整合各式通訊技術　智慧電網建置步步為營

智慧電網為整合發電、輸電、配電及用戶的先進電網系統。不同一般資訊網路，智慧電網兼具自動化及資訊化，影響層面非常廣泛，其在探討商業模式時主要有四大參考方向。首先是高度嚴謹步調。智慧電網由於兼具自動化及資訊化，同時影響層面非常廣，較不允許出錯，所以在規畫階段與建置執行時都必須以高度嚴謹態度視之。其次，智慧電網似乎大部分以技術導向，然而何者對電業有利益必須列為思考重點。第三，電業的經營乃長久事業，其設備使用週期通常較一般資訊或網通設備來得長久，所以在建置時須同時考慮短中長期發展，使其具有擴充性與一貫性。最後，規畫與建置智慧電網該考慮的因素計有智慧電網的應用重點、需要那些技術的整合，以及既有網路有多少剩餘系統資源可應用，避免浪費。  

雖然智慧電網為國際上各個電業積極進行的目標，然而因為它的複雜性，加上各國電業既有系統環境的不同，同時尚未有完整智慧電網的出現。目前所面臨的挑戰與困難包括不清楚智慧電網，所以很難開始；以技術為焦點，而非以效益為導向；須要發展商業行為，然後規畫發展藍圖；以整合既有系統與設備來發展；必須建立開放性標準與通訊協定。  

智慧電網的建構需要龐大的資金支持，若無法得到政府政策性的輔導或具有商業價值的支撐，將難以進行建構與維運。為了進行如此龐大的改造工程，事先嚴密的計畫不可或缺，所以建構智慧電網計畫包含方向與目標，規畫與執行，其中必須決定商業模式導向(包含定義最佳應用、定義需求、決定技術解決方案與程序的改變，以及確定花費與效益)，須有嚴謹規畫來實現藍圖，並確實執行藍圖。 目前各國在建置或規畫智慧電網時，各個電業都有自己的目標與導向。但基本上，有些功能是一般電業建置智慧電網時絕對要考慮的。  

積極打造智慧電網  

依據國際能源環境趨勢與我國的永續能源策略，建立智慧電網係我國建立低碳經濟新格局策略之一，但每個國家及各個電力公司的系統狀況都不盡相同，且智慧電網涵蓋的範圍非常廣泛，台灣必須要發展智慧電網的國家級藍圖。且須配合國家能源政策及相關產業發展，並參酌台電的智慧電網里程規畫，以達相輔相成之效果。  

因應國際趨勢，並基於優良供電品質需求不斷提升、用戶對電力資訊的渴望與參與、分散式電源逐須加以整合、針對氣候變遷之節能減碳，以及資訊、通訊與電力電子技術不斷進步及成本下降等，台電於2006年邀集相關單位研討智慧電網之建置與里程規畫，而「智慧電網專案小組」設置要點已於2007年6月訂定，該要點將台電建構智慧電網規畫成短、中、長程三階段，並以四個目標領域來進行(圖1、2)。

圖1　台電建構智慧型電網的願景與目標

圖2　台電智慧電網里程規畫總表

藍圖規畫按部就班  

針對節能減碳與效率提升的作法，台電目前所提出的IGCC+CCS或核能等都是2020年以後才能實現的方案，而智慧電網可讓能源國家型計畫(NEP)與台電相呼應，成為一個短期節能減碳議題。  

台電建置智慧電網步驟是先設置「智慧電網專案小組」，成員包括發電、供電、業務、調度、系規、電信及綜研所等單位，共同探討相關議題。接著，完成台電智慧電網20年里程規畫綱要，共分短、中、長程三階段，分成電網安全與可靠、能源效率、用戶服務品質、分散型電源整合等四項，並以通訊協定整合、知識管理分享平台兩項作為支援。最後，建置先進電表基礎建設(AMI)與微電網示範系統，預計民國100年可建置完成二萬三千戶高壓用戶自動讀表(Automatic Meter Reading, AMR)，並於2009年進行台電建置低壓用戶AM可行性效益分析計畫。  

台電透過智慧電網里程規畫綱要的推動歷程，首先於2006年11月建立台電的通訊協定指南(Protocol Guideline)，接著在2007年6月建立台電智慧電網藍圖，2008年6月年度檢討台電智慧電網藍圖，以及在2009年3月派員前往美國參加美國能源部(DOE)/美國國家能源科技實驗室(NETL)舉辦的智慧電網研討會，而同年5月派員前往巴里島參加IERE 2009年TIS-Asia-SC/TC研討會，6月則年度檢討台電的智慧電網藍圖。  

此外，台電對於微電網示範系統，則進行了以下幾項措施：  

重點項目環環相扣  

圖3　台電規畫智慧型電網重點

而輸電系統方面，則以相量量測單元(Phasor Measurement Unit, PMU)組成的廣域監測(Wide Area Monitoring, WAM)系統、監測結果的可視覺化(Visualization)、特殊保護系統(Special Protection System, SPS)查找表分析及更新、電驛系統全面數位化、自動電壓控制系統(SVR)的引進、建構新電能管理系統(TEMS)、彈性交流系統(FACT)與通訊技術整合。  

在配電系統上，則有微電網、變電所自動化、配電監控系統、配電管理系統、饋線自動化、電壓與虛功整合控制、饋線與變電所尖峰負載管理、電力設備狀態監測、線路故障指示器即時監測。  

而用戶端包括AMI、自動讀表系統、停限電管理、分散型電源與再生能源及電電車電池的整合管理，其中AMI僅占整個智慧電網的一部分。  

智慧電網的互通能力(System Interoperability)為整合的關鍵，包括停電管理系統與其他資訊系統整合的系統互通性需求、與大規模分散式資源和需求面資源的系統互通性需求，以及資產管理的系統互通性需求。  

高壓戶用自動讀表建置  

推動AMI為既定政策，台電預計於民國101年可建置完成二萬三千戶的高壓用戶自動讀表，並從2009年起進行建置低壓用戶先進讀表基礎建設可行性效益分析計畫，依據評估結果進行低壓用戶的自動讀表。  

台電自動讀表建置計畫分成兩部分，第一部分的自動讀表建置對象以特高壓用戶(約六百戶)為主，並納入六百戶高壓。而控制中心2008年5月21日由大同公司得標，2009年4月已完成控制中心建置，包含自動讀表系統應用軟體及讀表介面單元。2009年底，提出數位電表規範採購。2010年開始將繼續購買電表加入系統，以建置所有高壓用戶二萬三千戶，占用電量58%，期於民國101年建置完成。  

第二部分則自2009年起，檢討評估低壓用戶系統建置推動方式，AMI專案小組正配合能源局及綜研所正進行低壓AMI可行性評估計畫。  

圖4為台電高壓用戶自動讀表架構，分成電表、傳輸(通訊網路)與控制中心三部分，功能包括瓦時、乏時、需量的量測，電表附加通訊模組，實施時間電價及由控制中心直接管控，用戶總負載分析，需量計算時間同步，用戶端停電偵測，與電表雙向無線傳輸，資料讀取、處理、提供，以及電表管理。

圖4　台電高壓用戶自動讀表架構

此外，於讀表介面單元中建立「台電資料交換標準」統一電表交換資料格式，可避免受某一電表廠商資料格式的限制。  

NEP規畫合作研究項目  

國家型能源計畫(NEP)智慧電網與讀表子題共規畫5年計畫，並於2009年7月2日召開產學研合作規畫會議，會中台電建議的合作研究項目包括以下四項：  

技術橫跨各領域　整合規畫最重要  

智慧電網是電力、電信、資訊及網際網路四種產業的匯流，屬於跨領域的技術。台電各單位通力合作，完成智慧電網短、中、長期的目標及任務的規畫，並與公司經營策略與中長期研究計畫結合。因應國際智慧電網日新月異發展，各項行動規畫將定期按當時發展狀況再檢討評估，並結合國內產、學、研人力與資源，發展國家級智慧電網，建立低碳經濟新格局。  

智慧電網的各項系統建置應更加考量成本效益分析，推動步伐宜謹慎務實，才不至於造成無謂的投資浪費，例如美國允許電業投資AMI的初設成本得以分年向用戶每月加收基礎建設電費中回收，所以對於AMI的推動較積極。而饋線自動化的成本較昂貴，同時無法直接由用戶端回收建置費用，所以推動步調較慢。然而台電為提供用戶較穩定、可靠用電，對於饋線自動化仍然依照規畫持續建置中，而列於國際電業上饋線自動化前幾名。  

台灣電力系統的電力設施由於不斷更新，與國外電力系統有一定程度差異，所以對於推動的智慧電網內容，不能全盤抄襲，必須自行規畫適合台灣的智慧電網。 整合通訊(Integrated Communications)技術是推動智慧電網的基本要素，其將所有關鍵技術領域聯繫在一起，須檢視現有及未來可能技術，應如何搭配才是最經濟可靠。  

鑑於國際上智慧電網也正日新月異的發展中，加上數位通訊、數位控制與電力電子技術日新月異，成本與效能上變數尚多，台電持續參考先進國家經驗，並訂定優先順序，就系統整合與成本效益等方面，定期檢討評估智慧電網之里程規畫，以其更符合需求。  

(本文作者任職於台電綜合研究所)