11

2017台灣智慧電網技術發展研討會

太陽光電作為電網輔助服務與離島能源整合示範研究

林嘉宏/陳朝順 教授國立高雄應用科技大學電機系教授

22

配合台電再生處完成200 kWp PV 系統建置，並導入PV智慧變流器。

七美智慧能源管理系統規劃及建置。

發展太陽光電、風力發電、儲能系統及需量反應整合控制技術。

太陽光電、風力發電、儲能系統及柴油發電機組最佳容量規劃及系統成本效益評估。

離島綠能高佔比系統暫態穩定度分析。

建立離島綠能與儲能系統能源管理系統，達成綠能發電平滑化及系統緊急調度能力(含SPS)。

106-107年計畫之規劃方向與重點工作執行項目-七美離島智慧電網示範系統

33

七美智慧電網系統架構

44

七美低碳島建設推動策略

1.配合澎湖觀光低碳島建置目標，達成七美島綠能發電占比最大化(42%以上)，評估建置七美為無碳島終極目標

2. 建置七美含高占比綠能發電之低碳島示範系統，研發太陽光電(PV)、風力發電(WG)、儲能系統(ES)及柴油發電機(DG)整合控制系統

3. 推導最佳成本效益之綠能發電、儲能系統及柴油發電機容量配比，創造低碳島永續經營條件

4. 建立我國離島高占比綠能智慧電網推廣建置模式

5. 降低七美發電成本，提升系統供電品質及穩定度技術驗證

6. 提升產學研離島智慧電網技術，爭取國外離島綠能及智電商機

55

規劃重點

1. 太陽光電、風力發電及儲能系統，採用智慧變流器提供彈性調控功能。

2. 經濟調度-根據預測日照、風速，決定ES最佳充放電時機及柴油發電運轉策略，達成綠能充份利用目標。

3. 緊急調度-儲能系統 (ES)快速充放電能力及綠能發電(PV+WG)快速調控能力，維持系統大型擾動之暫態穩定度

4. 電壓品質-綠能發電智慧變流器及ES之功因調控，整合DG之激磁控制，提升系統供電電壓及頻率之穩定。

66

七美155KW太陽光電系統發電量(104年)

77

湖西#1 900KW風機風速(104年)

88

湖西#1 900KW風機發電量(104年)

99

能源國家型計畫七美低碳島執行現況及規劃

1. 目前NEPII計畫正與台電密切合作，建置初期七美智慧電網示範系統及驗証平台，將於106年初完成全島400KW太陽光電系統與(250KW、300KWh)儲能系統之建置，於系統離峰時段，再生能源佔比可達系統負載量50%以上。

2. 為提升七美全年再生能源發電佔比，建議107年前將PV系統容量擴增至1.2MW、新增風力發電600KW、儲能系統容量擴增至2MWh。七美再生能源全年發電量可達320萬度，綠能發電佔比達42%以上，大幅降低柴油發電成本。

1010

七美台電綠能園區

10

園區土地總面積2公頃控制中心、儲能設備、智慧變流器

1111

七美智慧電網架構圖

G4

G3

G2

G1RB01

RB02雙湖饋線

RB03平和饋線

#1 MTR

#2 MTR

#3 MTR

#4 MTR

500 MCM

863.5m

1845.9m

500 MCM

2050m

#1

749m

#1

581.1m

#1

120m

PV 25.3kWp

七美鄉公所

500 MCM

#1

235.2m

#1

1503.7m

#1

214m

#1

306m

既設PV155kWp

新設PV200kWp

#1

123m#1

116.8m

PV30.4kWp

#1

305.7m

#1

425.4m

#1

187.1m

#1

102m

#1

365.2m

#1

503.3m

#1

889.5m

#1

316.9m

#1

289.7m

#1

339.3m

#1

610m

#1

342.1m

#1

128.5m

#1

105.6m

ESS

南港饋線

儲能系統250KW300KWh

太陽光電發電系統(智慧變流器)

台電七美綠能園區台電七美綠能園區

1212

Intelligent energy management system

Sarawak and Taiwan Smart Grid Exchange Symposium

1313

PV System(355 KWp)

Sarawak and Taiwan Smart Grid Exchange Symposium

1414

Stabilization of PV generation by ESS

360

0

90

180

270

-90

-270

-180

(kW

)

13:00 13:20 13:40 14:00

ESS Output

PV/ESS Combined

Output

PV

Output

(hour)

1515

Energy Storage System (Li-On Battery + PCS)

Sarawak and Taiwan Smart Grid Exchange Symposium

1616

Fast Response of Energy Stotrage System

(250kW, 300kWh)

Charge to Discharge

Sarawak and Taiwan Smart Grid Exchange Symposium

1717

智慧變流器技術研發。

太陽光電併網容量評估。

太陽光電智慧變流器輔助服務應用功能研發。

106-107年計畫之規劃方向與重點工作執行項目-太陽光電發電管理系統

1818

太陽能發電管理系統架構

1919

再生能源管理系統資料傳輸通訊協定

2020

智慧變流器自主調控設定

電 電 (p.u.)

1.0 1.05

電 電 電 電

(電 電 )

1.0

0.9

100%

10%

1.08 VPset

(電 電 1.09)

1.1

電 電 電 電 電 電

(deadband)

0

電 電 電 電 電 電

(deadband)

V*

電 電 電 電 (1% / 0.1電 )

電 電 電 電 (1% / 0.1電 )

電 電 電 電電 電 電 電 (10% / 0.1電 )

電 電 電 電 (10% / 0.1電 )

2電 電 電 電

2121

智慧變流器自主調控(功因-電壓)

2222

智慧變流器自主調控(過頻降載)

2323

再生能源控制閘道器

集合式電表

4G數據機

電源供應器

ModBus/DNP 3.0

通訊轉換器

2424

選擇高占比再生能源發電併網之主變壓器供電轄區作為示範場

域。

應用所發展之變壓器端末單元(TTU)與混合式通訊系統，進行

饋線末端電壓之收集(選擇鳳山、雲林及台南等區處試辦)。

推導主變壓器有載分接頭(OLTC)之操作策略，再配合PV系統

智慧變流器之虛功調控。

小型儲能系統技術之研發，達成再生能源發電自產自用之目的，

降低大量小型PV系統併網對系統之衝擊。

106-107年計畫之規劃方向與重點工作執行項目-高占比再生能源配電系統運轉及規劃

2525

配電系統電壓變動與主變OLTC運轉策略

MTR#1

69 kV/11.4 kV

TTUFeeder 1

4G mobile

network

TTUFeeder 2

TTUFeeder n

V1

-

+ Vref

Deadband

ComparatorTime DelayTap Changer

Tap Changer Regulator

Tuku

substation

V2

Vn

DCU

RoLa RF

communication

min

pointendV

RTU

2626

發展變壓器端末單元(TTU)商品化，並提升TTU之應用功能，以強化附加應用價值。

研發具電流取電能力與通信功能之故障指示器及電流收集模組，選擇台電配電分歧線建置故障定位示範系統，驗證故障點之快速定位功能(桃園區處試辦)。

發展LoRa無線通信、光纖及4G混合式通訊系統。

106-107年計畫之規劃方向與重點工作執行項目-配電設備管理系統

2727

TTU現場安裝

DCU主機

4G數據機

4G天線

LoRa天線

TTU主體

LoRa通訊模組(含超級電容備援供電)

LoRa天線

DCU與TTU實體圖(架空型變壓器監測)

2828

配合廠商與參與項目

合作廠商 合作項目(設備或技術)

健格、祥正、大同、華城、台達、盈正

PV輔助服務應用功能及控制技術

健格、祥正、大同 建立離島電能管理控制系統

台達、盈正、新旺、健格、祥正

綠能輔助服務管理功能之調度系統研發

健格、祥正、華城、台達、盈正、開陽能源

地面型大容量PV系統輔助服務能力之示範系統建置

祥正、健格、台達、華城 TTU沙崙電動車智慧充放電管理系統

極簡、祥正、健格、新旺 PV輔助服務能力之電網綠能友善併網環境之應用

健格、大同、盈正、台達 離島智慧電網建置之技術與商業模式

健格、祥正、亞力、華城 沙崙綠能科學城綠能高占比智慧電網系統

祥正、健格、華城、開陽能源 PV智慧變流器及儲能系統輔助服務

祥正、健格、大同 輸電及配電級綠能管理系統

健格、大同、盈正、新旺 研發含綠能高占比離島智慧電網整合控制系統

2929

具電網輔助服務功能之中大型再生能源電廠

未來台灣中大型再生能源電廠將具有提供頻率響應、電壓升降控制、實虛功管理等輔助服務之能力，搭配儲能系統可將再生能源發電平滑化，及提供緊急快速放電能力及最佳充放電策略等功能，以維持電力品質及電力系統供電穩定度。

北部埤塘太陽能光電廠

中南部大型太陽能光電廠

2025年台灣太陽光電與離岸風力電廠之裝置容量預計分別達到20GW與3GW，為解決再生能源供電不穩定及併網問題，中大型再生能源電廠必須具備輔助服務功能，協同輸配電系統維持電力品質及供電穩定度。

主軸團隊將以實虛功率控制、先進逆變器技術為基礎，發展中大型再生能源電廠作為電網輔助服務之相關功能，除可促進綠能持續發展與連結，並可確保能源穩定供應及整體經濟最佳化。

藉此台灣綠能相關產業將可成為全球中大型再生能源電廠營運與逆變器智慧整合科技，及輔助服務市場機制的領先者。

中部大型離岸風力電廠

What Makes a “Smart” Inverter?

VoltageManagement

BulkSystemSupport

Comm. & Interactivity

Provides benefits beyond delivering PV energy to the grid…

• Fixed Power Factor

•Volt-VAR Control

•Volt-Watt Control

•Voltage Ride-through

• Frequency Ride-through

• Frequency-Watt Control

•Configuration

•Coordination

•R/T Feedback

資料來源：Aminul Huque, “Advanced Grid Support Functionalities Application of Smart Inverters,”

GRIDED Short Course, Huntington Beach, CA; February 16, 2017.

3131

沙崙綠能科學城太陽光電輔助服務示範系統規劃(11.7MW PV系統全部導入智慧變流器，並可接受台電調度)。

研發PV輔助服務應用功能及控制技術，提升台電系統綠能併網容量。

建立離島綠能發電、儲能系統、負載需量與柴油發電機之整合控制系統。

配合台電完成七美600kW風力發電系統建置，擴充PV系統及儲能系統容量，達成全島綠能滲透率超過40%目標。

七美能源管理系統達成綠能發電、儲能系統及電廠柴油發電整合控制功能測試，達成系統經濟調度，提升電力品質及緊急調度功能。

108年計畫未來之規劃

3232

建立綠能輔助服務管理功能之調度系統研發。

完成地面型大容量(Utility-scale)PV系統輔助服務能力之示範系統建置及調度功能測試。

研發TTU附加應用功能，發展沙崙電動車智慧充放電管理系統。

考慮PV輔助服務能力之電網綠能友善併網環境之應用。

推動離島智慧電網建置之技術與商業模式。

於離峰時段達成100%無碳島(七美)之電網運轉技術建立。

109年計畫未來之規劃

3333

沙崙綠能科學城含綠能高佔比之智慧電網系統建置、用戶負載及綠能管理、供電系統自動化(常開及常閉系統分歧線自動化)。

發展沙崙綠能科學城PV發電及儲能系統整合控制調度策略。

評估PV智慧變流器輔助服務對台電穩定度之影響(臨界清除時間、線路壅塞、電壓品質)。

考慮發電機響應能力之PV系統輔助服務能力規劃。

儲能系統與PV系統輔助服務整合控制能力建立。

配合台電建置並發展輸電及配電級綠能管理系統及調度策略。

完成台電再生能源管理系統輔助服務調度及全系統運轉策略評估。

完成含綠能高佔比離島智慧電網整合控制系統研發。

110年計畫未來之規劃

3434

建議

1. 台電隨PV佔比之提高，智慧變流器及輔助服務之導入，可降低PV併網對系統之衝擊及提升PV併網容量。

2. 若綠能輔助服務可提供電網支持能力，且對PV系統建置成本增加不大，則PV輔助服務應被鼓勵並納入台電系統監控。

3535

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