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研究生:康晉承
研究生(外文):Jin-cheng Kang
論文名稱:支援智慧型需量反應之數位電表規劃與設計
論文名稱(外文):Design of Digital Meters for Intelligent Demand Response
指導教授:陳朝順陳朝順引用關係
指導教授(外文):Chao-Shun Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立中山大學
系所名稱:電機工程學系研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:即時電價尖峰負載需量反應嵌入式電能管理系統智慧型電表
外文關鍵詞:embedded power management systemsmart meterdemand responsepeak loadingreal-time pricing
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由於台灣國內能源極為缺乏,高達97%以上之能源需仰賴國外進口,而全球傳統石化等初級能源儲量及供應量有限,導致能源價格飆漲。近年來隨著經濟的發展及人民生活水準的提高,人們對於電力的需求大幅增加,促使政府積極推行節能減碳政策,期能抑制尖峰負載與執行有效的負載管理策略,以減緩電力系統尖峰負載的成長與達成電能更有效的運用。
本論文提出數位電表規劃與設計,並整合電能運算晶片、微處理機與混合式通訊(電力線載波/ZigBee/RS-485),建構含負載控制模組與通訊模組之智慧型電表,同時配合嵌入式電能管理系統,可支援住宅及商業用戶配合即時電價與負載管理,執行智能化之需量反應功能。整合系統主站電腦可針對各種用電設備,進行即時用電量測、負載設備監視、用電資料統計與分析及電力需量控制等。經由現場實際測試,驗證本系統能確實掌握各種用電設備電力使用模式,未來配合電力系統緊急情況下之卸載操作或發電成本之變動,執行智能化之負載控制,完成提升電力系統穩定度,並藉由需量反應整合應用,抑低系統尖峰負載而達成節省電費支出之目的。
Because of the shortage of domestic energy resources in Taiwan, more than 97% of the energy has to be imported. The energy price has been increased dramatically during
recent years due to the limited supply of conventional primary fossil energy resources.
With the economic development and upgrade of people living standard, the electricity power consumption is increased significantly. To solve the problem, different strategies of energy conservation and CO2 emission reduction have been promoted by government to reduce that the peak loading growth and achieve better usage of electricity with more effective load management.
This thesis proposes a digital smart meter which integrates the energy metering IC, microprocessor and hybrid communication schemes (Power Line Carrier/ZigBee/RS-485). The load control module and communication module are included in the smart meter to support various application functions. The embedded
power management system (PMS) is also proposed to integrate with the smart meter to perform the demand response according to the real-time pricing and load management for residential and commercial customers. The master station can supervise the real-time power consumption of various load components to analyze the power consumption model of customers served and execute the demand load control. The actual demonstration system of embedded PMS has been set up to verify the function of energy management so that the customers have better understanding of power consumption by each appliance. In the future, the implementation of intelligent load control with an emergency load shedding of capability can help utility companies to achieve virtual power generation to enhance the power systems reliability. The customers may also
reduce the electricity charge by executing demand response function, which disconnects the electricity service for non essential loads for either system emergency or high electricity peak pricing
中文摘要……………..…...……………………………………………………...…….....i
英文摘要....……….…...…………………………………………………………………ii
目錄……………..…………………………………………………………….…………iv
圖次..….....…………..……………………………..…………………………..……..…vi
表次......…..……...………………………………………………………….....………..ix
第一章 緒論.....................................................................................................................1
1-1 研究背景與動機…………………....………..……………………………..1
1-2 研究方法及步驟…………………………..…..……..……………..………3
1-3 論文章節概要……………………………………..…………..……………5
第二章 需量反應控制策略.............................................................................................6
2-1 前言………….……...….…...……………………...……………………….6
2-2 國內外需量反應概述………….………..……………...…………………..8
2-2-1 美國相關制度與措施....………......…..……...……..........……………8
2-2-2 台灣相關制度與措施………………...………………………....……11
2-3 配合需量反應之控制策略……….……..…………..……..……………..14
第三章 智慧型三相數位電表設計...............................................................................19
3-1 前言………..……………………..………………………………………..19
3-2 電能量測單元………..………………………..…………………………..20
3-3 負載控制單元………..……………………..……………………………..26
3-4 通訊單元………..……………………………..…………………………..27
3-4-1 通訊電路設計………...………...…..……………...………………..27
3-4-2 RS-485 與RS-232 通訊原理與特性………....….......……………..28
3-4-3 Modbus 通訊協定……….....…………….…….……………………30
3-4-4 混合式通訊…...………….….....……………………………………35
3-5 LCD 顯示單元..…………………………………………………………...41
3-6 資料處理單元………..…………………..………………………………..42
3-7 電源電路單元………..……………………………………………………45
3-8 整合嵌入式智慧型電能管理系統………..………………………………46
3-8-1 嵌入式系統介紹…………………….….….………………………..46
3-8-2 嵌入式電能管理系統架構…………..……….……………………..49
第四章 數位電表校調系統設計...................................................................................54
4-1 前言………..………………………………………………………………54
4-2 電度表準確度規範………..………………………………………………54
4-3 校調系統架構………..……………………………………………………67
4-3-1 電表校調系統平台……...………….…...…………………………..67
4-3-2 校調架構與流程……...………….…….....…..………..……………70
4-4 數位電表校調方式與修正………..………………………………………72
4-4-1 電壓校調方式……...………………………………………………..72
4-4-2 電流校調方式……...………………………………………………..73
4-4-3 實功率與用電度數校調方式……...………………………………..75
4-5 電表校調系統人機介面設計……….……………………………………82
第五章 需量反應控制與實測結果分析.......................................................................86
5-1 結合嵌入式智慧型電能管理系統...……….……….……………………86
5-2 嵌入式電能管理系統需量反應之實測...……….……………………….88
5-3 配合需量反應之負載管理...……….……………….……………………92
5-4 配合即時電價機制之需量反應..………..…………….…………………95
第六章 結論及未來研究方向.....................................................................................100
6-1 結論..……….…………………………………….……………………..100
6-2 未來研究方向..……….…………………………….…………………..101
參考文獻……………………………………………………………………………...102
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