能源的智能管理需求漸增，智能電網發(fā)展加速

微電網（Micro Grid）將使能源管理產業(yè)全速邁向智慧化（圖1）。美國、歐洲、日本等先進國家，以及中國大陸、印度及沙烏地阿拉伯等新興國家，正全力布建智慧電網 （Smart Grid）和太陽能系統(tǒng)，以提高能源利用和管理效率。由于電網輸送的是交流電（AC），而再生能源系統(tǒng)則產生直流電（DC），為有效整合兩種不同形式的電力，業(yè)界正興起太陽能、智慧電網與儲能叁大系統(tǒng)互相整合的新型微電網概念，激勵相關系統(tǒng)業(yè)者投入布局新一代智慧能源管理技術。

　　圖1 智慧微電網建置概念圖　圖片來源：Altera

　　微電網系傳統(tǒng)電網邁向智慧電網的過渡型結構，主要用途為串連分散式再生能源系統(tǒng)與主電網，達成區(qū)域性智慧能源管理的目的，因此須與外部電網併網運作，同時也要具備孤島運轉能力。相較于智慧電網須肩負發(fā)、輸、配、用的電力傳導流程，微電網規(guī)模較小，僅負責區(qū)域性的配電與用電管理，初期將應用于動態(tài)調節(jié)再生能源供應比例，避免主電網電壓浮動等安全問題。

　　現階段，功率元件商與系統(tǒng)廠正加緊改良微電網變電站（Substation）、太陽能逆變器（Inverter）電力控制與資訊運算方案，并導入電力線通訊（PLC）、無線區(qū)域網路（Wi-Fi）和ZigBee等聯網模組，以擴展微電網的無線感測節(jié)點，建置更即時、有效的配電管理平臺。

　　微電網醞釀新商機　半導體元件需求引爆

　　微電網已成為今年能源產業(yè)的發(fā)展重點；由于其須具備即時監(jiān)控、雙向功率控制、區(qū)域用電預測與協(xié)調等功能，因而也帶動通訊模組、高速開關及隔離功率元件導入需求，吸引相關供應商蜂擁搶市。

　　核能研究所核能儀器組智網分組長張永瑞表示，再生能源系統(tǒng)供電量變動劇烈，且須透過直流對交流（DC-AC）轉換機制才能順利併入主電網，一旦應用比重增加，勢將造成主電網電壓浮動和頻率穩(wěn)定性不佳等問題；所以，隨著再生能源滲透率持續(xù)增長，各國能源主管機關也已配合展開結合主電網、太陽能及儲能系統(tǒng)的微電網試點計畫，以確保供電品質。

　　目前歐美及日本皆正加快微電網布建腳步，其中，歐洲地區(qū)裝設的太陽能系統(tǒng)瞬間總發(fā)電量已占整體電網40%以上，儘管部分系統(tǒng)備而不用，但平均發(fā)電量占比仍趨近10？20%；而美國再生能源發(fā)電比重亦超越10%，預計于2020年更將倍增至20%；至于日本則響應非核家園理念，積極推廣再生能源建案。

　　張永瑞也透露，現階段美國施行微電網政策的腳步最快，近期已發(fā)布2013？2015年的微電網研究計畫，并已設置六個試點運行示範區(qū)，做為未來全面落實智慧電網的試金石。

　　一般而言，電網可分為發(fā)輸配用四個階段，而微電網主力負責配電與用電的中后段管理，覆蓋能力大致在100kW~5MW範圍，等同一個千戶等級的區(qū)域電網。由于微電網結合太陽能與儲能等直流電系統(tǒng)，以及交流電主電網，故著重于電源切換、雙向控制、聯網管理與電網隔離保護機制，與傳統(tǒng)電網或一般太陽能系統(tǒng)的元件需求不盡相同，可望帶動新的功率半導體與聯網模組需求。

　　張永瑞指出，微電網中的電力轉換與控制設備須導入耐上千伏特高壓的功率半導體、支援實虛功率補償和低電壓穿越（LVRT）功能的拓撲，以及高階脈衝寬度調變（PWM）控制元件，分別因應電力控制與開關需求，才能在大量直流電瞬間涌入主電網時，自動解除併網狀態(tài)并切換至孤島運轉模式，改由太陽能或儲能設備直接供電，以確保配用電機制正常運行。

　　此外，微電網基礎設施也須透過PLC技術、ZigBee或Wi-Fi通訊模組，即時監(jiān)控并回報區(qū)域用電，以及再生能源及儲能系統(tǒng)電量資訊，以利進行配電調度，發(fā)揮微電網的智慧能源管理效益。

　　瞄準電網通訊需求　PLC技術陣營展開角力

　　意法半導體（ST）技術