考量不確定因素下即時配電彈性之長期策略 規劃
7.1 長期配電策略改良
在整合配電策略的電力系統設備規劃中，長期配電規劃的目的在於忠實呈現電網系統 於設備規劃週期內的行為，因此必須使中央大型發電廠完全依循長期配電規劃結果運作。
然而當電網系統實際運作時，由於預設的配電規劃並無法考量系統當下的狀態，因此其表
現往往不如即時配電規劃。若使中央大型發電廠依照即時配電規劃結果運作，則設備規劃 階段所考量的長期配電規劃又顯得毫無意義。因此，為了使長期配電策略能忠實呈現電網 系統長時間的行為並保有可即時調整的彈性，其策略應由即時配電規劃概念加以延伸。
即時配電規劃在考量了不確定因素後，其最佳化模型由方程組（3.2）轉變為方程組
（7.1）。
given t, e(t) (7.1a)
min pc(t) (7.1b)
s.t. E(t + 1) = e(t) + pc(t) + Pw(t)− L(t) (7.1c) E2.5%(t + 1)≥ emin (7.1d)
E97.5%(t + 1) ≤ emax (7.1e)
pc,min ≤ pc(t)≤ pc,max (7.1f)
w.r.t. pc(t) (7.1g)
其中，方程式（7.1a）表示此配電策略是針對某特定時刻進行，且該時刻的儲能設備電能 存量為已知。方程式（7.1b）為即時配電規劃的目標函數。方程式（7.1c）為電網系統模型，
其中的隨機變數 Pw(t)與 L(t) 分別代表風能與用電的不確定性，而此二不確定因素連帶影 響下一時刻的儲能設備電能存量 E(t + 1) 成為隨機變數。方程式（7.1d）與方程式（7.1e）
為儲能設備的物理限制，在加入了不確定因素後，此二方程式用來確保電網系統能維持至 少 95% 的成功運作機率。方程式（7.1f）為中央大型發電廠的即時發電量與其本身的物理 限制。
為了更清楚地解釋改良後的長期配電策略，此處將即時配電規劃方程組（7.1）重新以 函數的形式呈現：
p∗c(t) = argDS [e(t)] (7.2a) E(t + 1) =DS [e(t)] (7.2b)
方程組（7.2）中，DS[·] 為即時配電最佳化的函數形式，其輸入為目前的儲能設備電能存 量 e(t)；方程式（7.2a）表示將 e(t) 輸入即時配電最佳化函數後所得的引數（argument），
即當下中央發電廠的最佳發電規劃 p∗c(t)；方程式（7.2b）則定義 DS[·] 的輸出為經由即時 配電規劃預測所得之下一時刻的儲能設備電能存量 E(t + 1)。
改良後的長期配電策略應用了條件機率的概念拓展即時配電規劃的時間維度，將其推 廣為長期配電規劃。在長期配電規劃中，儲能設備的電能存量為一個經由預測所得之隨機 分布 E(t)，當此隨機分布輸入即時配電函數後，方程組（7.2）需改寫為方程組（7.3）。
Pc∗(t) =+
圖 7.1: 台南市安平區的民生與商業用電模型
型方程式（5.5）中，民生與商業用電比例 sc、區域人口比例 sp 與年用電成長率 sg 則根 據台灣電力公司的發電量數據 [43] 與內政部的人口統計數據 [42] 將其分別設定為 30%、
0.276%與 2.1%。圖7.1為台南市安平區的民生與商業用電模型，其中灰色區域為用電量分 布的 95% 信賴區間，細實線為實際用電量，而上方的粗實線則表示在沒有其他額外電能供 應的狀況下，中央大型發電廠的最小額定日發電量需求 pc,max。為了降低區域電網系統對於 中央大型發電廠的依賴程度，本案例將中央大型發電廠的額定日發電量調整為原本的 90%，
其結果如圖7.1中虛線所示。
由於中央大型發電廠的日額定發電量無法完全滿足區域電網的用電需求，因此需要在 區域電網中尋找其他的替代能源。本案例在經過了初步的風能評估後，決定在區域電網中 建置 43-MW 的風力發電機組用以分擔中央大型發電廠的負載，並使用改良後的長期配電 策略評估此電網系統所需的儲能設備裝置容量。
圖7.2顯示此案例的長期配電規劃與實際運作結果，其中圖7.2(a)至圖7.2(c)分別表示風 力發電機組、中央大型發電廠與儲能設備於各時刻的狀態。圖7.2(a)中，上方虛線表示風力 發電機組的日額定發電量，灰色區域為風能分布的 95% 信賴區間，實線為實際風速數據 所對應的風力發電量。圖7.2(b)中，上方的粗實線與虛線分別表示加入風力發電機組前後 的中央大型發電廠日額定發電量，灰色區域表示經由改良後長期配電策略所得之 Pc∗(t)的 95%信賴區間，細實線為電網系統在實際運作時的即時配電規劃發電量 p∗c(t)。圖7.2(c)中，
灰色區域為 E′(t + 1)的 95% 信賴區間，虛線為根據此信賴區間所決定的儲能設備裝置容 量，實線為實際運作時的電能存量 e(t)，符號 ‘×’ 表示電網系統失效，S 則是透過方程式
（6.2）計算所得之區域電網系統成功運作機率。
比較圖7.2(b)中長期配電規劃信賴區間與即時配電規劃結果可發現，方程組（7.3）精
(a)風力發電機組發電狀態
(b)中央大型發電廠運作狀態
(c)儲能設備狀態
圖 7.2: 考量不確定因素下即時配電彈性之長期策略規劃：模擬結果與實際運作狀況
確地預測了即時配電規劃的可能操作範圍，提供了長期配電規劃的彈性，使區域電網系統 在實際運作時仍可以透過即時配電維持在最佳狀態。圖7.2(c)中則顯示，在經由改良後的 長期配電策略決定儲能設備裝置容量後，此電網系統在實際運作時的成功運作機率高達 97.53%。