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邁向智慧電網的第一步
智慧電網是一種以現代科技來偵測、收集電力供應與使用狀況的輸電網路,藉由開源與節流方式,達到節能、使用再生能源、減少碳排放量的目的。而推動過程中,數位電儀表扮演了非常關鍵的角色。
 
 
 
智慧電網是一種以現代科技來偵測、收集電力供應與使用狀況的輸電網路,藉由開源與節流方式,達到節能、使用再生能源、減少碳排放量的目的。而推動智慧電網的過程中,偵測電力情況的數位電儀表扮演了非常關鍵的角色。傳統的電儀表主要功能在於計算能源使用量,分析結果未必準確,更無法量測電力的品質。中央大學電機工程學系陳正一助理教授設計了有如人腦的數位電儀表,可以快速而精確地計算電量與分析電力品質。

陳正一教授說,電和水一樣,也有品質的好壞。在現代生活中,科技產品與電力來源(風力、水力、太陽能、生質能源等)的多樣化,往往導致供電有干擾現象,影響電力品質。

一般而言,電力公司輸送出的電力是漂亮正弦波的形式,一秒振動60次。電力輸送到用戶端,難免有直流電和交流電的轉換過程。譬如,電子設備使用直流電,但市電插座提供的是交流電,轉換時就會對電力系統端產生衝擊,造成電流波形的改變。額外產生的電力成分會使充電插頭溫度上升,除了造成設備的壽命減短外,也代表能源的浪費,因為溫度上升就是把能量耗損到空氣中。

以往科技產業尚不發達,電力品質汙染不嚴重,因為沒有太多電力電子設備造成干擾。而現代許多先進設備不僅是干擾源,本身也易受到電力品質影響。加上智慧電網投入再生能源的開發,也間接影響到電力品質。例如,風力和太陽能的輸電都是間歇性的,對電力系統會有干擾。尤其太陽能是直流電,一般家庭卻是交流電,當太陽能送過來就必須轉換。一旦有轉換,就會有衝擊。因此,智慧電網雖以減少碳排放量為目標,在執行過程中卻可能使電力品質下降。

陳教授說,為了改善這些干擾現象,第一步就是要有一個儀器能夠精準地測量與分析。如果這個儀器可量測並分析這些干擾現象,就可以啟動一些保護設備消除這些干擾,進而減低傳輸過程中的能量浪費以及對設備的衝擊。因此,他以類神經網路的原理設計出數位電儀表來提升量測的準確性。

傳統電儀表使用機械式分析或簡易的數學計量方式,當電力品質出現干擾情況時,量測結果容易受到影響而不準確。陳教授以類神經網路研發的數位電儀表卻擁有人腦般的能力。所謂類神經網路,就類似人腦的神經,可模擬人的行為。做法是想辦法訓練電腦成為一個人,變成一個專家系統。在訓練過程中,就像教孩子,不斷給它資料,讓它學會分析,讓它知道什麼是干擾,並教它排除干擾。訓練到一個程度,它會像人腦般,神經傳遞得很快,進而做到即時反應。

陳教授研發的數位電儀表可排除干擾,迅速而精準地計算出用電量。在未來的電網中,為什麼精準那麼重要?他舉例說,為減少碳排放量,必須讓民眾有主動節能的想法。目前所謂的時間電價,是以使用頻率來調整電價高低。未來的智慧電儀表假使可以顯示目前的即時電價,就會提高民眾主動減少用電的可能性。

此外,現在只有電力公司在賣電,未來卻可能是民眾賣電給電力公司(例如家裡有太陽能)。一旦牽涉到買賣,就必須有更精準的儀器來測量。其實,未來的智慧電儀表有很多功能,精準是一項不可或缺的設計因素。而陳教授以類神經網路導入電儀表的設計,有助於智慧電網跨出一大步。
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