微電網(wǎng)(Microgrid)系統(tǒng)為近年世界各國電力科技發(fā)展重點，主要效益歸納為二，首先，由于再生能源為間歇性能源，大量的再生能源閎氳繽將造成電壓浮動的問題，影響區(qū)域電網(wǎng)供電穩(wěn)定度;微電網(wǎng)具穩(wěn)定電壓及頻率功能，可有效引入再生能源進入電網(wǎng)，提升區(qū)域電網(wǎng)再生能源之使用率。其次，微電網(wǎng)具有尖峰用電調節(jié)(Peak Shaving)作用，可降低尖峰用電的系統(tǒng)設備需求規(guī)格及成本，配合時間電價制度抑制用電行為，達到節(jié)能減碳目的。

事實上，日本于2010年即成立智慧社區(qū)(Smart Community)聯(lián)盟，由新能源及工業(yè)技術發(fā)展組織(NEDO)于橫濱、豐田、京都府與北九州等四個都市進行微電網(wǎng)示計畫;中國大陸則將微電網(wǎng)試點列入十二五計畫，國家電網(wǎng)電力公司已于南麂島和鹿西島分別建置離網(wǎng)型及并網(wǎng)型微電網(wǎng)示范工程。

2012年美國再生能源國家實驗室(NREL)亦與沙加緬度市電力公司(SMUD)于加州建置微電網(wǎng)示系統(tǒng);韓國國網(wǎng)更進一步在濟州島上建置智慧電網(wǎng) (Smart Grid)測試區(qū)。至于歐盟則提出第七期架構方案(Framework Programme 7)，由雅典科技大學領導團隊于Kythnos島內建置微電網(wǎng)測試系統(tǒng);另外，西班牙、葡萄牙、德國和法國等也都有微電網(wǎng)示計畫正在運行。

實現(xiàn)節(jié)能減碳目的核研所加速微電網(wǎng)測試

為接軌國際間節(jié)能減碳風潮，臺灣核能研究所(簡稱核研所)亦致力發(fā)展自主式(Autonomous)微電網(wǎng)技術，并規(guī)畫分叁個階段進行，以有效提升國內再生能源利用率。第一階段系統(tǒng)將著重分析與關鍵技術研發(fā)，第二階段則進行系統(tǒng)工程整合，以能源電子技術配合微電網(wǎng)能源管理及儲能技術，發(fā)展區(qū)域電網(wǎng)再生能源滲透率達10%(裝置容量20%)的電力控制技術。

第三階段將進行系統(tǒng)試運轉，以分散式發(fā)電架構，示并推廣自主式控制的微電網(wǎng)系統(tǒng)，于市電懔與孤島運轉平穩(wěn)切換，有效控制微電網(wǎng)再生能源發(fā)電滲透率達 20%(裝置容量達40%)，提升國家能源安全、開發(fā)新興國家市場與加入先進國家市場供應鏈，同時創(chuàng)造綠色就業(yè)機會及能源新興產業(yè)的契機。

目前，核研所已完成建置國家級首座一百(kW)級自主式低壓380伏特(V)微型電網(wǎng)示系統(tǒng)及測試平臺(圖1)，提供產業(yè)、學術單位、研究機構、電力公司等進行研究與測試，并發(fā)展微電網(wǎng)相關核心技術，包含能源電子、電力系統(tǒng)、智慧控制與能源管理、電網(wǎng)級儲能系統(tǒng)與應用工程技術等四大關鍵技術。

微電網(wǎng)經(jīng)由靜態(tài)開關與市電懔，當內部發(fā)生故障或外部市電故障時，靜態(tài)開關運用主動式孤島偵測技術，快速確認故障并完成隔離動作;而儲能系統(tǒng)藉由雙向功率轉換器(圖2)連結微電網(wǎng)電力R流排，于一個周期內，由電流源快速轉換為一穩(wěn)定電壓源，提供能量給予負載使用。

圖1 雙向功率轉換器裝置構造圖

當靜態(tài)開關跳脫瞬間，微電網(wǎng)電力R流排電壓將驟降，此時分散式電源搭配具實、虛功率控制及低電壓穿越功能(LVRT)的再生能源電力轉換器(圖3)，仍在可容忍電壓圍內，持續(xù)與微電網(wǎng)的電力R流排連接，使微電網(wǎng)內部持續(xù)供電，達成市電懔模式與孤島運轉模式間之平穩(wěn)切換。當微電網(wǎng)內部故障排除或外部市電恢褪保靜態(tài)開關判斷市電正常，則利用雙向功率轉換器調整實、虛功率輸出至微電網(wǎng)電力R流排，當內外部的電力R流排電壓、頻率同步后(圖4)令靜態(tài)開關閉合，微電網(wǎng)再重新閫。

圖2 具實虛功率控制及低電壓穿越功能的再生能源電力轉換器

圖3 微電網(wǎng)靜態(tài)開關重新閫的內、外電網(wǎng)電壓同步波形。

目前核電所微電網(wǎng)已完成前述具主動式孤島偵測技術的靜態(tài)開關、實虛功率輸出控制的雙向功率轉換器、電流源轉換電壓源平穩(wěn)切換技術，及具有低電壓穿越功能的再生能源電力轉換器等設備開發(fā)及功能測試。

有別傳統(tǒng)電網(wǎng)微電網(wǎng)電力系統(tǒng)大改造

微電網(wǎng)內部包含再生能源系統(tǒng)、分散式電源，如微渦輪機、燃料電池及各類負載組成，當處于孤島運轉時，其電力潮流方向、系統(tǒng)暫態(tài)現(xiàn)象、電力品質分析及保護協(xié)調機制，均與傳統(tǒng)電網(wǎng)的需求不同。

目前核研所開發(fā)的微電網(wǎng)叁相潮流解析法，適用于低電壓、高R/X比的叁相不平衡系統(tǒng)或電壓控制型R流排過多的微電網(wǎng)系統(tǒng)，不論于微電網(wǎng)在閫或孤島運轉下，皆能保持強健性及快速收斂、求解的效果。另外，為分析微電網(wǎng)閫、孤島及N-1事件時的系統(tǒng)暫態(tài)響應，核研所亦已建立高聚光太陽能電池(HCPV)、風力機組、電力轉換器及電子負載等微電網(wǎng)細部元件的數(shù)學模型。