臺灣博碩士論文加值系統

本論文應用電能量測專用之微處理機技術結合Zigbee無線通訊網路資料傳輸技術，設計與研製一套具監測功能、用電資料收集之無線型電能量測與資料搜集單元。擬研製之無線型電表功能包含二部分，第一部分為電能量測單元，此電能量測專用之微處理機為一(System On Package, SOC)技術研製而成之整合性系統晶片，其內含一數位信號處理（Digital Signal Processor, DSP）模組，可處理A/D轉換與PQ電能計算之功能。第二部分為資料收集單元，應用Zigbee通訊模組。此資料收集單元包含遙控讀表、自我診斷通訊是否正常、即時時間電價、偵測及確認用戶是否斷電等功能。最後針對濾波器頻率響應、模擬負載以及無線傳輸等項目進行測試，並修正其性能。測試結果驗證了本文所研製無線型電表雛型之效能與實用性。

This thesis applies electrical measurement based microprocessor associated with Zigbee wireless communication network and data transmission technique to design and implement one set wireless electricity measurement and data acquisition unit with the functions of supervisory and data logging. The functions of proposed wireless meter contain two parts, the first part of proposed wireless meter is electricity measurement unit which uses integrated SOC based microprocessor with DSP module to fulfill A/D conversion and PQ amount computation. The second part of proposed wireless meter is data acquisition unit which applies Zigbee communication module associated to fulfill data communication and network routing. The functions of proposed data acquisition unit include remote metering, self diagnosis to verify communication ability, real time pricing, detect and verify customer’s power supply etc. Finally testing items of filtering frequency response, simulated loading and wireless data transmission are executed and tuning their performance. Testing results show that the effectiveness and practicality of proposed wireless meter can be justified.

中文摘要 v
英文摘要 vi
誌謝 vii
目錄 viii
圖目錄 x
表目錄 xii
一、 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 相關文獻回顧 3
1.3 章節架構概要 4
二、 先進電表系統與無線網路技術 5
2.1 先進讀表基礎建設 5
2.2 無線網路技術介紹 10
三、 無線型電表硬體設計 20
3.1 中央控制單元硬體架構及電路設計 20
3.2 系統周邊介面架構及電路設計 26
3.3 Zigbee無線模組單元架構及電路設計 30
3.4 TDK電表系統架構及電路設計 33
3.5 硬體整合 38
四、 無線型電表軟體設計 40
4.1 中央控制單元功能及軟體設計 40
4.2 Zigbee無線通訊與控制方法 43
4.3 TDK電表系統量測及控制方法 45
五、 電表實測結果 48
5.1 室電電源 48
5.2 濾波器頻率響應 49
5.3 標準電壓、電流源測試 50
5.4 模擬負載測試 54
5.5 有、無線傳輸測試 58
六、 結論與未來展望 59
6.1 結論 59
6.2 未來展望 60
參考文獻 61
附 錄 一 電表之通訊協定 64
附 錄 二 TDK電表電路圖 67

[1] 卓明遠,”GSM無線型需求面管理負載控制器設計與研製”,國科會電力科技產業學術合作研究計畫完成報告書,民國89年12月。
[2] 卓明遠，溫孟川，1997, ”電力監控技術於電能管理之應用”, Journal of Electrical Engineers, Vol.11, No.6, pp.46-61.
[3] 卓明遠，黃佳文，特高壓用戶電能控制與管理系統建置研究，期末報告，台灣電力股份有限公司，2002。
[4] 卓明遠，黃佳文，高低壓用戶違章用電監測與管理系統建置研究，期末報告，台灣電力股份有限公司，2006。
[5] 張文奇，配電系統低壓線路防竊監測系統開發研究，期末報告，台灣電力股份有限公司，2006。
[6] 卓明遠、李財福、王錦榮與黃佳文等，“利用GSM資料收集模組與多層支撐向量機分類器建構電力變壓器故障診斷系統(Part II –實例模擬與分析)”，中華民國第二十六屆電力工程研討會論文集，頁656-661，12月，2005。
[7] 曾清奇，“電力線家庭自動化網路與公共電話網路之互連”，碩士論文，民國九十二年七月。
[8] J.Michael Silva, Bruce Whitney, “Evaluation of the Potential for Power Line Carrier (PLC) to Interfere With Use of the Nationwide Differential GPS Network”, IEEE TRANSACTIONS ON POWERDELIVERY, VOL.17,NO.2, APRIL 2002.
[9] W.S. Kim, L.W. Kim, C.E.Lee, K.D.Moon and S. Kim, “A control network architecture based on EIA-709.1 protocol for power line data communications”, Consumer Electronics, IEEE Transations, Vol.48, Issue:3, pp.650-655, Aug.2002.
[10]J.W.Hohn, J.A.Zipp, “POWER LINE CARRIER PRACTICES AND EXPERIENCES”, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.10,No.2,April 1995.
[11]“dsPIC30F Family Reference Manual”, Microchip Technology Inc., 2003, http://www.microchip.com/.
[12] “PIC18FXX2 DATA SHEET”, Microchip Technology Inc., 2002, http://www.microchip.com/.
[13]顧家勇，”路燈自動化監控管理系統設計與研製”， 碩士論文,國立高雄應用科技大學，民國96年10月。
[14]卓明遠、藍榮進、顧家勇、林三福、蕭秉中，”路燈照明自動化監測管理系統”，照明學刊，Vol. 23,No.4，pp.22-30，Dec.， 2006。
[15]林清海,”廣域路燈監控管理系統之研製”,碩士論文, 國立台北科技大學，民國92年10月。
[16]“M. Rahenema, “Overview of the GSM system and protocol architecture”, IEEE Communication Magazine, pp.92-100, March 1993.
[17]陳克任，移動通訊系統行動暨傳呼通訊，儒林圖書，二版，2000年2月。
[18]A.T. De Almeida, E.L. Vine, ”Advanced Monitoring Technologies for the Evaluation of Demand Side Management Programs”, IEEE Transaction on Power System, Vol.10, No.3, 1995, pp.1691-1697.
[19]袁杰，無線電通訊技術，全華圖書，初版，1998年8月。
[20]許世杰，“正交分頻多工技術之電力線通訊系統研究與FPGA實現”，碩士論文，民國九十三年六月。
[21]ZigBee Specification, Document#: 053474r17, ZigBee Alliance ZigBee-2007 Layer PICS and Stack Profiles, Document#:08006r03, ZigBee Alliance
[23] 台灣電力公司建置先進讀表基礎建設(AMI)可行性效益分析研究，台灣電力公司99年度研究計畫期末報告(初稿)，2010年6月。
[24] Pacific Gas and Electric Company, “Pacific Gas and Electric Company Seeks to Implement Advanced Meter Reading Technology for All Customers”, http://www.pge.com
[25]美國Silver Spring 網路公司,” Silver Spring’s comprehensive Smart Energy Platform” ,http://www. Silver Spring.com
[26] 義大利ENEL電力公司,” NEC AND ENEL DISTRIBUZIONE AGREE TO CO-OPERATE ON NEXT- GENERATION SMART GRID AND SMART CITIES”, http://www.enel.it/it-IT/
[27] European Energy Regulators, http://www.energy-regulators.eu/portal/page/portal/EER_HOME
[28] Kansas Electric Power Cooperative, Inc., http://www.kepco.org/
[29] ECHONET consortium, http://www.echonet.gr.jp/english/index.htm
[30] 中國國家電網/華東電網集團, http://www.szece.com/
[31] 工研院，電力系統併聯技術與先進電表系統研究計畫，98年度執行報告初稿，經濟部能源局委辦計畫，2009年12月。
[32] 先進讀表基礎建設(AMI)研討會講義，2009年10月1日，台電公司高雄區營業處。
[33] 台電公司AMI專案小組/AMI工作小組會議紀錄。
[34] 台電公司AMI專案小組/AMI工作小組會議簡報資料。
[35] 賴宏仁，能源局AMI示範系統讀表通訊測試報告，資策會網路多媒體研究所，2009。
[36] 會計處預決算組編制之97年各類發電單位成本分析表。台電網站，電力與生活 / 電源開發計畫 / 台電長期負載預測。能源局網站，http://www.moeaboe.gov.tw/pdadetail.aspx?no=03&serno= 00830。http://www.moeaboe.gov.tw/promote/greenhouse/files/97年度電力排放係數.pdf
[37] 鄭立，ZigBee開發手冊，全華圖書股份有限公司
[38] IEEE, “IEEE Std 802.15.4a™-2007”, 31 August 2007
[39] Microchip Technology Inc., ”PIC18F8722 Family Data Sheet”, http://www.microchip.com/
[40] Analog Integrations Corporation, “AIC1735 datasheet”, www.analog.com.tw
[41] On semiconductor, ”MC14066B datasheet”, http://www.onsemi.cn/PowerSolutions/home.do
[42] Sharp Corporation, “PC817 Series datasheet”, http://www.sharp.co.jp/
[43] ST Microelectronics, ” ULN2003A datasheet”, http://www.st.com/internet/com/home/home.jsp
[44] Texas Instruments, “ MAX3232 datasheet”, http://www.ti.com/
[45] National Semiconductor Corporation , “DS75176 datasheet”, http://www.national.com/
[46] Texas Instruments, “A True System-on-Chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4 / ZigBee(TM) (Rev. F)”, http://focus.ti.com/lit/ds/symlink/cc2430.pdf
[47] Texas Instruments, “ZStack-CC2430-1.4.3-1.2.1.exe -SerialApp” , http://www.ti.com/
[48] TERIDIAN Semiconductor Corporation, 71M6511/71M6511H Single-Phase Energy Meter IC Data Sheet,
, http://www.teridian.com/
[49] TERIDIAN Semiconductor Corporation, “71M6511/71M6511H Demo Board USER’S MANUAL”, http://www.teridian.com/