波多黎各防制斷電新策略：MIT研究帶來電網韌性新框架

在波多黎各，要防止斷電問題一再發生究竟有多難呢？麻省理工學院資訊與決策系統實驗室（LIDS）的研究人員提出了一個嶄新的電網韌性框架。他們指出，運用決策軟體以及對天氣和能源使用情況進行動態監測，能夠大幅提升面對與天氣相關停電事件時的電網韌性，同時也有助於將可再生能源高效整合到電網之中。

研究人員表示，他們所建議的系統，或許能夠避免，至少可以減輕像波多黎各上週經歷的那種大規模停電事件。該系統透過分析，引導電力透過不同線路重新路由，從而限制停電範圍的擴散。

研究人員稱之為DyMonDS（動態監測與決策系統）的電腦平臺，可用於強化電力產業現有的運營和規劃實踐。這個平臺支援電網運營商和電網邊緣使用者之間的互動式資訊交換與決策制定。這裡的電網邊緣使用者包括所有對電網有貢獻的分散式電源、儲能系統和軟體。此外，它還能根據系統條件的變化，支援對可用資源和可控電網裝置進行最佳化。

此平臺還有利於不同公用事業和非公用事業擁有的電網使用者實施合作決策，包括混合資源、使用者和儲能組合。它的另一個主要潛在用途是規劃和運營端到端高壓輸電網與本地配電網和微電網之間的互動。

研究人員運用了波多黎各公開的氣象以及電力生產和分配細節的資料，展示了這種通用方法。SmartGridz公司開發的擴充套件交流最佳潮流軟體，用於對可控裝置進行系統層面的最佳化。它能提供即時指導，透過調整電廠排程和與電壓相關的設定點，決定應該輸送多少電力以及透過哪些輸電線路輸送。在極端情況下，還能指示在哪裡減少或切斷電力，以盡可能為更多客戶維持可實施的服務。

研究團隊發現，使用這樣的系統有助於確保即使在颶風期間，也能讓最多的關鍵服務保持供電。同時，由於更有效地利用了現有資源，還能大幅減少建造新電廠的需求。

麻省理工學院LIDS的研究人員Marija Ilic和Laurentiu Anton，以及近期畢業生Ramapathi Jaddivada在《電能系統基礎與趨勢》期刊上發表的論文中描述了這些發現。Ilic表示：「使用這套軟體，我們發現即使在惡劣天氣下，只要預測到裝置故障，並透過資訊交換，就能將裝置故障的影響侷限化，仍可為50%的客戶供電，否則就會全面停電。」

Anton指出：「如今許多電網的運營方式並非最佳。」因此，「我們展示了即使在正常情況下，沒有任何故障，利用這套軟體也能讓運營效果好很多。」他們表示，在日常情況下，透過這種最佳化所節省的成本可能達到數十個百分點。

Ilic提到，目前公用事業系統的規劃方式，「通常的標準是必須建設足夠的容量，並實時運營，以便在某一大型裝置（如大型發電機或輸電線路）發生故障時，仍能為客戶提供無間斷服務。這就是所謂的N減1原則。」根據這項政策，如果系統的一個主要元件發生故障，他們應該能夠至少維持30分鐘的服務。Ilic指出，這種系統讓公用事業能夠規劃需要保留多少備用發電容量，但成本很高，因為這意味著即使在正常運營條件下不需要時，也要一直維持這一備用容量。

此外，Ilic表示：「目前對於我所說的N減K情況，沒有相應的標準。」如果惡劣天氣導致五個裝置同時發生故障，「沒有軟體能幫助公用事業決定如何安排」，以確保為最多的客戶和最重要的服務（如醫院和應急服務）供電。他們的研究顯示，即使50%的基礎設施無法運作，仍有可能為大部分客戶維持供電。

他們對波多黎各電力狀況的分析工作，始於該島遭受颶風厄瑪和瑪麗亞重創之後。該島大部分發電能力位於南部，但最大的用電負荷卻在北部的聖胡安和西部的馬亞圭斯。當輸電線路被吹倒時，就需要迅速重新規劃電力路由。

Anton表示，有了新系統，「軟體能找到設定點的最佳調整方案」。例如，改變電壓可以讓電力透過不太擁擠的線路重新導向，或者提高電壓以減少電力損失。

這套軟體還有助於電網的長期規劃。和許多其他地方一樣，波多黎各許多化石燃料發電廠即將退役，如何在不依賴排放溫室氣體的能源來源的情況下替代這些電力，是實現減碳目標的關鍵。透過分析用電模式，軟體可以指導新的可再生能源發電源的佈局，使其能夠在需要的時間和地點最有效地供電。

Anton說：「隨著發電廠退役或元件受到天氣影響，我們希望確保在負荷變化時電力的可排程性，同時在關鍵元件損失時，確保退役計劃的每一步都具有強健性。」Ilic指出，他們發現「如果看看現有的發電容量，即使退役了一些化石燃料發電廠，仍超過了峰值負荷，但難以輸送。」對新的配電線路進行戰略規劃可能會產生很大的影響。

SmartGridz公司的創新總監Jaddivada表示：「我們評估了波多黎各不同的可能架構，並展示了這套軟體確保無間斷供電服務的能力。這是公用事業目前面臨的最重要挑戰。他們必須經歷一個計算繁瑣的過程，以確保系統在任何可能的停電情況下都能正常運作。而透過公司開發的軟體，可以更高效地做到這一點。」