台電公司的電力系統於1999年發生729停電事故，美國、加拿大東部地區於2003年8月發生 大規模停電，國內、外對於加強大停電事故之預防措施進行廣泛的討論，其中相量量測技術應用於電力系統之 狀態監測乃為其中重要項目之一。使用相量量測（Phasor Measurement）技術監視系統狀態（含被監視母線、 線路之電壓、電流大小與相角），係近年先進國家積極研究之方向，可提供調度人員EMS所不及之相關系統 即時運轉資訊，作為調度、控制之參考，有助於電力系統之安全運轉及供電可靠度的提昇。

近年來，國外電力公司正逐漸面臨電業更困難且複雜的經營環境，特別是在美國的電力公司。 因此，兩項重大課題應運而生：其一為提昇電力系統之輸送能力之研發，期待將現有的輸電線運轉至接近其最大之 輸送容量；另一則增加對系統網路更精確監控之需求，以掌握對系統更具彈性靈活之運轉調度。

有關國內相量量測技術之應用，早期囿於通信速率及網路技術之瓶頸，僅止於實驗室之研究， 並未真正使用於台電中央調度監控系統之監控。台電綜合研究所於90年實際建置完成「台電電網即時狀態監測系統」 ，分別監測核二廠、龍潭變電所、中寮變電所、龍崎變電所、核三廠等五處之即時系統相量狀態， 中央監控站分別置於調度處中央調度室及台電綜合研究所樹林所區電力研究室。為使即時狀態監測系統更臻於完整， 有必要將其加以擴充，再選定具代表性之變電所增設監測站，以提供更多直接量測的系統資訊， 使調度人員更能掌握系統運轉的狀況。

相量量測技術基本的理論基礎早在十幾年前已為之熱絡，當時受限於硬體及成本的考量， 僅局部應用在即時控制、保護及穩定度預測等方面。由於近年來微處理機及通信技術之發展迅速， 成本相對下降促使對整體系統之監控與保護為之可行。

相量量測技術已發展應用在世界各國，包括美國電力公司(AEP-American Electric Power Service Corporation)，紐約電力局(NYPA-New York Power Authority )， 波利維爾電力局(BPA-Bonneville Power Authority )與日本東京電力公司 (TEPCO-Tokyo Electric Power Company)等。其主要應用領域包括：AEP公司之系統內部與外在互連 系統異常現象的監測，保護與控制功能。為監視系統動態響應而發展出電驛示波器，相量監測器， 自動發電控制資料收集器與狀態估測器等監錄設備。

紐約電力局主要以評估動態穩定度為首要目的，並進一步應用於無效電力供應規劃， 電能管理系統分析，偶發事故分析與系統復電檢討上。波利維爾電力局亦以系統動態特性之監測為主， 尤其是區域間阻尼欠佳下之振盪現象。日本東京電力公司則發展以相量量測為基礎之失步預測保護系統 (Predictive Out-of-step Protection System)。ABB公司發展之保護電驛已具有相量量測裝置之功能， 並有實際應用在系統變電所之實績。

相量量測之主要目的在量測電力系統之電壓與電流相量，此量測結果以很快的速率送回 控制中心的電腦，使電力系統可做到即時自動監視與控制之用。目前之系統均以狀態估測方式得到系統完整狀態， 而狀態估測法演算一次的時間須數分鐘之久，所處理之系統狀態資料並不含電壓相角。

以上項目均為利用控制達到安全運轉之目的，如增加輸電線的輸電餘裕， 減低系統頻率變化及網路中各母線的電壓變化等。使用控制器之目的為改善系統控制的特性， 包括被控制的發電機及其他可控裝置。因此，控制器的設計需基於當時系統的特定模型狀態。 若控制器的設計完全假設系統係線性的動態系統，則非良好的控制。甚或電力系統的運轉狀態明顯的與所執行 的線性化運轉狀態不同時，反而可能造成系統之不穩定。相量量測則提供唯一的機會，以狀態相量反饋來改善 控制系統的特性。此反饋量洽可由位於系統中監視點之相量量測單元獲得。

台灣地形狹長，負載中心由北至南散佈，大型發電機組又集中南北部區域， 台電系統自然形成由南至北長條型電力網路結構，南北輸電主要幹線延伸達三百多公里遠。

長久以來，台電系統存在南北電力供需失調問題，夏季尖峰時段， 大量電力經三路超高壓幹線由南往北輸送。系統之特性，本質上存在有南北系統電壓相角差距大、 動態穩定度及電壓穩定度等問題。歷年來，台電發生數次低頻震盪現象及729全黑停電事故均與系統之結構 與特性有關。基於台電系統之特殊結構特性，加強系統之監視功能，使系統能更安全可靠運轉， 乃為本相量量測監測系統規劃之主要目的。由中央監控站即時顯示監視遠端母線之電壓相角變化則為 本系統之主要功能之一。

為便於解析台電系統之動態特性，先前之研究曾以集群分析理論（Clustering Analysis） 分析台電系統五同步群，用以簡化系統，並可近似反映台電系統之動態行為，同時選擇出相量量測系統之裝設場址， 以便於系統動態特性之分析。

本系統除參考其研究結果外，並考慮監測系統之規模（監測站數量）， 調查監測場址之重要性及裝設可行性（包括硬體設備之配置空間及通信網路之可行性）， 以及地理結構的等距分佈因數等。90年選定核二廠、龍潭北變電所、中寮南變電所、龍崎南變電所、以及核三廠等 5個監測點，並於總處中央調度室及樹林綜合研究所內分別設立中央監控站。 今(92)年再選定位於超高壓輸電幹線具代表性之中寮北、峨眉及嘉民變電所， 增設新監測站。同時，將原本放置於龍崎變電所之兩套獨立PMU監錄設備，一併經由通訊線路將監錄資料傳回 中央監控站，以便於遠端即時監測及研究分析之用。下圖所示為台電超高壓系統圖，顯示本監測系統於 地理結構等距分布因數之考慮。

台電超高壓系統圖

基於系統應用之考量，本相量量測監測系統參考國外應用情形進行規劃， 監測資料之主要應用界定如下：

同步量測系統電壓、電流相量係相量量測之基礎。過去，對電力系統網路不同地理位置， 各母線電壓間相角差之測量是一件很困難的事情。主要關鍵點在如何於兩地之間同時取得精確同步時間的要求。 在60Hz系統頻率下，1毫秒的時間同步誤差就意味著21.6度的相角誤差。如果要獲得 1 度相角量之測精度， 則兩個監測點間的時間同步精度應低於46微秒。如前章所述，有兩種可行之方式可以實現：一為光纖網路通信 同步技術，另一則為採用先進之全球衛星定位系統（GPS）技術。

本計劃之類比信號同步取樣，係利用全球衛星定位系統內的每秒脈衝 （Pulse Per Second, PPS）做為類比訊號取樣同步的基準，並使不同儀器的各筆資料取樣時間誤差落於 ±1 微秒以內。

為達到由中央監控站即時觀測遠端多站之低頻振盪的頻譜變化，需對過去十秒內的功角 測量值進行頻譜顯示分析。中央監控站顯示幕每秒同步更新一次數據，而各監測站每秒定時向中央監控站傳輸 20組相角數據。因此，為保證各站相角數據和頻譜分析在中央監控站即時反映，通信速率及品質之要求極為關鍵。

幸賴於台電公司在各大變電所及電廠間，光纖通信專線骨幹逐漸形成， 外加數位MODEM技術之成熟應用，使得在選擇監測點之通信考量上，較無後顧之憂。本系統中央監控站端和 監測點端均以光纖專線及數位通信方式進行資料之傳輸。線上能輕鬆應付56Kbit/s以下的數據傳輸要求。

監測系統主要分成四部份：由遠端PMU監錄設備、中央監控站、SQL資料庫及WEB伺服器 等設備所組成，詳細介紹請參考系統簡介所述，系統架構如下圖所示。

台電電網即時狀態監測系統架構

十套遠端PMU監錄設備放置於選定之監測站變電所控制室內， 分別為核三廠、龍潭變電所、峨眉變電所、中寮變電所(2套)、嘉民變電所、龍崎變電所(3套)、及核二廠 等七個監測站。並於調度處與綜研所樹林所區設置中央監控站及SQL資料庫，可由此對各遠端PMU監錄設備 進行參數修改、資料傳送或即時監控等作業。各監測點資料經公司光纖通訊專線以並列方式分別傳送至 兩個中央監控站進行即時監測與資料處理。另於綜研所設置網頁伺服器進行監測資料之公司內網路服務。

PMU監錄設備放置於選定之監測站變電所控制室內，每台PMU監錄設備涵蓋八組三相饋線 的類比輸入通道。各PMU監錄設備由兩組四芯之通訊線引接至各控制室相關之通訊室，使中央監控站可透過公司 通訊光纖網路遙控遠端監錄儀器。

以上畫面每秒更新一次資料及曲線圖，但當某一站（或兩站）的GPS衛星信號接收不良 而造成兩站的絕對時間不同秒時，這時畫面就不會再更新，直到兩站的時間再同步。 在本系統內可同時打開一至數個兩站相角的監測窗口，也就是在一個中央監控站可同時監測數對兩站相角的振盪情形。

兩站相角監視畫面

對於一條數百或上千公里長距離的輸電線，可透過所提供的"上下游多站相角監視"的功能， 隨時監視著各下游變電站與上游源頭變電站間相角擺盪現象。一個多站相角監視畫面最多可監視由一個主站與 六個下遊子站所組成的六組相角擺盪畫面，由監視畫面中可以觀測到上下游系統電壓的相角在各站間的逐次變化， 同時當其中任一端發生低頻振盪的現象時，該對應的畫面視窗也會立即顯示振盪的頻率與擺動的幅角。

多站相角擺盪監視畫面