台湾电网数位韧性背后的IT关键

从技术架构来看,台电电力交易平台主要由13个核心模组组成,涵盖注册、公告、报价、通讯、ETP系统调度介面、现行运转计划平台(COP)、通讯与调度、通知、结算、PLEXOS介面模组、最佳化模组、短期负载预测、再生能源预测等模组,各自负责不同的功能和任务,为日前辅助服务市场提供所需的资讯服务。(图片来源/台电)

每一天,台电电力交易平台要处理上亿笔电力资料,来掌握民间电力资源的即时状态,迅速应对电力系统变化。随著辅助服务态样越来越多和参与者不断增加,未来规画导入微服务架构,加速新服务和功能的推出。

「一开始建立电力交易平台,就以证券交易所平台等级,来思考整体系统规画。」 台电电力调度处处长周芳正表示,这样的设计正是为了因应未来更多种服务的扩展能力,满足电力市场需求的变化和更多元的交易模式。

在台电强化电网韧性计划中,电力交易平台扮演了虚拟电厂调度的关键角色,负责整合分散于各地的民间可用电力资源,为电力系统提供辅助服务,以便在电力需求波动或突发况下迅速调度资源,提升整体电网的稳定与韧性。

台湾在2017年通过《电业法》后,台电开始规画打造这套电力交易平台,整合民间电力资源建构更具韧性的电网。为了打造这套关键平台,台电找上资策会团队合作,由其负责电力交易平台资通讯系统开发与建置,如调度系统等。

最初,台电建先建立平台原型,进行内部测试,经过一年的测试与调整,2020年开始建置正式平台,并在2021年正式上线,推出电力系统的日前辅助服务。随著平台发展,提供的电力交易单位,从原来一种增加为三种,去年更增加一种,因应辅助服务多元交易的需求,进而提升电力调度的弹性。

应对电力系统变化,更要掌握民间电力资源的即时状态

从规画到正式启用上线,花了约4年。在建置过程中,台电面临不少技术挑战,不仅需采用专用电表以提供即时的民间电力数据,还导入了新通讯技术,建立更安全可靠的讯息传递管道。

由于民间电力资源分散各地,为了能更迅速应对电力系统变化,电力交易平台在设计上特别强调即时通讯的能力,资料更新频率得达到每秒等级,以便精准掌握民间可用电力资源的即时状态,才能在紧急情况下进行快速调度,特别是储能设备,一旦侦测到频率变化便会自动反应,透过即时资料回报,才能根据实际状况迅速调整。

可是,台电的AMI智慧电表通常每15分钟回传一次用电数据。为此,台电采用另一款专用电表,取得更即时的民间电力数据,此外,在通讯方面也采用智慧电网IEC 61850和DNP 3.0取代旧通讯标准,借此提高数据回传效率。

不仅如此,台电过去惯用IPSec VPN通道,作为与合作业者间的讯息传递管道,由于电力交易需要一一和越来越多的业者介接,常因设备、通讯协定或参数设定等问题产生诸多困难,使得介接处理流程非常耗时。

为了解决这个问题,台电后来采用软体定义广域网路技术SD-WAN,以软体方式建立VPN通道,取代了既有VPN专线,提供更迅速且安全的通讯管道。

周芳正表示,由于SD-WAN本身具备自动调整路径和优化通讯品质功能,不只能让合格业者快速且直接地连接到平台,同时也能有效进行管控,并强化资讯安全。

电力交易平台上线迄今3年多,目前有95家合格业者,提供超过430个民间电力资源,若是考虑到聚合商,每一家聚合商可能代理多家企业,实际参与平台的企业可能破百家以上。

为确保能够整合更多业者及资源加入平台,台电在平台上线前也进行过更大连线规模的压力测试,200名参与者,每位参与者提供5个资源,共计1,000个资源进行测试,也就是目前串接来源数量的两倍,整套系统仍旧可以正常运作。

一天得处理3.2GB资料量

周芳正表示,电力交易平台目前平均一天收到的资料量约3.2GB。换句话说,一年累计的资料量超过1TB。为了储存这些资料,台电持续进行资料的扩充,对于保留超过三年的资料,也会压缩成其他格式进行保存。

从技术架构来看,台电电力交易平台主要由13个核心模组组成,涵盖注册、公告、报价、通讯、ETP系统调度介面、现行运转计划平台(COP)、通讯与调度、通知、结算、PLEXOS介面模组、最佳化模组、短期负载预测、再生能源预测等模组,各自负责不同的功能和任务,为日前辅助服务市场提供所需的资讯服务。

在这套平台中,台电导入不少自动化机制,提高平台营运和管理效率。以日前辅助服务为例,几乎是全天营运交易流程,因此不论是处理合格交易者报价、电力调度处最佳化排程作业、辅助服务调度使用及辅助服务报酬结算,都靠自动化来处理,有效节省人力。

像是调度日的排程上,台电使用PLEXOS模型,可准确模拟电力系统的发电与用电行为,将电力系统的物理特性纳入考量,求得全系统电力资源配置最佳化排程的结果。

调度日后,经由电力交易平台的结算模组可自动化计算各交易资源的服务报酬,提供合格交易者报酬预结算明细以利确认。

台电也用AI,来提升短期负载预测模组的预测精准度,采用残差类神经网路技术和多重方程时间序列模开发出AI预测模型,并搭配整体学习(Ensemble learning)进行模型融合。该模型能够根据历史用电量趋势、考虑天气变化、节庆假日等因素,推估即时的全系统用电总需求量,在用电日之前,作为民间电力资源配置及决定时段的重要参考。

下一步规画导入微服务架构

随著服务项目的增加和民间参与者的持续增长,台电不断深化电力交易平台的发展,以支援未来更多的服务扩充和多元交易模式。此外,台电也规画导入微服务架构,翻新现有平台的资讯架构,以提升开发与维护的弹性。

负责建置电力交易平台的资策会开发团队,后来独立出来成立一家资讯公司新捷能资讯。该公司总经理梁敏雄指出,由于现行模组功能不断扩充,加上资源增多,各模组使用者也不同与资源样态越来越复杂,增加开发和维护管理的复杂度,必须采用更弹性的架构。

梁敏雄表示,未来电力交易平台将拆解成多个独立的微服务模组,让每个模组可独立开发、部署和更新,从而加快新功能的扩展,避免单一模组的更改影响到其他模组。此外,导入微服务后,能针对不同使用者的需求进行特别设计和功能扩充,同时加强资安管理。

近两年,台电也加强与第三方业者平台的整合,例如聚合商现在可以透过呼叫API方式取得公告排程和调度指令等相关资讯,但出于资安考量,台电目前不考虑采用Open API架构。

周芳正表示,未来台电规画研拟日内辅助服务市场,将能提供当日小时前甚至即时的电力交易。在排程方面,将逐步从每小时排程缩短到每15分钟,可以提供更准确的电力调度。

随著技术和法令成熟,台电将规画新的辅助服务市场,如日前电能市场,让电能可以自由买卖,进一步吸引更多稳定可靠的外部电力资源进入市场,强化电网的韧性与稳定。

台电还计划导入市场管理系统MMS于平台中,透过EMMS串接各式数位创新技术,如AI、区块链等,实现全面分散式资源即时经济调度。以区块链为例,未来可应用于智慧电表中,当进行多对多的绿电交易时,就能透过区块链,确保电表记录的真实性与可追溯性。

 相关报导