介紹英國電力系統之次同步震盪現狀及未來管理計劃
目錄
II.0 執行摘要 (Executive Summary) 4
1.1 什麼是次同步震盪？ (What is a Sub Synchronous Oscillation?) 5
第二章 2023年夏季之事件(Events of Summer 2023). 7
第三章 系統穩定度挑戰 (System Stability Challenges) 8
4.2. 合規過程： (The Compliance Process:) 11
4.3. 先進 EMT 建立模型能力(Advanced EMT Modelling Capability)：… 12
4.4. 研究與開發(Research and Development). 13
4.5. 透明度及參與度(Transparency and Engagement) 14
漫談台灣電業的前世今生(六)-【今生篇(4)-台電公司七十年來之電網發展】… 15
I.前言
前天(2024/5/24)看到英國電力調度中心(ESO)一篇「Sub-synchronous oscillations in GB Current state and plans for future management」報告內的「2021年北蘇格蘭在大不列顛(GB)輸電系統所記錄之次同步電壓震盪(8Hz)曲線」(圖1)，激起我腦海裡模糊的記憶，41年前的台電系統也曾發生過低頻震盪，民國79年我擔任調度處中央調度監後，還把中央調度室大機組L&N遙測紀錄器所記錄到幾次的MW震盪曲線保留下來(圖2及圖3)。我在我電腦找到當時的低頻震盪曲線，跟英國ESO所記錄的次同步震盪曲線比較結果非常相似。
圖1： 2021年北蘇格蘭在大不列顛(GB)輸電系統所記錄之次同步電壓震盪(8Hz)曲線，上圖顯示事件之擴展視圖，下圖顯示放大視圖
圖2 民國78(1989)年9月25日12時47分台電系統發生低頻振盪時，核二、核三G1(紅色)G2(綠色)之有效電力(MW)擺動曲線，及協和與興達之有效電力(紅色)無效電力(綠色)擺動曲線(資料來源：台電中央調度室各機組遙測紀錄器)
圖3 民國80(1991)年4月28日11時59分台電系統發生低頻振盪時，核二、核三G1(紅色)G2(綠色)之有效電力(MW)擺動曲線，及協和與興達之有效電力(紅色)無效電力(綠色)擺動曲線(資料來源：台電中央調度室各機組遙測紀錄器)
猶記得台電系統於民國72年2月28日深夜，南北機組出力與電壓自發性發生長達15分鐘的搖擺現象，從中央調度室的發電機出力遙測紀錄器，可以看出振幅大小與時間長短(參考圖2、3)，但在電廠機組現場可以聽到轉子呻吟作響，滿驚人的。這種破天荒的現象，後來經研究國外文獻，認為是低頻振盪(Low Frequency Oscillation)，也是我們首次聽到這名詞。
當年台電在首次發生低頻振盪現象後，台電即積極引進國外低頻振盪分析程式如EPRI的大型電力系統低頻振盪分析程式(AESOPS)、加拿大水電局之多區域小信號穩定度分析程式(MASS)，並與台大合作研究動態穩定度頻域分析程式之應用，完成台電系統適用電力穩定器選擇之研究，裝設幹線系統特性監錄設備。此外，還邀請美加電力專家P.Kundur、F Paul de Mello 、Carson W.Taylor 、John F.Hauer等來台開設電力系統穩定度、電力系統動態與控制分析、大型電力系統回授控制與頻域分析等講座。
民國79年底完成電力系統穩定器專案工程諮詢評估，民國82年1月完成協和G2、G4，興達G3、G4，核一與核二G1、G2八組電力系統穩定器(PSS)啟用工作，加上民國73年啟用之核三及74年觀二抽蓄機組PSS之重新調整使用。自此台電系統低頻振盪現象獲得改善。
此外，再轉看英國發生首次次同步震盪後的各項行動措施，其中之一為「…建立大不列顛(GB)輸電系統之電磁暫態(EMT)模型；大規模的EMT檢討分析，…」，讓我想起40幾年前台電就引進加拿大的電磁暫態程式(EMTP)，以及當年我的台北工專保護電驛課程老師也是我任職調度的處長，1980年升任協理(副總)在清大兼課指導的劉運鴻碩士生(碩士論文為次同步共振之研究SUBSYNCHRONOUS-RESONANCE)，於民國72年倫副總推薦新進到調度處我擔任計畫課長的電網股繼續從事EMTP檢討研究，所以我也在那時對EMTP有認識，後來民國74年7月7日核三95.1萬瓩汽輪發電機，第二低壓汽機葉片的扭轉共振頻率，相當接近台電系統發生單相接地故障(或者系統負載不平衡產生)的負序電流(I2)頻率120HZ ，因而發生超同步共振(Supersynchronous resonance)損及葉片根部，葉片斷裂8片飛出，傷及油封系統，導致冷卻氫氣外洩，發生不可收拾的火災事故。劉運鴻當時也利用EMTP檢討分析超同步共振跟廠家爭賠償。時光過得真快，劉運鴻後來到美國德州UTA在陳謨星教授指導下獲得博士學位，回國繼續到台電服務，到今年也要屆齡退休了！他退休後就我所知目前台電對EMTP熟悉的人幾乎沒有了？台電再生能源日益增加，變流器滲透率也逐漸增高，變流器電子設備控制器的交互作用影響也會越來越大，可能要未雨綢繆像英國的作法引進EMT，建立全系統EMT模型，來找出系統潛在的風險？
茲特別將英國ESO的報告譯成中文分享，或許可作為電業同好的參考！
II. 英國電力系統之次同步震盪現狀及未來管理計劃
II.0 執行摘要 (Executive Summary)
隨著英國(大不列顛)電力系統接近實現凈零排放，運轉模式發生了變化，以及新的技術挑戰也隨之而來。英國電力系統電力調度中心（ESO）與電業及政府部門合作，確保克服這些技術挑戰並維護供電安全。在電力調度中心(ESO)中，ESO認識到ESO在電力系統脫碳之前沿腳色的重要性，以及應付未來挑戰之重要性。
本報告旨在與業界分享ESO之經驗及計劃，以應付新興的次同步震盪(sub-synchronous oscillations)挑戰。本報告首先解釋了什麼是次同步震盪，以及澄清了與這些震盪如何或何時發生的一些誤解。本報告解釋了此類事件既不是新現象，也不是對再生能源為基礎之系統的唯一挑戰。本報告也闡明，低短路電流水準不一定是次同步震盪的唯一原因。本報告透過說明2023年夏季發生之最近事件以及ESO為維護供電安全而採取的措施，概述了ESO如何應付這些震盪。自2023年夏季事件發生以來，ESO增加了觀察震盪事件之能力，並且透過改進ESO的控制室系統，英國電網在2024年1月及5月遭遇了進一步發生之有限震盪，儘管幅度低於2023年夏季，且系統阻尼水平較高。ESO繼續與電業參與者合作，識別震盪的來源，以及開發了運轉工具，來協助ESO此類事件。
本報告透過針對關鍵問題，說明了該電業在解決次同步震盪時所面臨之當前挑戰。ESO分享了使用既有及較舊資產之電磁暫態(EMT）模型來模擬系統及執行系統動態先進檢討研究，至關重要。
ESO在本報告中提出了ESO的計劃，來增強輸電系統對新興新型次同步震盪之長期韌性。該計劃分為五個方面，
- 即時監視及情勢感知(Situational Awareness)：強化ESO對系統阻尼之可見性及對監視工具的投資。
- 合規過程：將從最近事件中吸取的經驗教訓納入連接合規過程。
- EMT建立模型能力：與電業合作建立 大不列顛系統(GB)範圍之EMT模型，並投資建立ESO的工具及功能。
- 研究與開發：與學術界及研究機構合作，來更好地瞭解新出現的挑戰，調整運轉政策並建立有效之工具。
- 透明度及參與度：與ESO的用戶及利益相關者就ESO的計劃進展及未來挑戰保持持續的溝通。
第一章 簡介：(Introduction:)
1.1 什麼是次同步震盪？ (What is a Sub Synchronous Oscillation?)
首先，需要注意的是，次同步震盪並不是一個新現象。次同步震盪是電力系統頻率低於英國50Hz電力頻率之震盪。它們產生於某些輸電設備，諸如發電機組軸(generator shafts)、串聯補償線路(series compensated lines)、勵磁控制器、電力系統穩定器(power system stabilisers)、高壓直流變流器或電力園區模組(power park modules)諸如風力、儲能蓄電池、及太陽能光伏發電場等之電力電子變流器之間的相互作用。如果不加以阻尼，次同步震盪會導致設備損壞、發電跳脫，在最壞的情況下還會導致供電中斷。
圖4顯示了根據2021年8月在北蘇格蘭發生的事件之次同步震盪的快照(snapshot)。可以看到震盪緩慢出現，持續一小段時間，然後被抑制。
圖4： 2021年北蘇格蘭在大不列顛(GB)輸電系統所記錄之次同步電壓震盪(8Hz)曲線，上圖顯示事件之擴展視圖，下圖顯示放大視圖
次同步震盪在電力系統中並不新鮮也不罕見，通常振福較低，以及有足夠的阻尼性不會對系統造成影響。從上面的定義可以看出，次同步震盪並不是再生資源整合系統獨有的現象;它也發生在同步機為基礎的系統中。與變流器為基礎的資源系統相關的震盪往往比同步機為基礎系統具有更高的頻率，這帶來了一系列獨特的挑戰，如第3章所述。
在過去的幾十年中，次同步震盪之分類已經發展到包括隨著新技術整合到電力系統中而發展出來的新類別。圖5顯示了目前次同步震盪之分類。各類次同步震盪之技術細節超出了本報告的範圍。有興趣的讀者可以在相關文獻中找到更多詳細資訊.
圖5：次同步震盪之分類
1.2 如何最小化及管理次同步震盪？
為了最大限度地減少次同步震盪的發生、持續時間及影響，在過去幾十年中，ESO與業界合作開發了一種穩健的多層次過程。在規劃時間範圍內，電網用戶及業主在並聯到電網之前識別出次同步震盪之風險，並採取適當措施來設計及調整他們的設備，來確保電廠不會引起或放大震盪。隨後，電網用戶與ESO技術合規團隊合作執行嚴格的模擬及測試程序，以證明他們符合電網法規(Grid Code)及雙邊連接協定（BCA: Bilateral Connection Agreement）規定之技術要求。
在運轉時間尺度上，ESO透過執行更接近即時之穩定度檢討並採取適當措施來降低次同步震盪的風險，從而確保避免發生次同步震盪。ESO可能採取的運轉措施包括要求使用/停用(arming/disarming)電力系統穩定器、管理串聯補償方案、電網重新配置、管理停電工作以保持系統強度等。
正如本介紹開頭的定義所述，新技術的增加會產生次同步震盪的獨特風險，需要改變系統的規劃及運轉方式。本報告的其餘部分進一步深入瞭解了ESO面臨的新挑戰以及ESO應付這些挑戰的計劃。
第二章 2023年夏季之事件(Events of Summer 2023)
2023年夏天，英國大不列顛(GB) 輸電電網在四星期內記錄到5天之有限次同步震盪週期。與英格蘭及威爾斯所記錄到的震盪相比，蘇格蘭輸電網記錄到的震盪振福及影響較高。儘管對一些發電機、互連線路及電路的運轉產生了影響，但它還是得到了控制。
在發現震盪後，ESO的電力國家控制中心(Electricity National Control Centre)立即採取行動，部署了防禦性運轉措施，以遏制事件並維護供電安全。這些措施包括保持更高的反應水準、中止停電工作以及重新配置輸電電網，來最大限度地提高系統強度及韌性。
雖然這些震盪造成的崩潰得到了控制，沒有導致停電，但ESO進行了事後調查，以進一步瞭解根本肇因，引入緩解措施，並尋找規劃及運轉政策的重大變化。
ESO與輸電業主及電網用戶合作收集測量資料。ESO動員了各個部門的團隊來分析ESO的記錄資料以及輸電用戶及業主提供的資料。
調查發現，沒有證據表明這些事件的肇因與系統慣性、短路水準或任何特定類型的發電直接相關。更廣泛的電網條件，如短路水準及慣性，總是在可接受的限度內，由於再生能源發電量的增加，這兩個值的降低並沒有直接影響。
調查得出的結論是，特定資產是次同步震盪事件的主要貢獻者。ESO指令該資產停止運轉，並立即與其技術團隊聯繫。雙方通力合作，瞭解並解決這個問題。在識別出根本肇因後，資產的技術團隊透過在模擬平臺中執行適當之動態性能測試，提出並展示了有效的緩解措施，讓資產恢復服務提供了足夠的保證。實施後，ESO採取審慎態度，分階段恢復資產，來逐步獲得對資產性能的信心，以及確保供電安全。在完成分階段恢復後，該資產沒有出現進一步的性能問題，ESO暫停了防禦性運轉措施。
在事件期間，一些電廠沒有引起或放大震盪，而是意外跳脫或卸載。ESO的事後分析團隊與這些電廠合作，調查它們對震盪產生不良反應的根本原因，並記錄經驗教訓。採取相關技術措施，來確保今後避免此類誤運轉。這包括對無意中反應震盪之同步發電機的電壓控制器重新調整，以及對意外跳脫的發電廠保護設定之更改。
在整個調查過程中，ESO與輸電業主及用戶合作。ESO諮詢了研究合作夥伴，來探索研究次同步震盪的新方法。ESO還向愛爾蘭、美國、澳洲及芬蘭的國際電力調度中心尋求運轉經驗，來分享經驗並將他們的知識融入事後調查中。ESO在ESO運轉透明度論壇(Operational Transparency Forum)及全球電力系統轉型聯盟(Global Power System Transformation Consortium)等公共場所展示了ESO的經驗。
第三章 系統穩定度挑戰 (System Stability Challenges)
運轉及規劃環境之變化將對系統的穩定度及運轉度提出新的挑戰，這並不意外。透過定期公布運轉度策略報告(Operability Strategy Report)、運轉度架構報告(Operability Framework Report)、市場藍圖報告(Market Roadmap Report)等，ESO向電業強調不斷變化之運轉度挑戰以及應付這些挑戰的計劃。本章將更詳細地介紹與次同步震盪相關的挑戰。
ESO在2021-2023年間在輸電電網上記錄到的次同步震盪頻率範圍在3Hz到20Hz之間。其中一些事件是由於控制交互動作(control interactions)引起的，而另一些事件是由於機組控制器之失調(mistuning)或機組之鎖相迴路功能(phase locked loop function)問題造成的。
ESO從這些事件中瞭解到，短路故障電流水準(short circuit level)本身就可能成為系統對次同步震盪及系統穩定度之韌性的誤導性指標。雖然較高短路故障電流水準可以降低某些類別之不穩定度的風險，但它並不能消除與次同步震盪相關的所有風險。需要開發更先進的技術及指標，來涵蓋所有潛在現象。下一章將介紹ESO為共同開發這些技術所做之努力及投資的更多細節。這些技術中的大多數都需要電網及發電機組的電磁暫態（EMT: Electromagnetic Transient）模型。
直到最近，ESO使用輸電系統的均方根（RMS: Root-Mean Square）模型執行穩定度檢討。這些模型提供了足夠的精度來檢討研究與同步機組主導之輸電系統相關的穩定度現象。與傳統的RMS模型相比，EMT模型提供了更精確、更精細之輸電系統代表性。這種詳細的代表性使EMT模型能夠檢討研究複雜且快速之現象，諸如換流器控制之相互作用。
EMT 模型非常複雜，計算成本高昂，因此需要先進的計算電腦設施來模擬大不列顛(GB)輸電系統或其區域系統。建立此類模型需要高度技能資源以及與輸電業主、開發商及製造廠家之協作。雖然ESO繼續投資建立GB輸電系統的EMT模型（詳見下一章），但當前的主要挑戰是在2022年9月之前獲取連接到輸電系統之舊資產的準確EMT模型。ESO提議更改電網法規(Grid Code)，以獲取這些舊資產的 EMT模型。然而，電網法規的修改過程需要時間，ESO將繼續探索不同的方法來加速獲取舊電廠之EMT模型，特別是在出現低阻尼問題的地區。
ESO也從之前的事件中瞭解到，對於某些次同步頻率範圍，次同步震盪通常與低系統阻尼有關。ESO投資了使用高頻測量(high-frequency measurement)之工具及功能來即時監視系統阻尼，並在系統阻尼達到低水平時採取預防措施。ESO繼續投資於對這些工具之基本方法進行壓力測試，以及讓ESO的即時時監視產品組合多樣化。
以變流器為基礎之資源連接到整個輸電系統中越來越多的變電所，意味著相量測量單元（PMU: phasor-measurement units）的典型低覆蓋率不再足夠。ESO需要在更多的變電所及線路中安裝越來越多的PMU，以獲取電廠之動態行為並提高即時情勢感知(situational awareness)能力。在過去的次同步震盪調查中，PMU資料已被證明至關重要，ESO預計，隨著以變流器為基礎的資源整合到輸電系統中，PMU資料的重要性將越來越大。增加PMU設備的數量需要更強大能力之資料中心來處理及儲存PMU資料，並與輸電業主進行更高的協作。根據電力調度中心輸電業主法規（STCP27-01: System Operator Transmission Owner Code），所有輸電業主必須在2026年3月31日之前在所有饋線及變電所上安裝PMU。在ESO加大對資料能力之投資的同時，ESO將繼續與輸電業主合作，來優先考慮整個輸電系統中場站部署的順序。
展望未來，電網形成變流器(grid forming converters)等新興技術有望快速與輸電系統整合。電網形成變流器可以提供基本的穩定度服務，諸如有效的短路電流及慣性，從而實現零碳運轉。迄今為止的檢討研究顯示，在電網形成變流器的低滲透率下，並網形成技術對次同步震盪沒有額外的負面影響。然而，ESO正在投資進一步的研究，在電網形成變流器之非常高的滲透水準時，以發現任何潛在之新型次同步震盪，詳如下一章所述。
第四章 ESO解決次同步震盪之計劃：
ESO採取了多種措施，來確保系統在不斷變化之運轉度環境中的穩定度。ESO已經證明，ESO的敏捷方法可以有效地應付系統穩定度挑戰。「穩定探路者(Stability Pathfinders)」、「穩定度市場(Stability Market)」及「加速主饋線喪失保護(loss of main)修訂計畫」等成功計劃突顯了ESO在實現淨零排放的過程中應付運轉度及穩定度挑戰之方法的有效性。
本節將說明迄今為止採取的措施以及ESO為降低次同步震盪風險而制定的長期計劃，圖6中提供了摘要。
圖6：英國電力調度中心(ESO)應付次同步震盪計畫摘要
4.1. 即時監視及情勢感知：
改進系統阻尼的情勢感知能力及對次同步震盪之即時監視係確保採取有效運轉措施來防止或阻止次同步震盪，進而維護系統供電安全之重要新要求。
傳統的SCADA系統無法記錄新出現的次同步震盪之高頻率。需要精細的資料源及相關演算法來提供必要的可見性來應付這種快速現象。為此，ESO正在建立並整合具有震盪監視功能之廣域監視系統（WAMS: Wide Area Monitoring System）。整個輸電系統的PMU資料將被饋送到WAMS中，WAMS將提供系統阻尼及次同步震盪之即時視圖(real time view)。ESO正在建立資料處理能力來啟用這些功能，並與輸電業主協調，以加速PMU設備之推出。
在建立WAMS功能的同時，ESO測試了一種新的監視系統，此系統依賴於配電系統的量測，以高頻率收集資料。該系統被證明是有效的，並顯著改進了系統阻尼及次同步震盪的即時可見性。ESO對系統阻尼的可見性可作為潛在震盪發生的早期預警。已經調整了程序來部署運轉措施，以保持系統阻尼高於安全限值。ESO正在對該系統進行進一步驗證，並希望在2024年夏季之前增加測量點的數量以覆蓋所有GB。
此外，ESO正在與蘇格蘭及南方電網公司(SSEN-T)合作發展INSIGHT計畫，這是一個策略創新基金(Strategic Innovation Fund)計畫，旨在建立一個虛擬的即時警報及控制系統，可以突顯電網上之震盪不穩定，然後自動通知抑制/移除它們所需的控制措施。
4.2. 合規過程： (The Compliance Process:)
合規過程係抵禦各種技術風險（包括次同步震盪）之第一道防線。ESO認識到ESO在能源電業的核心角色。ESO致力於與開發商及製造廠家分享知識及專業。ESO公佈了一份針對以變流器為基礎之電廠的指南文件，其中說明了一組時域及頻域(time and frequency domains,)之小信號測試，來展示針對潛在震盪之適當阻尼性能。ESO建議作為合規過程的一部分，本指南中說明的測試應由所有用戶執行，來證明足夠的阻尼並降低次同步震盪之風險。ESO計劃公佈類似的同步電廠指南。
各種類型的次同步震盪係由機組控制系統之失調引起或放大的。在之前的事件中，ESO瞭解到，電廠控制系統品質管理之目前實務有機會得到改進。ESO記錄到的問題包括電廠模型中部署之參數與實際控制系統中的參數之間的差異、人為錯誤以及控制系統之間的無意互連。因此，ESO計劃與業界合作，以改善控制系統的品質管理，並調整連接合規過程來涵蓋所有電廠配置。ESO也將透過舉辦一系列技術網路研討會及研討會來分享關鍵技術主題的最佳實務，包括控制系統軟體管理，從而探索為用戶提供支援。這些措施將大大降低品質管理風險，並隨後減少新出現的相關問題，諸如次同步震盪。
ESO依靠多種工具及程序來管理合規過程。運轉通知及合規清單（ONCC: Operational Notification and Compliance Checklist）係用於簡化合規過程的工具之一。ONCC列出了用戶應完成的關鍵里程碑及活動，並指定了負責批准每項合規活動之領頭方（即相關的輸電業主或ESO）。ESO認識到，降低新出現的次同步震盪風險的新測試及指南可能會使合規過程複雜化。ESO還認識到，為了避免給用戶帶來混淆，不斷增加的合規過程還有簡化及精簡的空間。有鑒於此，ESO計劃儘快與相關利益相關者合作，檢討ONCC文件，明確責任，確保更佳之用戶滿意度並減少潛在的混淆。ESO正在投資現代化工具，來幫助追蹤用戶模型之變化，並確保在整個合規性及連接過程中提出的任何模型問題都得到解決。這些工具將與ONCC的預期變化保持一致。
除了上述簡化及精簡合規過程的建議外，ESO還採取了多項行動來招聘、訓練及組織ESO的團隊，在整個連接合規過程中為ESO的用戶提供透明及及時之服務。ESO正在改變ESO的內部管理過程，以及組建一個內部合規指導小組，以更靈活地回應用戶之需求。ESO的技術合規團隊也在審視其內部程序，以便對透過連接合規過程提交之RMS及EMT模型提供透明及清晰的評估。
4.3. 先進 EMT 建立模型能力(Advanced EMT Modelling Capability)：
ESO建議用戶在合規過程中執行的檢討（如上一節所述）可顯著降低次同步震盪的風險，但是，它並不能完全消除這種風險。可能仍需要進行大規模的EMT檢討，來確保電廠及輸電資產之集體動態行為不會導致次同步震盪。ESO致力於建設這種能力。整個電業的合作是實現這一目標之關鍵。
ESO發起並支援了各種創新計畫，來開發GB輸電系統之EMT模型。早期的倡議可以追溯到2016年，當時ESO資助了一個創新計畫，來開發英格蘭南海岸部分輸電系統的EMT模型。在計畫DETECTS下，製造廠家提供之模型已整合到南海岸模型中。該計畫通報了對驗證及整合多供應商EMT模型之相關技術挑戰的進一步見解。該計畫的第二部分DETECTS-II將計畫第一部分中建立的工具及模型整合到ESO的IT設施中。此外，ESO正在與輸電業主合作，透過TOTEM計畫及其擴展在 EMT環境中建立GB輸電系統之準確代表性。ESO將繼續與合作夥伴合作，到2025年建立GB輸電系統EMT模型，包括輸電業主資產及一些發電模型。
EMT模型的精確度對於檢討研究次同步震盪及控制相互作用等複雜現象至關重要。如果沒有製造廠家提供的模型，輸電系統的EMT模型將失去其價值。一般的EMT模型無法提供足夠之精確度來代表電廠的動態行為，以及可能提供誤導性的結果。ESO透過GC0141提出了電網法規修改來取得製造廠家提供的EMT模型。該提案已獲得批准，電網法規要求在2022年9月或之後連接的任何電廠在合規階段與ESO分享精確代表連接電廠之EMT模型。為了支援用戶與ESO分享他們的模型，ESO公佈了指南說明，概述了模型在模型效率、精確度、可用性、維護及最低要求文件方面之技術性期望。
開發精確GB範圍EMT模型的瓶頸仍然是取得2022年9月之前連接的現有電廠之 EMT模型。ESO最近提出了電網法規修訂，要求在2022年9月之前連接的現有發電機與ESO分享其製造廠家提供之EMT模型。同樣，ESO已與輸電業主合作，將其資產之分享EMT模型編纂成法規。ESO將透過提交電力調度中心輸電業主法規修改提案來追蹤此事宜。ESO也成立了EMT建立模型小組，作為聯合規劃委員會建立模型小組（JPCMG: Joint Planning Committee Modelling Group）的一部分，與輸電業主合作開發全大不列顛(GB)系統之EMT模型。
在內部，ESO在建立EMT建立模型能力方面進行了大量投資。ESO聘請了EMT建立模型方面的主題專家(subject-matter experts)，他們整合、驗證及測試用戶及輸電業主的模型。ESO投資於ESO的計算能力，以便能夠對部分或全部GB系統模型進行EMT模擬。ESO正在探索各種選擇，例如雲計算(cloud computing,)，以應付不斷增長之EMT模型日益成長的計算能力。ESO正在資助一個創新計畫，以強化ESO大規模EMT模型的計算效率。ESO也資助了一個創新計畫，來探索先進的技術，諸如即時混合RMS-EMT模擬，以利用日益增長之EMT能力，以及探索對電網的某些部分運算穩定度檢討之可能性，讓其更接近即時運轉。t
4.4. 研究與開發(Research and Development)
英國大不列顛電力系統之快速脫碳、其孤島特性、以變流器為基礎的資源集中在某些地區，都是使英國輸電系統與眾不同的眾多因素之一。這種獨特性帶來了一系列不同的運轉度挑戰。ESO依賴創新計劃(innovation projects)來詳細及全面地瞭解這些挑戰。透過這些創新計畫，ESO與學術界及研究機構合作，為這些運轉度挑戰，包括次同步震盪，提供專門的解決方案。
世界各地的電力調度中心依賴某些指標來衡量系統強度(system strength)，以及確保避免以變流器為基礎的資源系統中之穩定度問題，包括次同步震盪。其中一個指標是短路故障電流水準(short circuit levels)。將短路水準保持在一定值以上可以降低某些技術問題的可能性，但如報告前面所述，短路水準可能不再是系統強度的良好通用指標。為了更好地瞭解以變流器為基礎資源高滲透率下的系統強度指標，ESO啟動了「連接強度(Strength to Connect)」創新計畫。該計畫將檢視那些措施最能指出系統運轉穩定及安全。它將透過模擬具有不同水準之以變流器為基礎資源的樣例電網來分析測試這些措施。此計畫之成果將為ESO的規劃及運轉政策提供資訊。
正如上一節所強調的，不斷增長的EMT能力將使ESO能夠執行進一步的檢討研究，來篩選電網中潛在的次同步震盪問題。在建立分析工具組合的同時，ESO啟動了「自動識別次同步震盪事件(Automated Identification of Sub-Synchronous Oscillations Events)」創新計畫。此計畫將開發及測試可用於EMT環境之頻率掃描工具。這些工具將發現任何潛在的控制交互問題，來相應地解決這些問題。
在開發EMT能力的同時，ESO正在投資資料驅動方法(data-driven approaches)。ESO啟動了「GB系統穩定度資料驅動在線監視及預警（DOME: Data-Driven Online Monitoring and Early Warning for GB System Stability）」計畫。該計畫將檢視測量電網的在線阻抗頻譜是否可以對新出現的震盪提供早期預警，除此之外，是否有可能識別出設備的那些方面應該重新調整來阻尼這些震盪。ESO也與杜倫大學（Durham University）啟動了一個創新計畫，來開發及測試使用PMU資料進行震盪源定位的新方法。
在過去的事件中，ESO使用各種工具及方法，利用事件期間收集的PMU資料來執行事件後分析。其中一種方法是「耗散能量流(dissipating energy flow)」，這是一種基於測量(measurement-based)方法，用來識別次同步震盪的來源。該方法過去在現實生活事件中進行測試，以及證明在同步機器主導系統中之有效性。然而，在像GB這樣以變流器為主的網路中，耗散能量流演算法可能需要修改來分配震盪源。為此，ESO即將與倫敦帝國理工學院(Imperial College)合作啟動一個創新計畫。該計畫將評估現有資料驅動演算法之適用性，來追蹤變流器主導系統中的震盪源，包括耗散能量流方法。此計畫將建立在既有演算法之基礎上，以及開發新的資料驅動技術，來協助ESO進行事件後分析。
透過創新，ESO探索未來潛在的挑戰，提前降低風險。其中一個潛在的挑戰是，當此技術的滲透率非常高時，控制電網形成變流器(grid forming converters)之間的相互作用。ESO即將與伯明罕大學(University of Birmingham)啟動一個創新計畫，來調查研究在電網形成技術之高穿透水準下任何潛在之新類別的次同步震盪。ESO將在此計畫成果的基礎上再接再厲，如果發現進一步的風險，ESO將繼續調整運轉政策及法規。
4.5. 透明度及參與度(Transparency and Engagement)
ESO遵循透明及協作的方法。分享經驗教訓不僅使ESO能夠合作來減少這些技術障礙，還可以使世界各地之電力調度中心在推動世界脫碳工作的同時，從ESO的經驗中學習。
在過去的事件中，ESO透過運轉透明度論壇(Operational Transparency Forum)與業界及公眾互動，分享事件後調查之進展、獲得的經驗教訓以及為確保輸電系統安全而採取的措施。ESO將繼續利用這個論壇，讓公眾及業界了解運轉挑戰。ESO也與 英國天然氣電力市場辦公室(Ofgem)及相關政府部門保持持續的溝通，向他們通報ESO面臨的技術挑戰以及ESO克服這些挑戰之願景。
在過去的幾年裡，ESO與輸電業主建立了各種論壇及技術工作小組。這些管道為ESO提供了與輸電業主的重要、定期及強大的溝通管道，並促進了學習及最佳實務的分享。ESO將繼續依靠這些論壇及管道來克服這一挑戰及未來的挑戰。
正如本報告所述，ESO在策略上依靠創新計畫與學術及研究機構合作，以更好地瞭解新出現的複雜現象，以及探索應付運轉挑戰的新方法。ESO將繼續與學術組織保持聯繫，來加強ESO應付新挑戰的敏捷性。
ESO不斷與世界各地的電力調度中心合作，分享各種技術挑戰之經驗，包括次同步震盪，並以及從世界其他地區面臨的挑戰中學習。例如，ESO正在與澳洲電力市場調度中心（AEMO）密切合作，來交流有關建立與維護大型EMT模型的知識。ESO還與新英格蘭電力調度中心(New England Independent System Operator)合作，學習他們在偵測次同步震盪方面的經驗。此外，ESO還透過全球電力系統轉型聯盟(Global Power System Transformation Consortium)與其他電力調度中心合作，交流知識、經驗及最佳實務。透過這個聯盟，ESO支援發展中國家之電力調度中心的脫碳之旅。
第五章 結論 (Conclusion)
次同步震盪並不是一個新現象，也不是與某種技術相關的獨特問題。在ESO接近凈零運轉的同時，運轉環境的變化意味著ESO需要先進的建立模型技術及監視工具，以確保減輕及管理次同步震盪的風險。
對2023年夏季震盪的調查顯示，資產係震盪的主要貢獻者。相關資產業主對其控制器設定進行了更改，資產在受控過程中重新投入使用。調查發現，沒有證據顯示這些事件的原因與系統慣性、短路故障電流水準或任何特定類型的發電直接相關。
ESO已經制定了一項計劃，來減輕新出現的震盪風險。在運轉時間範圍內，ESO正在投資即時情勢感知工具，來偵測及監視次同步震盪。在規劃時間範圍內，ESO正在與業界合作，建立一個全大不列顛(GB)系統之EMT模型，這對於檢討研究系統動態及評估震盪風險至關重要。ESO也與業界合作，調整連接合規過程，來確保從以前的事件中吸取之經驗教訓被納入該過程。
ESO在研發方面的投資係ESO調整工具及瞭解新興挑戰（包括次同步震盪）計劃之重要組成部分。ESO將讓用戶及利益相關者瞭解該計劃的進展情況、未來之障礙以及未來遇到的任何其他運轉挑戰。
參考資料：
Sub-synchronous oscillations in GB Current state and plans for future management NGESO 2024/524
Gordoncheng's Blog4 
