 全程預期完成產品技術規格：� 採用Matlab/Simulink 建立微電網電壓/頻率變動與諧波電流補償策略。

� 研製具實、虛功率與諧波電流補償功能之5kVA電力調節器原型機。

� 與廠商合作開發大功率50kVA電力調節器。

SPWMSPWM

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NEPII預期完成目標(4/7)分項四：多區域微電網保護系統發展

1. 目的：� 為避免當微電網發生區域故障時，造成整個微電網全黑，故需要發展適用於多區域微電網的數位電驛，用以快速隔離故障，不致中斷微電網的運轉。

� 需具備適用於多區域微電網的Scalability、Adaptability及Dependability等功能，以因應微電網的可擴充性、可適應性或隨插即用(Plug-and-Play)。

2. 全程預期完成產品技術規格：� 軟體規格：迅速偵測電壓、電流急遽變化(小於1週期)，且能於1.5週波內判斷故障類型、故障區間，不必仰賴人工調整可自動隨著系統內負載需求調整故障判斷閥值。

� 硬體規格：包含前端信號處理單元、微處理器及通訊單元，其電驛相關架構。

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NEPII預期完成目標(5/7)分項五：微電網區域間靜態開關控制器實現

1. 目的：� 微電網單一區域發生故障時，為維持其他區域正常供電，有必要開發區域間靜態開關，用以快速隔離故障。

� 以硬體廻圈模擬方式實現區域間靜態開關之FPGA設計，完成靜態開關的故障偵測與隔離，當故障排除後，在不良的電力品質下，亦能進行同步併聯。

2. 全程預期完成產品技術規格：� 離散小波FPGA所需slices < 1000, LUTs < 25000,

FF < 100。� 神經網路FPGA所需slices < 5M, LUT < 700M, FF <

900M。� FPGA偵測故障時間為1週波內。� 併聯FPGA控制回路slices < 1500, LUTs < 3000, FF

< 100。� FPGA控制器開始(180度)到完全併聯，於30週波內完成 。

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NEPII預期完成目標(6/7)分項六：微電網電力品質管控技術發展

1. 目的：� 由於微電網具有大量分散式與再生能源發電，其與非線性負載所產生的諧波電流會與系統阻抗交互影響，導致相當高程度的電壓及電流失真，進而造成電力品質的問題，有必要開發微電網電力品質管理平台。

� 使微電網之電力品質符合相關併網規範，並確保達到穩定運轉與電力品質的要求。

2. 全程預期完成產品技術規格：� 獨立型微電網電力品質監控及管理平台介面開發與建置：

1. 具有不同演算法之諧波分析且符合IEC 61000-4-7標準，精確度達99.9%。

2. 開發不平衡分析功能與電力諧波改善技術，以符合IEEE與IEC相關標準規範。

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NEPII預期完成目標(7/7)

1. 目的：� 傳統能源管理系統(EMS)無法直接使用於微電網系統中，且市面上現無一套通用功能之EMS，多為客製化之微電網EMS系統，故迫切地需要開發一套因地制宜之獨立型微電網的EMS，且為因應微電網多區域架構，需具備擴充與分裂等前瞻性功能。

2. 全程預期完成產品技術規格：� 可擴充型微電網能源管理程式� 包含：電力潮流、負載預測、發電預測、電力調度、需量反應、電網重構等項目

分項七：可擴充型微電網能源管理系統

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可協助廠商開拓之商機分項 主持人 可開拓之商機

分項一 張永瑞

� 藉由計畫之執行，可發展系統整合技術及開發電力調節管理平台，未來可推廣至南部縣市與國際市場。� 未來可將相關技術應用於再生能源電力儲存系統(ESS)、靜態型同步補償器(STATCOM)、主動式電力調節

(AVC)與船舶電源(SFC)。分項二 吳財福 � 可開拓儲能系統、不斷電系統(UPS)、電力濾波器(APF)和STATCOM之國內、外商機。

分項三 陳耀銘

� 電力調節器開發可改善一般工業廠房之用電品質與提升電力使用效率，其使用之電流控制技術，則可擴展應用於電動車馬達驅動控制，且電力調節器開發也是未來固態電子式變壓器的基礎。

分項四 陳士麟

� 信號處理單元可用於配電自動化饋線終端單元(FTU)、數位電驛與線上監測，並搭配故障偵測軟體應用於FTU及電驛中，有利於拓展產品的外銷。

分項五 洪穎怡

� 本計畫擬設計靜態開關的晶片，延伸性產品包括小波轉換及鎖相迴路等矽智產，可帶來的商機包括智慧電網產業與通訊產業設備之本土化。

分項六 張文恭

� 開發高精密度電抗器，增進被動式濾波器濾波效能，大幅提升電抗器之應用與價值。� 開發微電網電力品質監控平台，提升微電網之供電品質，增加小型電網之電力品質監控應用與價值。

分項七 陳在相

� 能源管理開發需求因地制宜，故未來微電網的增設使得客製化的能源管理系統需求增加，進而吸引相關廠商購買技術開發。

� 發展可重構系統之能源管理系統可減少系統線路損失、避免線路過載與隔離故障線路，以提高系統供電可靠度。此外，搭配需量反應可用於尖峰負載抑制與經濟調度，預估可有效節能10-15 %。

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核能研究所

羅國原

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