陳正一 副教授

國立中央大學電機工程學系

隨著再生能源使用率逐漸上升，微電網因其在再生能源應用中的靈活功率控制能力而日益受到關注，如：提供虛功補償、調節頻率變化、增加系統備轉容量等，以提高電網的穩定度與安全、提升再生能源的比例、減少能源成本與損耗、降低碳排放等，因此國內外產學研紛紛積極投入微電網研究。微電網主要由分散式能源、儲能設備、功率調節系統、靜態開關等組合而成，透過靜態開關連接，一般情況下微電網與市電併聯運轉，而當市電或微電網內部發生故障時則斷開兩者連接，使微電網進入孤島模式運轉，當故障原因修復後則重新與市電連接運轉。在微電網的發展下，電力調度的需求也逐漸地提高，對於微電網的發展方向不再侷限於提高再生能源的系統滲透率，而是更加全面地提升節能效益，以達成永續發展之目標。近年來政府持續推動綠能屋頂發電的安裝方案，讓家戶得以自主發電並減少市電的使用，搭配儲能系統即可將一個家庭視為一個小型孤島微電網如，圖1所示。當這樣的家庭組成社區，並以盡量減少市電的前提下長久運作，就可形成孤島多層互聯微電網系統，如圖2所示。這時如何運用互聯微電網中的電力調度技術，便成為未來分散式系統發展與微電網商轉之應用關鍵，因此發展高效率電力調度技術讓多個微電網間能互相溝通與輸送電力為當前重點研究方向。因為互聯微電網系統可以互相進行電力支持，無使用規畫之能源可作為備用電源，進而讓能源的利用率達到最佳化。

國立中央大學研究團隊自2018年起逐步於校內建置微電網示範場域，進行電力調度與控制技術研發，相較於傳統微電網僅能進行孤島與市電併網模式操作，研發團隊於2021年開始發展多層互聯微電網技術，促使市電發生異常造成斷電後，微電網間亦能進行電力共享與能源調度，延長區域用電時程增加系統穩定性，並提升區域電網之韌性。中央大學互聯微電網展示場域之系統架構如圖3所示，包含太陽光電(82 kW)及燃料電池系統(20 kW)，並結合鋰離子儲能系統(110 kWh)，為一可獨立運轉100 kW電網級之100%再生能源智慧型多重微電網示範系統。相較於傳統微電網，本場域之電力調度技術可促進互聯微電網之國內供電系統滲透率，協助國內分散式電源系統之發展。藉由分散式互聯控制能力，本系統可彈性地增減微電網數量，協調微電網系統間與市電之電力品質與供電穩定度，提升系統整合效益；於孤島運轉情況下，透過互聯微電網間電力分享機制，延長電網基礎用電時程；於併網運轉況下，透過調度可彈性增減之電源，為市電提供輔助服務。未來本展示場域之技術更有利於推展至工商業及住宅用戶，增加用戶端電網自主韌性。場域中各微電網之相關建置如圖4所示。

本展示場域還設有智慧型最佳化電力調度與能源管理系統(如圖5)，進行微電網間之能源調度，主要技術包括：(1)具電力分享功能之電能轉換器架構及控制技術，(2)微電網內部再生能源協調控制與降卸載策略，(3)微電網能源管理與運轉成本最佳化，(4)互聯微電網電力調控技術，(5)互聯微電網最佳化能源輸配控制，(6)微電網燃料電池模型與動態控制策略，以及(7)微電網再生能源發電預測技術。該技術將有利於我國發展永續綠能排碳之目標。