能源知識庫

重點摘述

為因應高滲透再生能源發電系統出力變動，對系統頻率與饋線電壓的衝擊影響，世界各國電業逐漸重視智慧變流器於電網中的功能與應用。本文蒐集國際相關併網規範，發現VDE-AR-N4105針對德國電網已有明確的智慧變流器相關技術規範與定義。同時，美國加州Rule-21亦於2015年頒布初版智慧變流器技術規範。隨著我國再生能源併入輸/配電網路的占比需求逐年提升，電網相關控制技術與管理機制亦須與時俱進，才得以共同協助達成政府所制定的再生能源目標。有鑑於此，本文摘錄國際智慧變流器相關重點技術規範，提供國內相關單位進行參考，以利推動後續國內智慧變流器之應用發展。

德國智慧變流器相關技術規範:

A. 實功率調控規範

針對發電系統容量大於 100kW 者，應能受電網操作者控制調降實功率輸出，每一功率降低步階以不超過10% 最大實功率PAmax為原則。通常，實功率調降步階為100 % / 60 % / 30 % / 0 % 最大實功率PAmax。(然而，若需求發電功率更低時，可能會直接關閉發電系統)。最大操作時間為五分鐘內完成。若是在五分鐘內無法將發電系統操作在設定點，那麼發電系統應切離電網。另外，當系統頻率介於 50.2 - 51.5 Hz時，發電系統應自行調降輸出功率，調降變化梯度以為每Hz等同40% PAmax進行，詳如圖1所示。

圖1. 系統過頻的實功率調降曲線

B. 虛功率調控規範

發電系統應有能力在正常穩態運轉情形(Un ± 10%，Un為nominal voltage)，且當發電設備輸出實功率在20%額定功率以上時，其功率因數(displacement factor) cos ϕ規範如下：

1.  發電系統ΣSEmax ≤ 3,68 kVA: 功率因數規範在cos ϕ = 0,95欠激磁到0,95過激磁。

2. 發電系統3,68 kVA <ΣSEmax ≤ 13,8 kVA，電網操作者會提供智慧變流器的運轉操作曲線設定，功率因數規範介於cos ϕ = 0,95欠激磁到0,95過激磁，詳如圖2所示。

3. 發電系統ΣSEmax>13,8 kVA，電網操作者會提供智慧變流器的運轉操作曲線設定，功率因數規範介於cos ϕ = 0,9欠激磁到0,9過激磁。

圖2 智慧變流器容量介於3,68 kVA與13,8 kVA間的虛功率操作範圍

美國加州Rule-21技術規範:

A. Ramp Rate調節

為了避免因氣候或其他原因造成系統電壓波動，Rule-21提出智慧變流器必須具有Ramp Rate控制功能，主要規範正常運轉狀態以及發電設備啟動/切離時，其發電設備的Ramp-up rate應由電網管理者與發電設備所有人商議，設定發電設備Ramp Rate的每秒變化率介於1%至100%最大電流輸出範圍。

B. 動態電壓/虛功率調節

智慧變流器應具備動態調整發電設備運轉功因能力，用以協助調節電網系統的饋線電壓。對於發電設備容量高於15kW者，其運轉功因規範介於±0.85；發電設備容量低於15kW者，其運轉功因規範介於±0.9。

C. 異常電壓穿越

為避免輸電系統故障所引起的電壓波動，造成智慧變流器切離。加州電力公司利用系統歷史故障資訊，來模擬分析並制定異常電壓穿越曲線，模擬示意如圖3所示。

圖3 異常電壓穿越功能模擬分析