100%
經營變革

調度電力操盤手EMS電能管理系統
掌握臺灣電力的中樞神經

從台電大樓向下俯視,總能見到臺北如同不夜城般閃亮,深夜的臺灣各地總會見到燈光,每一盞燈都是黑暗中的光明,引領著回家的路。台電大樓26樓的中央調度中心,就是臺灣電力的「中樞神經系統」,擔負著全臺電力調度的重任,指揮若定,提供源源不斷的電力,輸送至全臺各處。

台電中央調度中心是全國電力系統的關鍵神經中樞,是臺灣電源、電網調度操作的指揮司令部,肩負維持電力供需,提供良好電力品質的重要任務。早期是以簡單的設備及人工電話方式進行調度,直至60年代引進電腦化之電力調度自動化控制系統,到90年代精進創新,發展出全世界首創之雙主控異地備援同步調度,大幅提升電力系統可靠度,創造電力調度自動化控制的新紀元。

早期用電量少
電力調度尚無借助電腦概念

民國34年臺灣光復時,當時臺灣電力系統發電裝置容量只有27.5萬瓩,年尖峰負載僅11.9萬瓩,南北系統只靠154kV輸電幹線連接,電力調度還沒有需要用到電腦輔助的念頭。隨著用電量及系統日漸擴充,大容量核能與火力機組陸續加入,輸電系統、線路日益增多,系統運用與調度控制更形複雜困難,加上臺灣經濟起飛,工業發達更有賴穩定的供電。台電為了確保供電安全,即時掌握系統運用狀況,若要執行經濟調度以降低發電成本,提高供電品質,只靠過往打電話的人工調度方式,已經不足以勝任,非借助電腦化的On-line自動調度控制系統,無以為功。

沒有電腦的年代
電力調度運用只能用計算尺計算

台電早期系統容量不大,結構很簡單,加上環境困苦,用戶只要有電可用就好,品質要求不高,不論電源或電網運用,多根據經驗,藉著簡單的算盤及計算尺計算,再打電話到電廠,就可以應付。

隨著電力調度日漸複雜,系統繼續擴充,交流計算盤已經不敷使用,台電改利用早期電腦逐步推行離線(Off-line)調度運用計畫工作,現在看來,可以說是應用數位電腦的開始。

到了61年,台電決定進行線上調度計畫,電力調度處從計畫課、調度課抽調人員成立線上小組,以有限的人力進行系統規畫,並派員分往歐、美、日各著名電力公司、製造廠家及顧問公司,考察設備規劃、設計經驗與使用實況,做為台電規劃的借鏡。

首次出國 為台電考察設備規劃

為了培養電力專業人員,同時考察國外的電力調度系統,台電積極派員前往國外考察,諸如美國芝加哥、加州洛杉磯、舊金山、日本東京等地,瞭解當時最先進的電力調度系統,回來後,成為台電系統建置的基礎。

台電因為擴展迅速,在61年決定以漸進方式分期開發「電力系統控制監視與資料處理系統(Supervisory Control and Data Acquisitionsystem,SCADA)」,在62年完成《線上調度系統初步草案》,當時EMS的功能以「資料收集」與「頻率控制」為主。納入監視控制電廠有核一、協和、深澳、林口、德基、青山、谷關、大觀、大林等九廠,只接受監視電廠則為鉅工、天輪及南火等廠,希望能夠逐漸全面電力調度控制自動化,為臺灣提供最佳的能源。

第一代EMS 幫助電能管理

當時建置的「第一代EMS」,以電力調度處為中央端,初期納入控制範圍的主要電廠、超高壓與一次變電所分別為12廠及19所,各廠所的超高壓線路、161kV線路及一次變電所69kV線路出口也包括在內。

第一代EMS系統有「五大副系統」,分別為數位計算機(Digital Computer)、資訊輸控(Data Acquisition and Control)、人機連繫(Man-Machine Interface)、作業與應用程式(Operating and Application Program)及不斷電電源(Uninterruptible Power Supply)等副系統所組成,整個系統可靠率為99.8%,已經大幅改善人工作業的困境。

台電電力調度處大約花近11年建置的中央端的「第一代線上調度控制系統(Onl ineDispatching and Control System)」,就是後來的「電能管理系統(EMS)」,終於在 69年2月22日商轉,這套當時最熱門的電力調度控制高科技,帶給台電電力系統許多有形與無形的效益。

用電量大幅提升 提前布局第二代EMS

在第一代EMS商轉後,電力調度處線上小組轉型為處內正規編制課級組織,負責線上調度控制系統軟體、硬體、中央端與發變電所末端資控設備維護以及EMS新技術引進。

隨著台電系統日益擴充成長、複雜,國外各先進電力公司也積極推動調度控制全面自動化,供電處與業務處紛紛計畫引進相關系統,執掌電力調度龍頭的電力調度處則關注全球調度控制發展趨勢與潮流,並於73年提出建言,認為全臺電發、輸、配電系統電力調度控制必須整體一貫規劃,才能無縫接軌,不致重複投資。

這個建議獲得當時調度處主管副總經理倫卓材認同,向公司高層反應,先在電力調度處成立「自動化規劃小組」,最後於74年3月1日奉准設立「電力調度控制自動化推行委員會」簡稱電控會,推動台電全面電力調度控制自動化業務,包括第二代EMS的引進。

第二代EMS 使用長達20 年

第二代EMS在79年9月通過接收試驗後進入商轉,到98年9月30日退役,由第三代EMS接替為止,前後使用長達20年,可以說是臺灣最長壽的調度系統,穩定性、調度能力都是世界上首屈一指。

前電力調度處處長鄭金龍在擔任中央調度監時,剛好碰上第二代EMS空運來臺安裝測試會驗。「中央調度監是EMS主要使用者,尤其是調度員經常要使用的畫面、報表、圖示等,如果使用原廠的標準設計,常有國情差異導致不習慣,我因在計畫部門長久的經驗,對電力系統整體觀點與分析檢討所需資料較為清楚,所以經常出點子,他們就利用大、小夜班調度操作工作比較少的時段,努力趕工完成,後面運用起來也就順手多了。」

第三代EMS 雙主控特殊設計

現今台電所使用的第三代電能管理系統(EMS),自98年7月開始商轉,最特別之處就是「雙主控系統」,是世界上少數電力調度擁有雙主控中心的國家。

由於第三代EMS 是使用I BM伺服器為主的分散式開放系統架構,由德國西門子公司(SIEMENS)得標承製,取代運轉近20年的第二代以CDC Cyber–860A中央集中型電腦為主的EMS系統,引入雙主控、同步運轉、互為備援等新概,能夠應付許多緊急需求,但對於EMS 系統維護人員,則是全新的挑戰。

台電團隊提出全球最早的雙主控EMS,當時世界上三大EMS廠家GE、ABB、西門子都來投標,GE認為無法做到知難而退,西門子經兩輪競價後,以些微價差打敗ABB搶下標案。但是沒想到台電的要求極為嚴格,西門子花費許多時間與金錢才完工。不過,這個成功打造雙主控的經驗,卻也讓西門子在世界各國推廣時大出風頭,成為EMS的領導廠商。

第三代EMS配合「雙主控同步調度」模式,採用開放式通訊協定及分散式系統平台架構,於臺北及高雄中央調度中心各建置一套可獨立運轉的電腦系統,再透過高頻寬的網路互相連接。兩套系統均可分別透過獨立的通訊線路,與區域調度中心、發電廠及超高壓變電所進行各電力設備運轉資料的收集、交換與控制。

台電努力為電力調度提供更有效率、更可靠的方式,EMS除了依傳統調度架構,在臺北、高雄中央調度中心設置調度控制台外,亦可以利用遠端調度控制台功能,成立簡易調度中心,就算再發生729大停電、921大地震事件,也可以利用EMS進行調度,維護全臺民眾安全可靠的用電權益。臺灣電力幕後的無名英雄,就是這群在台電大樓26樓,24小時輪班守護臺灣的「電力操盤手」。

鄭金龍 見證台電中央電力調度演進

鄭金龍前處長在台電43年的工作期間,見證了台電電腦化線上電力調度設備「電能管理系統(Energy Management System,EMS)」從第一代、第二代到現在第三代建置的完整過程。第一代他只是EMS實習者,第二代是帶領使用者,第三代則為採購建立者,說他看遍EMS的演變過程,一點都不為過。

「我在54年進入台電調度室電驛課工作時,是用日本竹製的HEMMI 255D計算尺,計算當時二次系統故障電流,就已經很吃力了。到了之後改用交流計算盤(AC Board),利用簡化系統模型計算故障電流、電力潮流等,在沒有電腦的年代,就覺得很先進了。」

對於第一代EMS,鄭金龍前處長最深的印象是在71年,現今的台電大樓甫落成,還是當時全臺最高建築物。原本位在和平東路一段舊台電總處調度大樓三樓商轉才兩年的第一代EMS,不得不要配合遷移到台電大樓26樓,「這項工作比新裝更難,因為要顧到系統運轉安全,所以經過縝密規劃安排,終於在大家努力之下,順利搬遷完竣,繼續使用十年後,到80年第二代EMS更新穩定商轉為止。」

而台電使用第二代EMS 前後有20年,這20年的光景是不算短的日子,有許多辛苦、驚恐。「第二代EMS剛裝好機器,就碰上台電近30年來備用容量率最低年代,79∼85年備轉容量徘徊在5%上下,每個年度都有限電時間的發生,這七年來,共限電43天。鄭金龍處長身為電力調度處處長時,擔負中央電力調度重任,第三代EMS可以說是他一生打造的心血結晶。

從69年第一代商轉至今也有近40年的歷史,台電的這套電力調度系統,在西門子搶下標案,台電嚴格要求打造雙主控系統下,這個創意也被全球最著名的PJM電力市場(Pennsylvania-New Jersey-Maryland Interconnection,賓州-紐澤西-馬里蘭三州電力市場)調度中心採用,而且在各國重視電力系統資通安全(Cyber Security)潮流下,似乎雙主控調度中心將逐漸成為主流。「我們的創意被全球最著名的電力調度中心採用,我想這應該值得台電調度處團隊,甚至台電公司驕傲。」

電力調度 全年無休

提及身處在電力調度室的工作內容,電力調度處處長籃宏偉說,並不是只盯著牆上的燈號或數字而已,「電力調度每個時間都會出現狀況,計畫永遠趕不上變化,隨時要接受老天的考驗,也許前一刻鐘沒事,但後一刻鐘用電卻突然掉下來,就要立即調度變換,否則電廠、線路、系統隨時都會有狀況。」

許多人認為,夏天是用電高峰,冬天應該調度就會容易許多,其實並不然,因為為了明年夏季的供電,冬天就要檢修,能夠使用的機器有限,供電同樣很緊張。離峰時系統需要的電量少,但電又不能預先儲存,要用時就去倉庫拿,因此坐在調度崗位上的值班人員,得在「瞬間」做出應變。

籃宏偉處長表示:「就像汽車要維修,就是為了未來準備,像是104年秋老虎天氣很熱,用電量增加,每天都要積極調度。

104年7月的電力系統只剩1.9%的備轉容量率,是非常危險的狀況。所以老天出題目是沒有範圍,要先自助、人助,最後老天幫助,才能過關。」一般人可能很難想像,凡與電力有關的種種問題,都靠電力調度處當班及包含值班經理在內的調度人員來隨機應變。

舉例來說,如果發電用LNG(液態天然氣)儲槽存量偏低,又遇到當時永安港大霧或風浪過高,導致LNG運補船隻進不來,中央調度值班人員也得立即想其他的方法解決缺電危機;而不光是電廠燃料短缺要想辦法應變,調度處平時就利用專線跟氣象局交換資料並瞭解天候狀況,如有颱風來襲,也得預先掌握颱風路徑才能預做準備。「系統的負載是瞬息萬變的,調度員無法未卜先知,只能勤做功課、預先規劃,等狀況來臨時才不會措手不及。」

從調度員一路到電力調度處處長的籃宏偉,從基層做起讓他更體驗調度員分分秒秒、時時刻刻的壓力,「但每次坐飛機從高空看到臺灣的夜景,萬家燈火亮點處處,那種來電的感覺真的很好,一切辛勞都有了回報,而我自己也深以這份工作為榮。」想要擁有穩定供電,電力調度設備不可少,但電力調度人員的認真與投入,更是臺灣供電之所以能夠如此穩定的主因。

硬體設施穩定,軟體的人力調配得宜,能在瞬間做出應變、抗壓力強,才能成就全臺灣人在每一分每一秒無後顧之憂的,享受有電的美好時刻。