各國低頻卸載(UFLS)方式探索

各國低頻卸載(UFLS)方式探索

目錄:

一、前言

二、 各國UFLS方式

1. 關島電力(GPA)
2. 台灣電力(TaiPower)
3. 歐洲(UCTE)
4. 愛爾蘭電力(ESB)
5.英國(UK)
6.西班牙(Spain)
7. 瑞典(Sweden)
8. 丹麥(Denmark)
9. 芬蘭(Finland)與挪威(Norway)
10. 紐西蘭(Newzeland)
11. 澳洲(Australia)
12. 美國西部電力協調理事會(WECC)
13. 美國PJM區域輸電組織(PJM RTO)
14.美國中西可靠度組織(MRO)
15. 美國佛羅里達可靠度協調理事會(FRCC)
16. 美國東北電力協調理事會(NPCC)
17. 加拿大魁北克電力公司(Quebec)
18. 美國德州(ERCOT)
19. 美國西南電力池(SPP)
20. 巴西(Brazil)
21. 智利(Chile)
22. 哥倫比亞(Coulumbia)
23. 南非電力(ESKOM)

 三、後語

 

一、前言 

幾個月前接觸到關島獨立電力系統每逢發電機組跳機,系統頻率驟降引發低頻電驛動作限電的問題,吸引我這電驛老兵對世界各國電力公司低頻卸載(UFLS: Underfrequency Relay Load Shedding)方式探索的興致,以便了解比較各電業的作為,或許可做電驛老友們的參考。

二、 各國UFLS方式

於是就從關島開始探索,關島孤島小電力系統,電源開發經濟掛帥,購買大機組平均投資可減少,所以造成每逢大機組跳機系統頻率驟降的特性,在機組跳脫後瞬間幾秒鐘,似乎找不到阻止頻率下降的對策,只有靠低頻電驛動作,犧牲切掉一些負載,保住系統不致於系統全停電(Blackout),然後再利用備轉容量迅速恢復供電(幾分鐘),否則全停電系統要復電就需時甚久(幾小時)。

至於世界各國互聯大型電力系統,為防止系統事故,系統分裂成許多孤島系統,也都備有與島國電力系統類似,為系統安全所採取犧牲小我、成全大我的低頻卸載方式。因各國系統結構、特性、國情之不同,採取方式不盡相同。茲蒐集部分如下:

1. 關島電力(GPA)

關島電力2005年以前的低頻卸載(UFLS)方式如下表1,分成三大階段,每大階段又再細分三小階段,總卸載量約103MW(約尖峰的40%左右)。根據EPS檢討報告,此UFLS方式有重大瑕疵,因為部分GPA保護發電機組的低頻電驛標置為58.2Hz,比UFLS第2、3階段標置(58-57.2Hz)高,也就是系統遇到大機組跳機系統頻率驟降,第2階段UFLS尚未動作,發電機組先跳脫,更惡化系統頻率。

表1  關島電力2005年以前的UFLS方式

因此,EPS公司建議GPA修改低頻電驛卸載標置如表2,分為三階段,每街段約限電25MW,第1階段為小機組(Tango電廠)跳機用,第1加第2階段50MW為大機組(卡布拉斯、MEC等電廠)跳脫用,剛好可把系統頻率恢復至60Hz。

表2關島電力2005年EPS建議的UFLS方式

之後,GPA將EPS建議增加58.3Hz第四階段25MW卸載,維持舊的卸載量,詳如表3所示。

表3  關島電力2011年目前UFLS方式(2009年GPA尖峰負載約272MW)

2. 台灣電力(TaiPower)

台灣電力系統為孤島型系統,為提高系統供電可靠性,自1964年起就開始採用早期感應式低頻電驛。次(1965)年我進入負責全台電69KV以上發、輸、變電系統電驛規畫、維護與運轉的電力調度室電驛課工作,當時電驛課只有17人左右,工作量甚重,剛進公司不久就扛著約60公斤重的頻率產生器到現場試驗此類美國西屋(WH: Westinghouse)公司的CF-1型低頻電驛,尤其有一次開車經九份到台北縣雙溪二次變電所試驗後,轉往菁桐S/S,沒有公路可走,我跟林亨華股長扛那笨重的頻率產生器改搭平溪線火車到菁桐,記憶猶新。CF-1圓盤(Disc)感應型低頻電驛標置容易變動(走掉),有時需要調整彈簧修正,還有許多裝設在私人變電所的低頻電驛經常會被閉鎖掉,所以需要定期檢查試驗。

1969、1973年再分別增設低頻電驛,採用低頻電驛卸載方式後,因其動作較人為迅速,可補救人員操作延緩缺點。當時低頻電驛標置及跳脫負載情形如表4所示:

表4  台電1964~1976年早期UFLS方式

民國64(1975)年開始有500MW(大林5號機)大機組加入後,因為低壓汽機葉片長達44吋,製造廠家建議不能低於59.5HZ運轉太久。因此,1977年增加第7段59.5HZ + 30秒低頻卸載(表5),防止系統頻率維持在59.2-59.5HZ間不能回升。

表5  台電1977~1984年UFLS方式(500MW大容量機組加入後)

民國74 (1985)年1月20日台電明湖(大觀二廠)抽蓄電廠第一部250MW抽蓄機組商轉,白天發電,晚上抽水運轉。因而,低頻卸載方式修改如表6,系統如有抽蓄機組抽水則優先跳脫抽水機組,可避免停到一般用戶,減少民怨。

表6  台電1985年UFLS方式(抽蓄電廠加入)

1994年1月2日台電第二座抽蓄電廠明潭抽蓄電廠第一部機267MW商轉,到1995年2月六部機組商轉,台電系統共有10部抽蓄機組容量達2600MW,低頻卸載方式也配合兩廠運轉修訂。之後,2003年又多增加第12(58.4Hz)、13(58.3Hz)段,每年電驛部門都配合系統調整各段卸載量,至今(2011)年又配合大潭複循環機組於系統頻率58.3Hz跳機時,可維持House load運轉的功能,特別將第13段卸載量由去年1.04%提高至3.4%,以便大潭機組可迅速再併連系統供電,詳如表7所示。

註:抽蓄機組抽水運轉時,起、停之順序應按低頻電驛標置。啟動時,應由高標置往低標置依序並聯;停機時,由低標置往高標置依序解聯。

表7 台電2011年UFLS方式

台電系統低頻電驛早期都採用美國奇異(GE)與西屋(WH)兩大廠家電驛,從EM感應型WH CF-1、KF,GE CFF到靜態型WH SBF-1、MDF,GE SFF21A,目前已經進步到數位、IED型,廠牌型式多樣化計有SEL351、351A、311C(共用),GE F650、SR-760、F-35(共用),AREVA P142、P143,SIEMENS 7SJ62,ABB REF541、REX521等等,至2011年止全系統EM型低頻電驛大約只佔25%。

低頻卸載方式各段卸載量(佔比%)必須掌握正確數值,台電系統從輸電、配電及饋線現在已經全面自動化,所以各段低頻卸載量均可透過自動化監控即時蒐集核對,較從前單由第三星期三尖峰紀錄核對,更為準確方便多了!

3. 歐洲(UCTE)

根據歐洲輸電調度中心(ENTSOE:European Network of Transmission System Operators for Electricity)(參圖1) 前身輸電協調聯合會(UCTE :Union for the Coordination of Transmission Electricity)運轉手冊(Operation Handbook)第一方針(Policy 1)頻率控制與執行的附件1提出低頻卸載方式建議如表8,最大卸載量為50% 。

表8  歐洲UCTE所建議的UFLS方式

 

圖1 歐洲ENTSOE 會員示意圖

 

4. 愛爾蘭電力(ESB)

愛爾蘭與英國北愛爾蘭電力系統互聯成為一孤島電力系統並共同成立單一電力市場交易所(SEMO:Single Electricity Market Operator),其電力系統分別由愛爾蘭電力調度中心(ErGrid )、及北愛輸電調度中心(SONI: System Operator for Northern Ireland)負責調度運轉。北愛系統的Moyle Interconnector 250KV DC 250MW 高壓直流輸電線與英國本島蘇格蘭系統連接。

愛爾蘭與北愛電力系統2009年尖峰負載分別為5084、1800MW左右,裝置容量則分別約為6300、2800MW。因屬於孤島電力系統,遇到大機組跳脫,系統頻率驟降,跟台灣電力系統類似,但其利用低頻電恢復系統頻率方式較台電更為細緻靈活。既有低頻卸載有48.5、48.4、48.3、48.2HZ四大段,每大段又再細分四小段,每小段卸載量約3%~6%,詳如表9。

表9  愛爾蘭2007年UFLS方式(資料來源: IEEE Std C37.117-2007)

根據2009年7月紐西蘭輸電調度中心(Transpower)發表的自動低頻卸載技術報告附件A[世界各國低頻卸載方式比較]所述2010年到愛爾蘭電力訪查低頻卸載方式如表10,跟既有方式已有所變動。

表10  愛爾蘭2010年UFLS方式(資料來源: 紐西蘭Transpower  A Collation of International Policies for Under-Frequency Load Shedding)

    

5.英國(UK)

英國本島大不列顛輸電系統(GB Transmission System)分別為英格蘭與威爾斯的國家電網輸電公司(NGET: National Grid Electrcity Transmission ) 、蘇格蘭水電輸電公司(SHET:Scottish Hydro-Electric Transmission Limited)、蘇格蘭電力輸電公司(SPT:SP Transmission Limited)三大公司所屬,雖為孤島系統但與法國及北愛爾蘭都有高壓直流輸電線(HVDC)互聯。光NGET系統今(2011)年冬季最高負載約達58.1GW。此三大輸電公司的低頻卸載方式如表11所示,NGET系統共分9段卸載,卸載量高達60%;蘇格蘭兩家輸電公司都是4段卸載,卸載量為40%。

表11  英國2010年UFLS方式(資料來源: 英國Grid Code 附件5)

6.西班牙(Spain)

西班牙電力系統透過法國系統(400、220、110KV各兩回線、132KV一回線) 跟歐洲系統互聯,另外也跟葡萄牙(400、220KV各三回線、66及15KV各一回線)及北非摩洛哥(400KV一回線)電力系統互聯,2010年尖峰負載達44GW。依據西班牙輸電電力調度中心(REE)的西班牙半島電力系統保護準則(CRITERIOS GENERALES DE PROTECCIÓN EL SISTEMA ELÉCTRICO PENINSULAR ESPAÑOL)第三章第8節敘述低頻卸載方式如表12。低頻卸載分為6段,前兩段係跳脫抽蓄電廠的抽水負載,各跳脫總抽水負載的50%。其餘4段為一般用戶卸載,總量達50%。

表12  西班牙UFLS方式

7. 瑞典(Sweden)

瑞典電力系統屬於ENTSOE的北歐輸電系統(Nordic transmission system)一員,被北歐其餘三國挪威、芬蘭與丹麥包圍,跟挪威(400KV x4、220KV x 1回線)、芬蘭(400KV x2、220KV x 1、HVDCx 1回線)、東丹麥(400KV x2回線)、西丹麥(HVDCx 2回線)、德國(HVDCx 1回線)、波蘭(HVDCx 1回線)電力系統互聯(圖2)。

圖2 北歐(Nordic Country)輸電網(資料來源:瑞典輸電調度中心Svenska Kraftnät網站)

北歐四國除西丹麥外跟歐洲其他國家都是用高壓直流輸電線(HVDC)連接,類似一獨立系統,去(2010)年尖峰負載約68.1GW,瑞典為26.7GW。瑞典電力系統為狹長形狀,發電廠集中在北部,負載中心則在南部,南北線路跳脫,系統很容易分裂。因此,瑞典系統低頻電驛除了卸載外,也對系統運轉提供緊急啟動氣渦輪機的功能,協助調度員應付系統緊急情況,詳如表13。

表13  瑞典UFLS方式(資料來源:Nordel System Operation Agreement附件5)

8. 丹麥(Denmark)

丹麥電力系統2010年尖峰負載為6460MW,分為東丹麥與西丹麥系統(參考圖2)。東丹麥透過400KV交流輸電電與北歐電力系統連接,跟歐洲系統則用HVDC高壓直流輸電電互聯,所以屬於北歐(NORDEL)區域系統;西丹麥系統則相反,跟北歐系統用HVDC,跟歐洲系統透過400KV交流輸電線連接,屬於歐洲大陸系統。因此,東、西丹麥系統低頻卸載方式(表14、表15)各有不同,西丹麥聯接到大系統,UFLS方式較簡單卸載量僅20%;東丹麥則較為複雜卸載量達50%。

表14  東丹麥系統UFLS方式(資料來源:Nordel System Operation Agreement附件5)

表15  西丹麥系統UFLS方式(資料來源:Nordel System Operation Agreement附件5)

9. 芬蘭(Finland)與挪威(Norway)

北歐四國的其餘兩國芬蘭與挪威電力系統之低頻卸載方式則較為簡單,詳如表16。

表16  芬蘭與挪威系統UFLS方式(資料來源:Nordel System Operation Agreement附件5)

10. 紐西蘭(Newzeland)

紐西蘭電力系統跟台電系統類似,屬於孤島系統,分為南島與北島兩系大統,中間靠HVDC輸電線(目前輸電容量為900MW、2013年11月可達1200MW)連接。今(2011)年8月(冬季)最高尖峰為6999MW,其中北島為4785MW,南島為2123MW。至於發電裝置容量2010年北島約6068MW,其中有複循環機組(CCGT)與火力機組共約2630MW,其餘大部分為地熱、汽電共生、及風力發電,水力較少;南島幾乎全部為大水力機組裝置容量約為3440MW。因此,北島CCGT加入系統後最低系統頻率限制改為47HZ,南島則保持既有45HZ限制;南島如逢豐水季節有剩餘電力可北送北島,但預估水則需北島電力南送。

紐西蘭自動低頻卸載方式(AUFLS)係1965年連接南北島的HVDC完成後,預防HVDC故障跳脫(早期輸送能力600MW,相當於一大機組),造成系統頻率驟降危及系統運轉安全,由英國顧問引進AUFLS,採用兩段每段20%卸載,後經業者反應每段20%很難達到,修改為每段16%如表17。目前Transpower調度中心與電力管理局(EA)共同負責詳細檢討既有低頻管理(UFM :Under Frequency Management)方式,預計今(2011)年底,提出定案報告。

表17 紐西蘭系統UFLS方式(資料來源:Electricity Industry Participation Code 2010 Schedule 8.3, Technical Code B 7(6)節)

 

11. 澳洲(Australia)

澳洲是世界第一大島(7,617,930 km2),但平均人口密度每平方公里2.8人卻堪稱全球密度最低的國家;澳洲共有8個州(領地),除了西澳(Western Australia)及北領地(Northern Territory)外,昆士蘭(Queensland)、新南威爾斯(New South Wales)、維多利亞(Victoria)、南澳(Southern Australia)、塔斯馬尼亞(Tasmania)及澳洲首都領地(ACT: Australia Capital Territory)電力系統互聯一起(圖3),共同成立澳洲國家電力市場(NEM: National Electric Market),尖峰負載最高為35,551 MW (2009年夏季),比台電稍高(2011年33,787MW)。

澳洲國家電力規則(NER:National Electricity Rules .Version 45)第四章電力系統安全(Power System Security)4.3.5節市場用戶責任(Market Customer obligations)(a)及(b)規定大於10MW的負載用戶必須提供至少60%負載做為可停電力,用在自動低頻卸載(AUFLS)之用;澳洲電力市場調度中心(AEMO)將市場用戶提供之可停電力分布在49.0-47.0HZ低頻帶(under-frequency bands)的各卸載段(Steps)(表18)。

圖3  澳洲國家電力市場(NEM)輸電網(資料來源:澳洲競爭與用戶委員會

         http://www.accc.gov.au/網站)

表18 澳洲系統UFLS方式(資料來源:NER:National Electricity Rules 45版)  

澳洲各州UFLS方式不盡相同,茲舉2005年南澳系統為例,第1段49.6HZ標置係可停電力用在備轉容量輔助服務之用,第2-10段才是低頻卸載總共卸載達66%(表19)。

表19 澳洲 南澳系統UFLS方式

至於西澳洲獨立系統的西方電力(Westernpower)系統,其UFLS方式共有5段,卸載量高達75%(表20),跟一般電力公司不同的地方,卸載時順便把系統電容器也同時切除,以防系統電壓過高。

表20 澳洲 西澳西方電力系統UFLS方式

12. 美國西部電力協調理事會(WECC:Western Electricity Coordination Council)

北美電力可靠度公司(NERC)共有8個區域可靠度組織詳如圖4,西部電力協調理事會(WECC)為其中面積最大,橫跨加拿大、美西及墨西哥領域。

圖4  北美電力可靠度公司(NERC)區域轄區圖(資料來源: http://www.nerc.com/網站)

1996年7月2、3日及8月10日美國西部互聯系統接連發生三次大停電後,柯林頓總統指定「藍帶」小組進行全面性檢討此大停電事故並做出強化西部互聯系統可靠度建議。該小組最後提出「1996年7月2、3日西部互聯系統事故報告」及「1996年8月10日西部互聯系統事故報告」,報告中建議多件有關可靠度議題需要進一步調查,其中之一,就是有關用來阻止系統頻率驟降發生系統崩潰、減少系統連鎖大事故惡化衝擊及協助系統快速復原的「既有低頻卸載(UFLS)政策與程序」的有效性。

因此,WECC的前身WSCC規劃協調委員會(PCC)及運轉委員會(OC)共同發展一套「低頻卸載與復電計畫(coordinated off-nominal frequency load shedding and restoration plan)」並於1997年12月4日WSCC董事會通過施行。

2009年 WECC的PCC及OC組成專案小組檢討1997年發展的低頻卸載與復電計畫的有效性。2010年NERC建議修訂NERC PRC-006-0為PRC-006-1版,配合修訂低頻卸載與復電計畫如表21。

表21 美國西部電力協調理事會(WECC)電力系統低頻卸載與復電計畫表

WECC 低頻系統與保護復電委員會(OFSPR: Off Frequency System & Protection Restoration Committee)於2010年6月24日提出WECC南方系統低頻處理報告(2010 Underfrequency Implementation Report By OFSPR Committee for Southern Island Utilities),調查WECC南方19家電力公司的低頻處理方式,並包括對外互聯線跳脫系統分離時,加速負載跳脫保住系統不崩潰的負載跳脫計畫(LTP: Load Trip Plan),詳如下表22。

表22 美國西部電力協調理事會(WECC)南部各電力公司低頻反應方式

13. 美國PJM區域輸電組織(PJM RTO)

美國東部1927年就成立的PJM互聯系統(PJM Interconnection)轄區擴充甚速,近年由原來的賓州、新澤西、馬里蘭、德拉瓦州及哥倫比亞特區發展到伊利諾、印第安納、肯塔基、密西根、北卡萊納、俄亥俄、田納西、維吉尼亞、西維吉尼亞等州,涵蓋NERC區域組織MAAC、ECAR、MAIN的轄區(現合併為Reliability First詳參圖4)。

PJM RTO的低頻卸載方式,為配合各電力公司既有方式,根據PJM 2011年4月27日修訂的「系統復電手冊(System Restoration Manual)」第14版公佈之低頻卸載方式如表23所示。

表23 美國PJM低頻反應方式

PJM轄區各輸電公司最新近的低頻卸載方式如下表24所示:

表24 美國PJM轄區各電力公司低頻反應方式

14.美國中西可靠度組織(MRO: Midwest Reliability Organization )

美國中西可靠度組織係北美可靠度公司(NERC)八個區域組織之一,2002年成立,2005年開始運作,承擔NERC前自願性區域可靠度組織MAPP(Mid-Continent Area Power Pool)、部分MAIN(Mid-America Interconnected Network)的可靠度功能,轄區涵蓋加拿大薩斯卡其萬(Saskatchewan )及曼尼托巴( Manitoba)兩省,以及美國北達科他(North Dakota)、明尼蘇達(Minnesota)、內布拉斯加(Nebraska)州及南達科他、愛荷華、威斯康辛州大部分,面積將近260萬平方公里(詳參圖4)。

根據NERC標準PRC-006-0規定自動低頻卸載(UFLS)應由區域可靠度組織(RRO: Regional Reliability Organizations)協調制訂。目前MRO的UFLS計畫(表25)並未獲得管制單位批准,各MRO轄內電力公司係依照優良電業慣例(good utility practice)參與MRO UFLS計畫,並無強制性。

MRO根據PRO-006-0檢討既有UFLS計畫,低頻卸載專案小組(Underfrequency Load Shedding Task Force)已經在2007年3月完成(表26),2010年6月14日標準委員會暫停批准尚需進一步檢討協調。

表25 美國MRO轄區各電力公司目前低頻反應方式(UFLS)

表26 美國MRO轄區各電力公司2007年建議之低頻反應方式(UFLS)

15. 美國佛羅里達可靠度協調理事會(FRCC:Florida Reliability Coordinating Council)

佛羅里達電力系統為半島形狀,在1982年增加兩回500KV及一回230KV跟北邊美國大陸SERC系統互聯輸電線後,FRCC從SERC輸入能力由0MW增至約3600MW。因此,考慮極端偶發事故,所有互聯線跳脫情況,UFLS也大幅修訂,卸載量由36%增至41%,第一段低頻標置由59.0HZ提高到59.7HZ。後續每年年度檢討低頻卸載之有效性,目前檢討結果FRCC的UFLS卸載量必須提高至56%,詳如表27。

表27美國佛羅里達可靠度協調理事會FRCC之UFLS

 

16. 美國東北電力協調理事會(NPCC:Northeast Power Coordinating Council)

NPCC也是NERC區域可靠度組織之一,成立於1966年1月19日,其前身為加拿大-美東互聯系統(CANUSE :Canada–United States Eastern Interconnection),比1965年東北大停電於1968年成立的NERC早成立兩年,轄區面積僅次於WECC(圖4),橫跨美國紐約州及新英格蘭地區的麻州、康乃迪克、緬因、新罕布夏、羅德島、佛蒙等6州,以及加拿大的安大略、魁北克、新柏倫瑞克(New Brunswick)、新斯科細亞(Nova Scotia)、愛德華王子島(Prince Edward Island) 等5省。

轄區內有紐約(NYISO)、新英格蘭(NEISO)、安大略(IESO)、新柏倫瑞克(NBSO)四家電力調度中心。NPCC電力系統屬於美國東部系統(Eastern Interconnection),但轄區內的加拿大魁北克電力系統只有四條高壓直流(HVDC)與東部系統連接,跟德州系統類似。

NPCC為因應系統緊急情況,依照NPCC所建立之績效要求,發展自動低頻卸載(UFLS)計畫的設計與處理基本準則,來防止由於發電與負載不平衡,系統頻率驟降,造成系統崩潰,其確保系統頻率下降與復原一般準則的要求如下:

(a)美東互聯系統之NPCC頻率下降必須止於58Hz以上,魁北克系統則為56Hz以上。

(b)NPCC系統跳機容量超過25%時,系統頻率低於58.5Hz不能超過10秒,低於59.5Hz不能超過30秒。

其標準低頻卸載(UFLS)計畫如表28所示:

表28美國東北電力協調理事會NPCC之標準UFLS

2010年3月3日為考量小用戶參與低頻卸載計畫,其UFLS計畫修定更嚴格、詳細如表29所示,將用戶按用電大小分100MW以上、100-50MW間、50-25MW間三種卸載段數與量不同的規定,25MW以下則豁免參與。

表29美國東北電力協調理事會NPCC之新修訂UFLS

 

17. 加拿大魁北克電力公司(Quebec)

NPCC的加拿大魁北克電力公司只有高壓直流輸電線與外界連結,形同一獨立系統,而且系統特性獨特,發電機組最低運轉頻率限度為56Hz(大都為水力機組)。

因此UFLS計畫也跟其他電力公司不同詳如表30,該公司低頻卸載除了將有效電力(MW)切除外,同時也將無效電力(MVAR)一併卸掉,平衡系統電壓。此外,該公司還採用系統頻率下降率來觸發低頻卸載。

 表30 NPCC加拿大魁北克電力之新修訂UFLS

 

18. 美國德州(ERCOT)

德州電力調度中心(ERCOT)轄區跟美國其他地區都是以高壓直流輸電線連接,類似加拿大魁北克省為一獨立系統,其低頻卸載方式如下表31:

表31美國德州電力調度中心(ERCOT)之UFLS(資料來源;IEEE Std C37.117-2007)

19. 美國西南電力池(SPP)

西南電力池轄區為美國西南的肯薩斯、奧克拉荷馬州及部分德州、密蘇里、阿肯色、路易斯安納、新墨西哥州,其低頻卸載(UFLS)方式如下表32:

表32美國西南電力池(SPP)之UFLS(資料來源;IEEE Std C37.117-2007)

 

20. 巴西(Brazil)

巴西為南美洲面積最大國,2010年度發電裝置容量高達96,202MW,其中水力發電佔79.7%,尖峰負載為54,252MW。 巴西電力系統目前由巴西電力調度中心(ONS: Operator Nacional do Systema Elctrico)負責電力調度事宜,巴西全國電力系統一般可分為北部、東北部、東南部(包括中西部)及南部四大區域(參考圖5),

 

圖5  巴西電力系統區域示意圖(資料來源: http://www.ons.org.br/institucional/modelo_setorial.aspx?lang=en網站)

巴西幅員廣闊,各地區發展迥異,電力系統低頻卸載方式(表33) 根據各區電源特性按北區/東北地區、東南區(含中西區)、南區訂定三大UFLS方式,其中北區/東北區最低動作頻率為55.2Hz,最大卸載量(%)為南區的55%。

表33巴西電力系統之UFLS(資料來源;http://www.cigre.org Session 2002)

21. 智利(Chile)

智利為南美洲最狹長的國家(南北長約4300公里),全國電力系統分離為北部互聯系統(SING: Sistema Interconectado Norte Grande)與中部互聯系統( SIC: Sistema Interconectado Central),SING有30%電力供應智利第1、2區的銅礦礦場,SIC則供應全國約66%電力,約90%的人口。SIC與SING的低頻卸載方式分別如表34、表35。其中SIC有採用頻率下降率低頻卸載方式。

表34智利中部電力系統(SIC)之UFLS

 

表35智利北部電力系統(SING)之UFLS

22. 哥倫比亞(Coulumbia)

哥倫比亞電力系統2009年裝置容量為13,496MW,尖峰負載為9,290MW。哥倫比亞電力事業跟南美各國一樣都已經自由化,於2004年成立XM電力交易所(XM, Compañía de Expertos en Mercados)負責電力市場交易,ISA( Interconexión Eléctrica S.A)則負責電力調度與電力輸送。哥倫比亞電力系統的低頻卸載方式如表36,卸載量高達40%。

表36哥倫比亞電力系統(ISA)之UFLS

23. 南非電力(ESKOM)

南非電力公司(ESKOM)為非洲最大的電力公司,轄區面積約122萬平方公里(圖6),2011年ESKOM自有淨發電裝置容量為41,194MW,尖峰負載為36,970MW。由於南非幅員廣闊,南北僅靠單一765KV輸電線連接,系統分裂機會較多,因而對低頻卸載也很重視,ESKOM的低頻卸載(UFLS)方式如表37所示,系統頻率低於49.2Hz至49Hz先切前三段為用戶自願停止用電(可停電力),低於48.8Hz時才為強制卸載,總共四段卸掉尖峰負載的40%。

圖6  南非電力(ESKOM)系統簡圖 (資料來源: http://financialresults.co.za/2011/eskom_ar2011/index.php網站)

表37南非電力系統(ESKOM)之UFLS

三、後語

探索了全球23個國家或地區的低頻卸載方式(UFLS)後,發現這歷久彌新的保護電力系統不致全黑、得以繼續安全運轉的保護方式,已經隨著電業自由化也慢慢改變中。尤其在許多島國電力系統更為重視,諸如愛爾蘭、紐西蘭等,把低頻卸載納入輔助服務的備轉容量或頻率調整使用;在大型互聯系統方面,曾經遭遇過大停電的系統,例如美國加州、佛羅里達州、北歐瑞典等系統狹長容易斷聯形成孤島,對UFLS也相對重視。加拿大魁北克電力與澳洲西澳電力的低頻卸載除了MW外,還把MVAR一併卸掉,為比較特殊方式。

至於低頻電驛硬體方面,也隨科技發達,日新月異,從早期的圓盤感應型電驛,進步到數位智慧型電驛,還有目前的IED,以及網路的發達,低頻標置遠方設定修改與故障偵測等等,都是我這一代老電驛人想像不到的進展。

目前電力系統保護方面,增加了許多方式,例如特殊保護系統(SPS: Special Protection System),增強防止電力系統連鎖事故導致大停電的保護,但是低頻電驛仍舊是電力人稱為「無聲的哨兵(Silent Sentinel)」,在電力系統各角落,靜靜地守護著電力系統安全的最後一道防線。怪不得有著強大電力系統的美國,北美電力可靠度公司(NERC)可靠度標準對低頻卸載特別訂定了PRC006、PRC007、PRC008、PRC009項標準,針對UFLS的發展、維護試驗、管理、功能確保、事故檢討分析等方面,提出要求、方法、查核追蹤與懲罰等,以供各電業遵從。

台灣電力系統屬於孤島系統,一向對低頻卸載都很重視、而且有許多的實際經驗,本文所探索的其他國家的做法,或許可做為台電電驛老友們精益求精的參考。

參考資料:

1.http://www.nerc.com/fileUploads/File/AboutNERC/maps/NERC_Regions_color.jpg

2.Transpower:System Operator Report: Automatic Under-Frequency Load Shedding Technical Report 7 August 2009 Appendix A: A Collation of International Policies for Under-Frequency Load Shedding

3.IEEE Guide for the Application of Protective Relays Used for Abnormal Frequency Load Shedding and Restoration

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我在含飴弄孫閒暇之餘,經常瀏覽到新聞、雜誌及媒體有關電業的報導,原來只PO在我的臉書上,跟老朋友分享!最近在我的部落格「Gordoncheng’s Blog』發現對電業有興趣同好還滿多的,但因本人孫女還小空閒時間不多,無法一一翻譯消化另寫文章,只好另闢專門PO電業新聞報導原文連結之「Gordoncheng’s 2nd Blog』,跟更多朋友分享!
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2 Responses to 各國低頻卸載(UFLS)方式探索

  1. K-C Liu 說道:

    讚、讚、讚,保貴的經驗分享與整理。

  2. 引用通告: 漫談台灣電業的前世今生(七)-【今生篇(5)-台電公司七十年來之限制用電】 | GordonCheng's Blog-cont.

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