一、緒論 二、原理分析 三、需量預約服務控制系統設計 四 、 實地安裝測試 五、節能效益分析 六 、 結論與建議

1. 需量預約服務控制 大 綱 一、緒論 二、原理分析 三、需量預約服務控制系統設計 四、實地安裝測試 五、節能效益分析 六、結論與建議

2. 一、緒論 • 近年來，環保意識抬頭，影響了電廠建立與相關電力輸配設施的工程進度，於是電力系統備載容量隨著負載成長而日益下降，限電的陰影籠罩著每一用戶，在開源不易下，節約電能與提高電力使用效率已成為電力事業機構一重要課題。 • 需求面管理的目的在於以不同負載管理策略施行於不同類型的用戶，於電力系統尖峰時段，藉由直接負載控制方式抑制尖峰負載與轉移尖峰負載至離峰時段。 • 用戶服務自動化為電力研究所所積極推動的一負載控制與自動讀表計畫，其中需量預約服務負載控制策略及裝置微處理機控制的需量控制器，藉由經驗規則控制方式，由用戶自行選擇與排定負載控制排程進行用戶本身的需量控制，已有效降低用戶的尖峰負載，以及避免超約受罰。

3. 一、緒論(續) • 鑑於用戶自主性意識日益抬頭之際以及委由台電主控的週期性負載控制方式，因用戶受控設備更新，新設備增加等因素無法有效提高設備的受控率。此外，受限於現有需量控制器（尤其是進口）高價格，裝置受控線路等相關設備，需投資額外的工程費用，降低了用戶本身裝設需量控制器的意願。 • 根據台電用戶類型用電，其契約容量介於80kw以上的用戶有數十萬之多，且其尖載分配佔40%~50%，再者根據各類型用電統計資料，以商業機關低壓電力綜合用電的成長率較高，故有必要針對此一群體實施需量預約服務策略。 • 本研究擬應用16位元結合8位元微處理機與相關的硬體電路設計技巧，研製有線型的需量控制器原型，以作為用戶實施需量監視與負載卸載策略等需求面管理之參考。此外本研究應用Visual Basic 6.0與Access資料庫軟體撰寫用戶專用的電能管理分析程式[13,14]，此軟體功能包含了資料庫存取與維護介面、耗電資料下載程式、契約容量選定分析、負載特性分析與計算等，藉由親和性的人機介面用戶可定期（一～三個月）下載控制器的耗電資料以協助用戶進行簡易的電能管理。

4. 二、原理分析 • 需量預約服務控制依控制方式可分成兩種類型：第一類型由電力公司集中控制依電力公司本身的限電方案預先通知用戶擬卸載量，控制信號透過公共通信網路(如中華電信公司傳呼網路)傳送至用戶端的控制器執行卸載策略。 第二類型為用戶依需求自行設定的現場控制方式，用戶根據本身負載曲線變化趨勢選定目標需量控制值，配合預先設定的卸/復載優先順序執行需量控制功能，此類型需量控制方式較有彈性適合自主性高，受控負載變動性較大的用戶。

5. 二、原理分析(續) • 依據台電需量表的需量計算方式，其15分鐘的需量平均值的時間計算點在每小時的第0，15，30，與45分0秒，為確保需量控制的時序準確性，故以非及時儲存值作為與目標需量值進行比較的控制方法，其控制器時間儘量與台電需量表保持同步，以確保需量控制的效果。本研究為提高需量控制效果,並降低對時間同步的依賴,應用了即時實功平均值做為比較值,以隨時讀取的三分鐘平均值與目標需量值進行比對,決定採行卸載或復載的控制策略 。

6. 圖1 需量控制原理

7. 圖2 卸/復載策略示意圖

8. 圖3 需量預約服務控制系統架構圖

9. 三、需量預約服務控制系統設計 • 標準型需量預約服務控制器 • 電能管理分析軟體 • 電力線載波型需量預約服務控制器 • 無線型需量預約服務控制器

10. 圖4 標準型需量控制器硬體系統方塊圖

11. 標準型需量預約服務控制器軟體架構設計 • 需量控制器之軟體設計直接以組合語言撰寫，其功能包含了需量監控、卸載/後載控制、P，Q平均值計算與儲存、按鍵掃描與功能設定，以及資料顯示等程式的撰寫，除了89C51負責資料顯示功能外其餘功能皆由80196KC負責完成，由於80196KC內建ROM容量不足(只有16KB)故另擴充ROM記憶體28KB的容量。

12. 圖7 主程式需量控制流程圖

13. 標準型需量預約服務控制器外觀

14. 需量預約服務控制內視圖

15. 第一代（右）、第二代控制器(左)外觀尺吋之比較第一代（右）、第二代控制器(左)外觀尺吋之比較

16. 控制器系統電路組成方塊圖

17. 顯示板實體圖

18. 主機板實體圖

19. 按鍵板實體圖

20. I/O輸出板實體圖

21. 通訊協定 Stx+Machine_code+Command1+Data 1~Data 4+Etx+Xor 表4.9 資料格式定義 Total 9 bytes

22. PC端資料通訊流程圖

23. 附加即時連線軟體 係以Visual Basic程式撰寫，其中主要係可同步顯示控制器上之內容(日期、時間、目標需量、契約容量、現在需量、目前P值及各迴路動作指示燈等)，其含有之功能如下： • 連結鈕：啟動與控制器間連線，可即時取得控制器最 新資料更新於畫面上。 • P.Q值切換鈕:切換畫面顯示目前為實功P或虛功Q。 • 資料更新鈕：將控制器內儲存之資料上傳至PC之資料庫，使PC可分析最新用電情況；更新方式，可分為：（一）自動銜接上次更新日期止，（二）設定起始及終止日之期間更新方式及（三）選擇單日更新方式。 • 趨勢圖鈕：將儲存於PC內用電需量資料以曲折圖或長條圖方式來繪製負載曲線，可繪製以每15分鐘需量值為一筆之日負載曲線，及以每日最高需量值為一筆之月負載曲線；供用戶可根據自己之負載曲線加以調配負載運轉；以達最佳之運轉成本。 • 迴路名稱鈕：係設定迴路1至迴路16之受控負載地點及名稱，當設定完成後，若滑鼠移動至螢幕上之迴路1至迴路16時，則會自動顯示所設定之受控負載之地點及名稱，即可馬上得知受控負載狀況。 • 排程設定鈕：可分段設定目標需量，可達成依不同時段實施不同目標需量控制之目的。 • 密碼設定鈕：修改密碼 • 資料備份鈕：可將儲存之資料庫備用。

24. 需量預約服務控制器與PC連線示意圖

25. 四、電能管理分析軟體設計 • 資料庫設計與建立 • 通訊程式設計 • 最佳契約容量設計

26. 圖10 資料庫設計流程

27. 圖11 通信程式設計流程

28. 4.3 契約容量選擇分析 • 根據台電電價表規定，高壓電力用戶每月電費為基本電費與流動電費的總和，其中基本電費乃根據夏月（非夏月）經常契約容量＊夏月（非夏月）經常契約電價予以計算，但用戶尖峰負載隨著年年空調負載的增加而成長，尤其於夏月（６～９月）尖峰時段，用戶的尖峰負載（１５分鐘的平均值），往往超過契約容量，造成所謂的超約用電，其超出部分依各該不同供電季節，不同供電時間之適用電價，按下列標準計收基本電費。 1.在契約容量１０％以下部分按二倍計收基本電費。 2.超過契約容量１０％部分按三倍計收基本電費。

29. 一般高壓電力（11.4 KV與22.8KV受電）用戶經年累月疏於調整契約容量致使基本電費支出遽增（因超約用電而受罰），再者有的用戶雖有調整契約容量，但往往並未根據成本最佳概念選擇一最佳契約容量，Popt值使得整個年度的基本電費支出為最小。 • 圖12所示為最佳契約容量選擇示意圖，Pdc,Popt與Pi(t)分為高壓電力用戶的既設契約容量，最佳契約容量與每月的尖峰負載值，就既有Pdc契約容量而言，除1、2月不被罰款外，其餘月分皆因超約用電必須罰款，基本電費負擔沈重。就另一情形而言，用戶避免超約用電而增加契約容量設定，雖不致造成超約用電受罰，但亦須因較高的契約容量而增加基本電費的支出，圖中1、2、3、4與12月中斜線面積部分表示當月尖峰負載值小於契約容量時，因須需繳足契約容量值的基本電費所產生的成本損失，再者5,6,7,8,9,10月中的斜線面積部分表示，當月尖峰負載大於契約容量值，因超約用電而受罰的成本損失。故適當的選擇Popt值當可使斜線面積為最小，亦即損失成本為最小，此為最佳契約容量的立論基礎。

30. KW Peak Popt Pi(t) Pdc 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月 圖12 最佳契約容量選擇示意圖

31. 電力線載波型需量控制器 • 一套電力線載波型需量預約服務控制器，是由一台標準型需量控制器、一部信號轉換器（Gateway）和四部I/O Node所組成；每個I/O Node有2個輸入端點及2個輸出端點。其Gateway是連接標準型需量控制器的序列埠RS-232，與I/O Node之LonWorks網路變數作通信協定轉換，輸入I/O Node的運轉狀態至標準型需量控制器作處理，再由標準型需量控制器發送命令，下行至I/O Node作輸出控制運轉空調負載，控制信號以電力線載波信號形式由單向110Vac的電源線傳送至遠端之I/O控制器，如此一來可免除裝配控制線路的成本。

32. 圖13 電力線載波型Gateway硬體線路方塊圖

33. 圖14 電力線載波型I/O控制器硬體方塊圖

34. 圖15 電力線載波型需量控制流程

35. nvoDSM_data nviDSM_data nvoDSM_data nviDSM_data nvoDSM_data nviDSM_data nvoDSM_data nviDSM_data nvoDSM_data nviDSM_data Node 1 Node 2 Node 3 Node 4 Gateway 圖16 網路變數連接關係圖

36. 圖17 電力線載波型控制器實體圖

37. 六、無線電射頻型需量控制器設計 • 6.1 無線電射頻型硬體電路設計 • 與電力線載波型需量預約服務控制器一樣，一套無線電射頻型需量預約服務控制器，是由一台標準型需量控制器、一台信號轉換器（Gateway）和四台I/O Node所組成；控制信號以無線電射頻展頻式信號形式由S9SMX RF 收發模組經由天線傳送900 MHZ無線電波至遠端之I/O控制器，反之亦然，如此一來可免除裝配控制線路的成本。 • 此收發模組應用直序式展頻（direct sequence spread spectrum）技術以高斯最小移鍵（Gaussian Minimum Shift Keying, GMSK）調變解調技術傳送射頻信號，其數位通信頻寬介於902~928 MHz，資料傳輸速率為39KBPS，於此26 MHz 的頻寬中共規劃十個通道為避免與中華電信通信頻道相混使用（目前中華電信使用915 MHz 以下的通道）本計劃使用通道六至通道十即915.968 MHz ~924.16 MHz如此可避免干擾大哥大行動電話。其發射功率有兩位階供選擇，最高值為100 mW。

38. 圖18 無線電射頻型Gateway硬體線路方塊圖

39. 圖19 無線電射頻型I/O控制器硬體線路方塊圖

40. 圖20 無線電射頻型控制器實體圖

41. 無線電射頻型需量控制流程

42. 四、實地安裝測試 第一代第二代需量預約服務控制系統性能比較

43. 計劃安裝受測用戶一覽表

44. 台電系統安裝整體架構圖

45. 各迴路卸/ 復載動作次數統計表 註:(1)表中目標控制值大約固定設定在890KW (2)動作 1次的計算即包含一次的卸載及一次的復載動作 (3)表中也包含了調整目標控制值的多次測試實驗的數值

46. 每分鐘用電Peak值趨勢(KW) 十五分鐘最高需量趨勢 目標控制值(480KW) 495 492 490 執行卸載命令 488 執行卸載命令 485 480 479 479 KW 476 475 474 473 472 473 471 471 470 469 469 469 467 465 465 461 460 455 14:00 14:01 14:02 14:03 14:04 14:05 14:06 14:07 14:08 14:09 14:10 14:11 14:12 14:13 14:14 14:15 14:16 分鐘 控制器實體卸/復載控制圖

47. 電力線載波整體測試架構圖

48. 電力線載波安裝受測實體照片(冷氣負載端)

49. 電力線載波安裝受測實體照片(實際現場端)

50. 中華電信電力線測試單線圖