浅谈如何解决微电网并网的效益问题

　　微电网（Microgrid）系统为近年世界各国电力科技发展重点，主要效益归纳为二，首先，由于再生能源为间歇性能源，大量的再生能源併入电网将造成电压浮动的问题，影响区域电网供电稳定度；微电网具稳定电压及频率功能，可有效引入再生能源进入电网，提升区域电网再生能源之使用率。其次，微电网具有尖峰用电调节（Peak Shaving）作用，可降低尖峰用电的系统设备需求规格及成本，配合时间电价制度抑制用电行为，达到节能减碳目的。

　　事实上，日本于2010年即成立智慧社区（Smart Community）联盟，由新能源及工业技术发展组织（NEDO）于横滨、丰田、京都府与北九州等四个都市进行微电网示範计画；中国大陆则将微电网试点列入十二五计画，国家电网电力公司已于南麂岛和鹿西岛分别建置离网型及并网型微电网示范工程。

　　2012年美国再生能源国家实验室（NREL）亦与沙加缅度市电力公司（SMUD）于加州建置微电网示範系统；韩国国网更进一步在济州岛上建置智慧电网 （Smart Grid）测试区。至于欧盟则提出第七期架构方案（Framework Programme 7），由雅典科技大学领导团队于Kythnos岛内建置微电网测试系统；另外，西班牙、葡萄牙、德国和法国等也都有微电网示範计画正在运行。

　　实现节能减碳目的　核研所加速微电网测试

　　为接轨国际间节能减碳风潮，台湾核能研究所（简称核研所）亦致力发展自主式（Autonomous）微电网技术，并规画分叁个阶段进行，以有效提升国内再生能源利用率。第一阶段系统将着重分析与关键技术研发，第二阶段则进行系统工程整合，以能源电子技术配合微电网能源管理及储能技术，发展区域电网再生能源渗透率达10%（装置容量20%）的电力控制技术。

　　第三阶段将进行系统试运转，以分散式发电架构，示範并推广自主式控制的微电网系统，于市电併联与孤岛运转平稳切换，有效控制微电网再生能源发电渗透率达 20%（装置容量达40%），提升国家能源安全、开发新兴国家市场与加入先进国家市场供应链，同时创造绿色就业机会及能源新兴产业的契机。

　　目前，核研所已完成建置国家级首座一百瓩（kW）级自主式低压380伏特（V）微型电网示範系统及测试平台（图1），提供产业、学术单位、研究机构、电力公司等进行研究与测试，并发展微电网相关核心技术，包含能源电子、电力系统、智慧控制与能源管理、电网级储能系统与应用工程技术等四大关键技术。

　　图1 百瓦级自主式微电网试验场

　　微电网经由静态开关与市电併联，当内部发生故障或外部市电故障时，静态开关运用主动式孤岛侦测技术，快速确认故障并完成隔离动作；而储能系统藉由双向功率转换器（图2）连结微电网电力匯流排，于一个周期内，由电流源快速转换为一稳定电压源，提供能量给予负载使用。

　　图2 双向功率转换器装置构造图

　　当静态开关跳脱瞬间，微电网电力匯流排电压将骤降，此时分散式电源搭配具实、虚功率控制及低电压穿越功能（LVRT）的再生能源电力转换器（图3），仍在可容忍电压範围内，持续与微电网的电力匯流排连接，使微电网内部持续供电，达成市电併联模式与孤岛运转模式间之平稳切换。当微电网内部故障排除或外部市电恢復时，静态开关判断市电正常，则利用双向功率转换器调整实、虚功率输出至微电网电力匯流排，当内外部的电力匯流排电压、频率同步后（图4）令静态开关闭合，微电网再重新併网。

　　图3 具实虚功率控制及低电压穿越功能的再生能源电力转换器

　　图4 微电网静态开关重新併网的内、外电网电压同步波形。

　　目前核电所微电网已完成前述具主动式孤岛侦测技术的静态开关、实虚功率输出控制的双向功率转换器、电流源转换电压源平稳切换技术，及具有低电压穿越功能的再生能源电力转换器等设备开发及功能测试。

　　有别传统电网　微电网电力系统大改造

　　微电网内部包含再生能源系统、分散式电源，如微涡轮机、燃料电池及各类负载组成，当处于孤岛运转时，其电力潮流方向、系统暂态现象、电力品质分析及保护协调机制，均与传统电网的需求不同。

　　目前核研所开发的微电网叁相潮流解析法，适用于低电压、高R/X比的叁相不平衡系统或电压控制型匯流排过多的微电网系统，不论于微电网在併网或孤岛运转下，皆能保持强健性及快速收敛、求解的效果。另外，为分析微电网併网、孤岛及N-1事件时的系统暂态响应，核研所亦已建立高聚光太阳能电池（HCPV）、风力机组、电力转换器及电子负载等微电网细部元件的数学模型。

由于再生能源使用的电力转换器大多含有电容及电感元件，