第二屆第三次會員大會暨 需量反應 分散式電源 與儲能之整合應用 國立台北科技大學 - 自動化科技研究所蔡孟伸教授 2014 年 7 月 4 日
大綱 ㄧ 緣起 二 架構規劃 三 技術開發現況 四 示範系統建構與規劃 五 問題與討論 2
人類生活環境面臨的問題 氣候變遷 能源危機 電力需求成長 3
電力傳輸損失 台電公司近 10 年線路損失率 100 年度 101 年度線路損失減少約 7.88 億度 以平均發電成本 2.4512 元 / 度計算, 約可節省 19.32 億元 Ref : 台電公司網站,http://www.taipower.com.tw/content/new_info/new_info-a52.aspx?LinkID=5 4
區域供電壅塞 102 年北 中 南各地區供電能力及尖峰負載 北中南尖峰負載 北中南供電能力 5
分散式電力資源 (Distributed Energy Resource, DER) 分散式電源 DG 再生能源 穩定輸出 DG 儲能系統 HEMS BEMS 需求端管理與需量反應 電動車 節能減輕輸電壓力電壓閃爍問題超出額定 過電壓問題 DER 效益 DER 衝擊配電系統 6
架構規劃 7
技術內容規劃 Substation EMS 電力品質分析與電能調度控制故障分析 / 負載轉供系統穩態 / 動態分析實 / 虛功補償分析 運轉測試場域綜研所 (PV, Battery), 台電建議提供壅塞區域 自動需量反應 動態電價市場 / 輔助服務市場機制電價, 頻率調整, 電壓調整, 備轉容量, 需量反應 DR DER-EMS 監控主站 DER-EMS 電能管理決策系統發電源成本分析參與市場之效益最佳化排程預測誤差風險管理 DER-EMS 電能轉換器通訊控制介面實 / 虛功控制電壓 / 頻率調整 小區域負載預測 通信控制介面規範標準標準 (CAN Bus/IEEE1815-2012 (DNP3) /IEC 61850 ) 通信介面軟 / 硬體 再生能源發電預測 CHP, Biomass, Micro Gas Turbines, Diesels, Fuel Cell 與 Heat Pump 等技術評估 8
技術內容規劃 AMI 資料 通信控制介面 ( 分項三 分項六 ) Substation-EMS 電能調度決策平台 參數狀態估測 系統模型建構與模擬分析 Substation-EMS 電能調度需求決策 HMI 分項一 : 動態電價市場 / 輔助服務市場機制分項二 :DER-EMS 通信控制介面規範標準分項三 :DER-EMS 監控與資料擷取伺服站分項四 :DER-EMS 電能管理決策系統 分項五 :DER 電能轉換器通訊控制介面 ( 分項三 分項四 ) DER-EMS 最佳化決策平台 分項六 : 整合系統之數學模式建立與模擬分項七 : 運轉測試場域建立 ( 分項一 ) 動態電價市場 / 輔助服務市場機制 小區域負載與再生能源發電預測 DER-EMS 最佳化演算法 HMI ( 分項七 ) 測試場域建置 通信控制介面規範標準 ( 分項二 ) 電能轉換器通訊控制介面 電能轉換器通訊控制介面 電能轉換器通訊控制介面 ( 分項五 ) DER DER DER 9
DER-EMS EMS 最新相關之通信控制介面與標準規範 經蒐集國際間與 DER-EMS 之相關通信標準後, 綜整如下 : 與變電站相關之通信標準 IEC 61850 DNP3 與先進讀表設施相關之通信標準 IEC 62056 IEC 61968 與汽車充電站相關之通信標準 IEC 62196 SAE 17772 與能量儲存系統相關之通信標準 IEC 61850-7-420 IEEE P2030.2 與再生能源發電系統相關之通信標準 IEC 61850-7-420 IEC 61400-25 與分散式能源相關之通信標準 IEC 61850-7-420 IEEE P2030.2 10
與 DER-EMS EMS 技術相關之通信控制標準 11
提出相關設備之通信控制介面 考量目前台電公司電力監控系統通訊協定以 DNP3 居多, 為因應未來 DER-EMS 系統之建置, 本計畫規劃如下 未來新設配電變電站建議皆採用 IEC 61850 之通訊協定 既設以 DNP3 為通訊協定之配電變電站, 如有新裝設之再生能源與分散式能源之設備時, 可考慮上述 IEC 61850 系列標準為其基礎 現階段台電樹林綜研所 Demo Site 將採用 DNP3 與 IEC 61850 雙系統皆可通信方式 考量樹林綜合研究所之現有設備後, 預計將使用 PV WT ESS 柴油發電機等相關設備 其中 PV 與 WT 通信方式為 RS485(MODBUS) 協定, 柴油發電機為 CANBUS 協定,ESS 為 CANBUS 與乙太網路 12
分散式電源管理系統 (DER-EMS) EMS) 架構 Load 1 Signal DER Controller Feeder/Lateral 11/22kV Secondary 380V Load 2 Signal DER Controller DER EMS Load 3 Signal DER Controller TPC DDCC 13
分散式電源能源管理系統階層架構 IEEE 1815 Gateway Planning Gateway EMS IEEE1815 Gateway EMS Operation SCADA SCADA HMI DDCC DER-EMS HMI AMI Data Concentrator IEEE1815 IEEE1815 Substation IEEE1815 RTU IEEE1815 FTU DER Controller DER Controller Smart Meter HEMS Controller Field G G H 69kV 11/22kV 380/220V 14
DER-EMS EMS 主站與 ADAS 介面規劃 ADAS 陳朝順教授 / 健格 / 亞力電機 DER-EMS 15
DER-EMS EMS 與 ADAS 介面 ADAS 提供介面以便存取開關狀態與類比量測資料 MySQL Interface 效能高, 資訊安全顧慮較高 Modbus/TCP 效能低, 需事先規劃可提供的資料點 與資料庫隔離, 資訊安全顧慮較低 16
IEC61850 RTU 規劃 IEC 61850 RTU 規劃 數位輸入控制點 (x 4) 數位輸出控制點 (x 4) 類比輸入 (x4) UART 介面 (x2) 連接 MODBUS METER RS-485 介面 Socket Client 連接 ESS 伺服器 17
電能管理決策系統 18
電能管理決策系統 Operating Planning Simulation 19
DER 電能轉換控制介面 i Interleaved Boost Converter Interleaved Boost Converter Inverter Utility DG v L1 SW1 SWrelay L2 SW2 輸入電壓 250 V avg 輸入電流 7.36 A avg 輸入電壓 397.49 V avg 輸入電流 2.286 A avg 輸出電壓 385.2 V avg 輸出電流 4.7 A avg 市電電壓 208.6 V rms 市電電流 6.47 A rms 20
DER 電能轉換控制介面 配合 DER-EMS 決策平台執行控制命令 各 DER 轉換器可依據最佳決策之命令, 即時應變調度 21
系統模型建構與模擬分析模擬分析 台電樹林綜研所系統參數收集及 DER DIgSILENT 模型建構與初步模擬分析 風速 輻射 溫度 設備規格 22
DER 在 DIgSILENT 環境下之模型 目前已完成完成模型 太陽能模組 風力發電機 (PMSG) 柴油發電機 儲能設備 Battery Battery Battery Storage Diesel Generator (50kW) PV module (10kW 2) Micro- Turbine (20kW) Wind turbine (10kW) Fuel Cell 23
DER 在 DIgSILENT 環境下之模型 Photovoltaic Model 太陽能模組 PMSG Model 風力發電機 Diesel Generator Model 柴油發電機 BESS Model 電池儲能設備 24
示範系統建構與規劃 台電樹林綜合研究所 分散式電力資源 250kW 儲能櫃 PV, WT, 柴油發電機, 汽渦輪機 自動需量反應 智慧建築電能管理系統 25
台電試驗場與既有分散式電源位置 台電樹林綜合研究所 26
台電綜研所 BEMS 系統建置 規劃台電綜研所 BEMS BEMS : 台電樹林綜合研究所 第一試驗大樓 B1F 2F 1F 3F 27
需量反應與負載管理制度 研擬需量反應與負載管理制度 綜合研究所負載類型 : 冰水主機 照明 獨立空調 熱水器 卸載優先順序 : 提供圖形化介面, 管理者可隨時自行調整優先順序 A 側走道 105 室 主任室 101 室 109 室 28
台電綜研所 BEMS 功能驗証 29
示範系統建構與規劃 規劃 AMI 與需量反應架構 台電樹林綜合研究所全所區電表 需量反應伺服器 電能管理系統 (EMS) 30
樹林綜研所區 - 高壓電表 完成樹林所區 - 高壓電表佈建 部份放電室 第一試驗大樓 第二試驗大樓 鋁工房 特高壓大樓 低壓大樓 能噴大樓 31
樹林綜研所區 - 高壓電表 32
樹林綜研所區 - 第一試驗大樓 BEMS 完成 BEMS 規畫 完成第一試驗大樓 B1 1F 2F 3F 插座迴路安裝 完成第一試驗大樓 B1 2F 3F 照明迴路控制器安裝 33
BEMS 自動需量反應系統開發 依照 OpenADR 2.0a 規範完成 VEN pull mode 系統開發 遵守 OpenADR2.0 a 一致性規則需求 完成 VEN Pull 認證規範測試 VEN Pull Positive/Negative Test Scenarios VEN Pull Security Test Scenarios Transport Test Cases 連接 BEMS 實體需量反應需求控制程式 與電能管理系統 (EMS) 進行整合測試 34
柴油引擎發電機與通信介面 Wiring the COMM Port to a PC Universal PST User Interface 35
儲能櫃監控系統通信介面 PC2 LCM PC 3 DER-EMS 主站 PC1 RS-485 PC 2 PC 1 網路 Main Board RS-485 Inverter AC/Load PC1 PC2 入口 監視系統 即時資料 歷史資料 主 BMS 資料 4 個子 BMS 資料 控制介面 實 / 虛功調整 充放電機制設定 排程 充電 / 放電 36
儲能櫃監控系統通信介面 開發儲能系統監控 API 程式 LCM CANbus 儲能櫃 雙向 Inverter 資料, 由 LCM Controller 提供, 透過 RS485 傳至 LCM 顯示 ;LCM 之 Command 功能, 經由 RS485 傳至 LCM Controller, 以控制雙向 Invereter RS485-2 Baud rate=57600 bit/s RS485-3 PC2 主要控制介面 PC3 網路 ( 區網 ) PC1 監視系統 即時資料 歷史資料 主 BMS 資料 4 個子 BMS 資料 LCM Controller Baud rate=19200 bit/s 37
Q&A Thanks for your Attention! 38