隨著國內經濟成長與產業升級，人民生活水準提昇，對電力可靠度需求日益增加，提供穩定不中斷的電力服務為其首要目標。配電系統為電網之下游端，易因外界環境因素造成電力中斷，勢必提升其供電可靠度，因此應用通訊技術與自動化系統整合於配電室設備之管理是不可或缺的。
本文整合電力線載波晶片、網路晶片、信號耦合電路、濾波及信號放大電路等各單元硬體電路，研製出電力線載波通訊轉換器；此外，本文亦針對不同場域環境下進行通訊測試，以了解不同類型負載對載波訊號所造成的干擾，並測試不同環境下電力線載波之通訊效能。最後，應用電力線載波通訊技術於分歧線自動化，透過結合電腦資訊及通訊網路之遠端控制設備，建構一套完整的「分歧線自動化系統 」。當配電系統發生故障時，經由主控端透過電腦發送指令，以既有電力線載波作為其通訊媒介，藉由雙向通訊功能可將饋線上之即時資訊回傳到控制主站，即可快速定位並推導出最佳開關操作策略，以隔離故障並完成非故障停電區域之復電，大幅縮短停電時間，以驗證電力線載波通訊之實用性與價值。

As time goes by economic growth and industry upgrades, the demand for power load has increased steadily. For distribution system, it is important not only to consider about demand but also to improve reliability of electricity supply. Therefore, applied for the communication technology and automation system to support asset management of distribution system is indispensable.
This thesis develops a communication module by integration of power line carrier(PLC) chip with various hardware circuits such as signal coupling and amplifier circuits, filter and ethernet chip. Besides, the different field test of the communication is executed to verify the communication performance and to identify the interference existed on the power line. Finally, the communication module is applied for the distribution system which has to be integrated with computer information and communication network for remotely monitoring equipment. In other words, a lateral automatic distribution feeder system should establishment. Through sending the command from central station when system failure occurs, the information of feeder can also be collected and transmitted back to the control station via communication with the PLC/Ethernet communication module. That would be speed up the locating and isolating of faults, quickly restore power for non-faulty areas but with power outrage. This way, power outage time can be significantly reduced. Therefore, the communication performance of PLC can be verified in this study.

論文審定書 i
致謝 ii
摘要 iv
Abstract v
目錄 vii
圖次 x
表次 xiii
第一章 緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目標與步驟 2
1.3 論文章節概要 4
第二章 智慧電網概述 5
2.1 國際智慧電網發展現況 5
2.2 智慧電網架構與應用 12
2.2.1 先進配電自動化 13
2.2.2 自動讀表基礎建設 14
2.2.3 智慧家庭電能管理系統 17
2.2.4 微電網 19
第三章 電力線載波通訊技術 21
3.1 電力線載波發展現況 21
3.2 電力線載波信號特性 22
3.3 通訊調變技術 23
3.3.1 頻率調變技術 24
3.3.2 相位調變技術 25
3.3.3 振幅調變技術 26
3.3.4 振幅相位調變技術 27
3.3.5 正交分頻多工技術 29
3.4 電力線載波國際規範 32
3.4.1 電磁輻射相關規範 32
3.4.2 頻段規範 40
第四章 整合電力線載波與網路晶片之通訊轉換器設計 41
4.1 電力線載波通訊單元 42
4.1.1 信號耦合電路 43
4.1.2 信號濾波電路 44
4.1.3 信號驅動電路 45
4.2 網路通訊單元 48
4.2.1 暫態突波抑制單元 48
4.2.2 記憶體單元 50
4.2.3 網路通訊晶片單元 54
第五章 NPLC通訊效能實測與分歧線自動化之應用 59
5.1 先進配電自動化系統場域實測分析 59
5.1.1 ADAS示範場域測試架構 59
5.1.2 ADAS示範場域量測分析 62
5.2 台電天母地區配電室實測分析 65
5.2.1 台電天母地區配電室場域測試架構 66
5.2.2 台電天母地區配電室場域量測分析 67
5.3 NPLC於分歧線自動化之應用 69
第六章 結論與未來研究方向 77
6.1 結論 77
6.2 未來研究方向 78
參考文獻 79

[1] 施宇承，“全球智慧電網發展策略與現況”，光連雙月刊No.97，中華民國101年1月。
[2] 經濟部能源局，“赴日本進行智慧電網技術與智慧電網示範驗證計畫研習出國報告” ，中華民國102年1月。
[3] 智慧電網教育宣導與人才培育計畫，http://know-sg.sid.iii.org.tw/about/k6。
[4] 台灣區電機電子工業同業公會，http://www.teema.org.tw/。
[5] 國家發展委員會，“智慧電網總體規劃方案 (核定本)”， 中華民國101年8月。
[6] 拓墣產業研究所，中華民國100年12月。
[7] 韓國知識經濟部(中華民國101年6月)；工研院IEK整理(中華民國102年4月) 。
[8] 台灣智慧型電網產業協會，http://www.smart-grid.org.tw/。
[9] F. Katiraei and M.R. Iravani, “Power management strategies for a microgrid with multiple distributed generation units,” IEEE Trans. on Power Systems, Vol.21, No. 4, pp. 1821-1831, Nov. 2006.
[10] 南台科技大學，“智慧型微電網與電力管理技術發展”。
[11] 工業技術研究院，https://www.itri.org.tw/chi/。
[12] 台灣電力公司，http://www.taipower.com.tw/。
[13] 台灣電力公司，“擴大配電規劃需求功能整合應用研究” ，完成報告，中華民國101年9月。
[14] 徐偉誠，“電力線載波通訊技術於智慧電網之應用” ，碩士論文，國立中山大學，中華民國103年6月。
[15] 古亞薇，“日本智慧家庭實證計畫與相關聯盟發展現況分析” ， MIC研究報告，中華民國99年5月。
[16] 李育昇，“智慧家庭走進你我生活” ，玉山投顧，中華民國103年9月。
[17] 台電工程月刊，第713期，中華民國97年1月。
[18] 台灣電力公司，“電力線載波應用於用戶與變壓器關聯活現測定之研究”，完成報告，中華民國96年5月。
[19] 陳建濱，“應用電力線載波技術於智慧電網需量反應與設備管理”，碩士論文，國立中山大學，中華民國101年6月。
[20] 蒲冠志、林俊良，“電力線通訊(PLC)系統工程系列專刊(三) ─ 電力線通訊系統”，中華民國97年4月。
[21] 沈保宏，“具電力線通訊技術之液位控制器研製” ，碩士論文，國立台北科技大學，中華民國98年7月。
[22] 陳中平、謝旻翰，“電力線通訊系統” ，台大電機系，中華民國102年3月。
[23] OFweek中國高科技行業門戶，“探究現代數字調製技術” ，中華民國101年4月。
[24] 辜德典，“支援智慧電網需量反應之變壓器管理系統”，博士論文，國立中山大學，中華民國101年7月。
[25] Richard van Nee, Ramjee Prasad, OFDM wireless multimedia communication, Artech House Boston London, 2000.
[26] L. Hanzo, W. Webb and T. Keller, Single and multi-carrier quadrature amplitude modulation - Principles and applications for personal communications, WLANs and broadcasting, John Wiley & Sons, Ltd, 2000.
[27] Zou, W.Y. and Yiyan Wu, “COFDM: An overview,” IEEE Trans. on Broadcasting, vol. 41, no. 1, pp. 1–8, Mar. 1995.
[28] 李秉恒，電力線通訊(PLC)訊號測試面面觀，資策會智慧網通系統研究，中華民國102年11月。
[29] 游景鈺，濾波技術簡介，元智大學，中華民國92年1月。
[30] 陳明周，主動式濾波器簡介，元智大學，中華民國91年9月。
[31] 林錫寬，I²C串列傳輸的技巧論述，e科技雜誌，中華民國93年7月。
[32] PCF8563 Data Sheet，NXP Semiconductors，April. 2012.
[33] 廖凱彬，“兩足機器人之研製” ，碩士論文，國立雲林科技大學，中華民國98年6月。
[34] 林義峰，“配電饋線自動化故障偵測隔離及復電程序之研究” ，碩士論文，國立高雄應用科技大學，中華民國102年1月。
[35] APSK (Digital Demod)，http://wireless.agilent.com/wireless/helpfiles/89600B/WebHelp/subsystems/digdemod/content/dlg_digdemod_fmt_apsk.htm.
[36] 汪順，“OFDM系統時間同步之研究”，碩士論文，中原大學，中華民國95年9月。
[37] "EnVerv Message Interface Protocol Revision 1.7 ", EnVerv, Nov 2012.
[38] Hendrik C. Ferreira, Lutz Lampe, John Newbury, Theo G. Swart, “Power Line Communications: Theory and Applications for Narrowband and Broadband Communications over Power Lines”, John Wiley & Sons, 2010.
[39] C.S.Chen, J.C.Hwang, Y.M.Tseng, C.W.Huang, M.Y.Cho “Determination of Customer Load Characteristics by Load Survey System at Taipower”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol.11, No.3, p1430-1435, July 1996
[40] C.S.Chen, M.S. Kang, J.C. Hwang, C.W. Huang, “Temperature effect to distribution system load profiles and feeder losses ”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 16, No. 4, pp. 916 –921, Nov. 2001.
[41] Jung-Che Tsai, “Broadcasting Control of Intelligent Air Conditioners using Power Line Carrier Technology”, Published Master Dissertation, National Sun Yat-sen University, June 2013.
[42] Dong-Sun Kim, Seung-Yerl Lee, Kyu-Yeul Wang, Jong-Chan Choi, Duck-Jin Chung, “A Power Line Communication Modem Based on Adaptively Received Signal Detection for Networked Home Appliances”, IEEE Trans. on Consumer Electronics, Vol. 53, No. 3, pp. 864 - 870, Aug. 2007.
[43] Giovanni Artale, Antonio Cataliotti, Valentina Cosentino, Dario Di Cara, Riccardo Fiorelli, Pierluca Russotto, and Giovanni Tine, “Medium Voltage Smart Grid: Experimental Analysis of Secondary Substation Narrow Band Power Line Communication”, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, Vol. 62, No. 9, pp. 2391 - 2398, Sept. 2013.
[44] H. S. V. S. Kumar Nunna, and Suryanarayana Doolla, “Demand Response in Smart Distribution System With Multiple Microgrids”, IEEE Trans. on Smart Grid, Vol. 3, No. 4, pp. 1641 - 1649, Dec. 2012.
[45] Cynthujah Vivekananthan, Yateendra Mishra, Gerard Ledwich, and Fangxing Li, “Demand Response for Residential Appliances via Customer Reward Scheme”, IEEE Trans. on Smart Grid, Vol. 5, No. 2, pp. 809 - 820, March 2014.
[46] Yusuf Ozturk, Datchanamoorthy Senthilkumar, Sunil Kumar, and Gordon Lee, “An Intelligent Home Energy Management System to Improve Demand Response”, IEEE Trans. on Smart Grid, Vol. 4, No. 2, pp. 694 - 701, June 2013.
[47] Hwang, J.C., “Assessment of air condition load management by load survey in Taipower”, IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 16, No. 4, pp. 910- 915, Nov 2001.
[48] Thomae, 1.H., Laaspere, T., Blue, R.F., Miller, M.H., Gulachenski, E.M., Levitsky, F.J., Collins, C.J., “Residential Load-Survey and Analysis System”, IEEE Trans. on Power Apparatus and Systems, Vol. PAS-100, No. 5, pp. 2602 - 2609, May 1981.
[49] Huan Yang, Shengqing Tang, Zheng Zeng, Xuemei He, Rongxiang Zhao, Kuroda, M., “Demand response of inverter air conditioners and applications in distribution system voltage stability enhancement”, International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS), pp. 954 - 959, Oct. 2013.
[50] Tomiyama, K., Daniel, J.P., Ihara, S., “Modeling air conditioner load for power system studies”, IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 13, No. 2, pp. 414 - 421, May 1998.
[51] Newbury, J., Miller, W., “Multiprotocol routing for automatic remote meter reading using power line carrier systems”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 16, No. 1, pp. 1-5, Jan 2001.
[52] Jun Zhang, Meng, J., “Noise Resistant OFDM for Power-Line Communication Systems”, IEEE Trans. on Power Delivery, Vol. 25, No. 2, pp. 693 - 701, April 2010.
[53] “Smart Energy Profile 2.0 Public Application Protocol Specification”, ZigBee Alliance, Inc. and HomePlug Powerline Alliance, Inc., Nov 2011.