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研究生: 張鈞惠
Jyun-Hui Chang
論文名稱: 適合需量反應運用之住宅型能源管理系統研製
Implementation of Residential Energy Management System Adaptable for Demand Response Applications
指導教授: 吳瑞南
Ruay-Nan Wu
口試委員: 張宏展
Hong-Chan Chang
謝宗煌
Tsung-Huang Hsieh
張建國
Chien-Kuo Chang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電資學院 - 電機工程系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2018
畢業學年度: 106
語文別: 中文
論文頁數: 107
中文關鍵詞: 需量反應能源管理系統儲能設備削峰填谷人機介面
外文關鍵詞: Demand Response, Energy Management System, Energy Storage Equipment, Peak Load Shifting, Human-Machine Interface
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  •   近年來各界對於電力的需求日益增加,加上核能安全與空氣汙染等問題,政府積極推動能源轉型,但目前面臨備用容量率不足導致供電吃緊,為了確保系統穩定及提高電力使用率,台電提出許多需量反應的負載管理措施,因此本文建置出一套住宅型能源管理系統,目的為配合台電的時間電價與需量競價之要求並更有效地使用能源。
      研究方法為以實驗室的用電情形來模擬住宅用戶的環境,並搭配一台5kW儲能設備與12個智慧插座,透過智慧電表擷取總用電資訊再匯集成歷史資料庫。能源管理系統可由歷史資料預測出負載曲線與截峰線來進行事前規劃,並於平時依當下用電量與截峰線作比較,進而控制儲能設備的充放電,以達到將用電量削峰填谷之效果。有需量競價需求時,除了截峰線之外,將透過智慧插座進行卸載策略,確保在抑低時段將負載用電量抑低至限制值以下。
      本能源管理系統的人機介面可讓使用者進行設定和監控運轉情況。測試結果顯示儲能設備能依據截峰線確實的進行削峰填谷,將負載因數從0.70改善至0.81,並合乎蓄電池的充放電限制條件,加上若簽署住商型時間電價可達到電費扣減;而在參與需量競價時,事前規劃與線上執行階段都能將負載用電量抑低至所設定之限制值以下。本系統可在不影響用電需求下,提高住宅用戶參與需量反應的意願和程度。


      In recent years, there has been an increasing demand for electricity from all walks of life. In addition to nuclear safety and air pollution, the government has actively promoted energy transformation. As a result, Insufficient spare capacity rate leads to tight supply of electricity. In order to ensure system stability and improve power usage, Taipower put forward many load management measures for demand response. Therefore, this article builds a residential energy management system to meet the requirements of Taipower's time electricity price and demand bidding and to use energy more effectively.
      The research method is to simulate the environment of a residential user by using electricity in the laboratory, and to match a 5kW energy storage device and 12 smart sockets. The total electricity consumption information is collected through a smart meter and then compiled into a historical database. The energy management system can predict the load curve and the cut-off line from historical data to plan ahead. Besides, the power consumption is compared with the cut-off line to control the charge/discharge of the energy storage equipment in order to achieve the effect of shifting the peak load. When demand bidding is required, in addition to the cut-off line, an off-load strategy will be implemented through smart sockets to ensure that the load power consumption will be kept below the limit during periods of demand response.
      The human-machine interface of the energy management system allows users to set and monitor operating conditions. The test results show that the energy storage equipment can accurately perform peak load shifting according to the cut-off line. Improve the load factor from 0.70 to 0.81, and meet the battery's charge and discharge restrictions. In addition, electricity tariff deductions can be achieved if the time-of-use electricity price is signed; When participating in demand bidding, both pre-planning and online execution can reduce the load power consumption to below the set limit. The system can increase the willingness and degree of residential users' participation in demand response without affecting electricity demand.

    目錄 摘要 I ABSTRACT II 誌謝 IV 目錄 V 圖目錄 IX 表目錄 XII 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 研究目的與方法 3 1.3 章節簡述 6 第二章 能源管理方法與措施介紹 7 2.1 前言 7 2.2 住宅型能源管理 8 2.3 儲能系統介紹 10 2.3.1 超級電容介紹 10 2.3.2 蓄電池介紹 11 2.3.3 鋰離子電池特性介紹 12 2.4 需求面管理 13 2.5 台電需量反應措施 14 2.5.1 時間電價及電費計算方式 14 2.5.2 減少用電措施 17 2.5.3 空調暫停用電措施 18 2.5.4 需量競價措施 19 第三章 硬體建立與通訊方式的介紹 23 3.1 住宅型能源管理系統架構 23 3.2 Modbus通訊協定 24 3.2.1 RS-232通訊介面標準 26 3.2.2 RS-485通訊介面標準 27 3.3 智慧型電表 28 3.3.1 PA3000智慧型電表 29 3.4 智慧插座 31 3.4.1 LM-114智慧插座模組 32 3.5 逆變器 34 3.5.1 智慧型多功能逆變器 35 3.6 蓄電池 37 第四章 能源管理系統規劃 38 4.1 能源管理系統模型 38 4.2 負載預測介紹 39 4.2.1 迴歸分析模型 40 4.3 負載截峰線介紹 42 4.3.1 蓄電池的目標函式與限制條件 43 4.3.2 計算理想截峰線方式 45 4.3.3 預測截峰線 50 4.4 事前負載規劃介紹 52 4.4.1 家庭負載分類與優先度 53 4.4.2 事前負載規劃方法 55 4.4.3 動態規劃法 56 4.5 儲能設備充放電流程 60 4.6 線上負載控制系統 64 第五章 實際模擬與試驗 68 5.1 實驗室環境設定 68 5.2 人機介面 70 5.3 實際試驗與結果 73 5.3.1 實驗一 無需量競價事件(僅削峰填谷) 73 5.3.2 實驗二 需量競價事件(含削峰填谷) 78 第六章 結論與未來展望 84 6.1 結論 84 6.2 未來展望 85 參考文獻 86 附錄 90

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    無法下載圖示 全文公開日期 2023/07/23 (校內網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (校外網路)
    全文公開日期 本全文未授權公開 (國家圖書館:臺灣博碩士論文系統)
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