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研究生: 褚沅鑫
Yuan-Hsin Chu
論文名稱: 開發雲端監控平台於太陽光電系統之發電預測
Develop a Cloud base SCADA Platform to Forecast the Power Generation of Photovoltaic Systems
指導教授: 辜志承
Jyh-Cherng Gu
口試委員: 吳啟瑞
Chi-Jui Wu
楊金石
Jin-Shi Yang
楊明達
Ming-Ta Yang
辜志承
Jyh-Cherng Gu
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: 165
中文關鍵詞: 分散式電源物聯網IEC 61850可延伸訊息與存在協定雲端平台倒傳遞類神經網路太陽光電發電預測
外文關鍵詞: DER, IOT, IEC 61850, XMPP, Cloud Platform, Neural Networks Backpropagation, Photovoltaic Power Forecasting
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  • 近年來,再生能源的探勘與開發正如火如荼地展開。根據我國經濟部能源局之能源產業技術白皮書揭露預計在2025年再生能源佔總發電量20 %。這反映了再生能源將對電力系統的穩定性造成潛在的衝擊。由於分散式電源(DER)的多樣性和多重的電力供應,因此分散式電源彼此間的資訊整合變得更加複雜。目前的太陽光電站點僅以單一控制器儲存太陽光電資訊,將造成大量資訊儲存問題。此外,於私人網域傳輸資訊,將造成網路資訊安全以及能源管理問題。在這種情況下,一種基於IEC 61850可延伸訊息與存在協定(XMPP)雲端平台創新的物聯網(IOT)架構分散式電源管理系統被提出。
    本文依照IEC 61850-7-420建置PV模型並依IEC 61850-8-2藉由XMPP協定架構將PV資訊上傳至雲端並可視化PV發電資訊。應用倒傳遞類神經網路於太陽光電系統之發電預測。透過中央氣象局所發佈之天氣預報資訊進行神經網路模型之分類訓練。根據預測結果得知,應用此一方法能使發電預測之誤差下降為平均絕對百分比誤差(MAPE)20 % ~ 50 %之範圍,有利於提升PV發電預測之精準度。


    In recent years, exploration and exploitation of renewable energies are running in full swing. According to Bureau of Energy, MOEA, R.O.C., penetration of renewable energies is expected to reach 20 % by 2025. This reflects the potential impact to the power system stability due to the intermittent generation of renewable energies. Moreover, the information integration of such Distributed Energy Resources (DER) are becoming complex because of the diversity and multi-vender’s installations. Currently, PV site data is stored on a single controller, therefore, it will cause an massive information storage problem. Furthermore, using a private network for data communication will create the problem in network information security, and energy management. Under such circumstances, an innovative architecture of IOT based IEC 61850 XMPP Cloud Platform for DER management system is proposed.
    In this thesis, PV model will be setup to meet IEC 61850-7-420. In addition, the IEC 61850-8-2 XMPP protocol is also introduced to update and visualize PV data in cloud side. To predict the power generation of solar photovoltaic systems, using the neural networks back propagation to the classification training of neural network models is performed through the released of the weather forecast of the Central Weather Bureau. According to the prediction results, using this method can reduce the errors of power generation forecast between 20% and 50% of Mean Absolute Percentage Error (MAPE), which is beneficial to improve the accuracy of PV generation forecasting.

    中文摘要 I Abstract III 誌謝 V 目錄 VII 圖目錄 XII 表目錄 XVI 第一章 緒論 1 1.1 研究背景與動機 1 1.2 文獻探討 3 1.3 研究方法 5 1.4 論文架構 6 第二章 太陽光電系統之發展與挑戰 9 2.1 前言 9 2.2 太陽光電系統之發展 9 2.3 太陽光電併網之挑戰 12 2.4 物聯網協議 13 2.4.1 MQTT 14 2.4.2 DDS 15 2.4.3 AMQP 15 2.4.4 XMPP 16 2.4.5 物聯網協議比較 17 2.5 本章小結 17 第三章 太陽光電系統雲端監控平台相關標準 19 3.1 前言 19 3.2 雲端運算 19 3.2.1 SaaS 20 3.2.2 PaaS 21 3.2.3 IaaS 21 3.3 IEC 61850標準 22 3.3.1 資訊模型與邏輯節點 22 3.3.2 IEC 61850-7-420 25 3.3.3 IEC 61850-8-2 27 3.3.4 IEC 61850優點及效益 29 3.4 XMPP介紹 30 3.4.1 XMPP基本網路架構 31 3.4.2 XMPP協議地址格式 32 3.4.3 XMPP訊息格式 33 3.4.4 XMPP工作機制 34 3.4.5 訊息安全 35 3.4.6 XMPP優點 36 3.5 共同資訊模型概述 36 3.5.1 IEC 61970 39 3.5.2 IEC 61968 40 3.5.3 IEC 62325 40 3.5.4 我國智慧電網與CIM 41 3.6 RESTful API 43 3.6.1 具象狀態傳輸 44 3.6.2 應用程式介面 46 3.6.3 使用RESTful API之優點 47 3.7 本章小結 47 第四章 太陽光電系統發電預測之影響因素 49 4.1 前言 49 4.2 天氣預報模式 49 4.2.1 氣象預報簡介 49 4.2.2 天氣預報用詞 50 4.3 太陽光電系統發電之影響因素分析 51 4.4 天氣類型與太陽光電發電量 53 4.4.1 天氣類型與太陽光電發電量關係 53 4.4.2 太陽輻射照度的影響 53 4.4.3 溫度的影響 54 4.4.4 相對濕度的影響 55 4.4.5 風速的影響 56 4.4.6 大氣壓力的影響 57 4.5 本章小結 57 第五章 類神經網路於太陽光電發電預測 59 5.1 前言 59 5.2 人工神經網路 59 5.2.1 基本原理 59 5.2.2 神經網路架構與模型 60 5.2.3 神經網路種類 64 5.2.4 模型準確度之定義 72 5.3 應用類神經網路於發電預測 72 5.3.1 倒傳遞類神經網路訓練架構 73 5.3.2 分類模型 73 5.3.3 太陽光電系統發電預測方法 75 5.4 本章小結 80 第六章 太陽光電系統雲端監控平台 81 6.1 前言 81 6.2 整合系統之架構 81 6.3 IEC 61850協定轉換器系統建置 83 6.3.1 DNP 3 to IEC 61850通訊協定轉換 83 6.3.2 XMPP伺服器 85 6.3.3 IEC 61850伺服器建置 87 6.3.4 IEC 61850客戶端建置 88 6.3.5 DNP 3 to IEC 61850伺服器/XMPP客戶端之映射 89 6.4 太陽光電資訊管理及應用系統建置 90 6.4.1 CIM模型建置 90 6.4.2 EPM伺服器建置 92 6.4.3 RESTful API應用 92 6.4.4 太陽光電系統可視化介面 93 6.5 本章小結 97 第七章 範例系統與測試結果 99 7.1 前言 99 7.2 範例系統介紹 99 7.3 測試案例 104 7.3.1 案例一 104 7.3.2 案例二 116 7.4 結果討論與分析 126 7.5 本章小節 129 第八章 結論及未來研究方向 131 8.1 結論 131 8.2 未來研究方向 132 參考文獻 134 附錄A 預測日資訊 141

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    無法下載圖示 全文公開日期 2023/08/02 (校內網路)
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    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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