本論文提出配電變壓器管理系統，發展智慧變壓器端末單元(Intelligent Transformer Terminal Unit, ITTU)應用於配電變壓器運轉狀態之監測與供電量收集，並可將變壓器過載及可能竊電之異常狀態，作即時回報以避免變壓器燒毀及防止竊電損失。
論文中所設計之變壓器端末單元包含電源供應電路單元、溫度量測單元、電能量測單元、資料處理單元與通訊模組。藉由量測變壓器之用電及油溫等資料，透過電力線載波或ZigBee等有線及無線通訊方式傳回資料至主站進行即時監控，另外應用嵌入式系統，設計變壓器監控系統，整合先進抄表基礎設施(Advanced Metering Infrastructure, AMI)系統的資料收集器所收集之用戶售電與變壓器端末單元所計算之變壓器供電量進行比對，可偵測用戶是否有竊電之行為發生。此外，在變壓器發生過載時，透過需量反應機制，可依照使用者所設定之負載類型進行卸載。另外變壓器管理系統在執行變壓器異常運轉資料回傳後，其主站系統亦可將該具變壓器連同其運轉資料，即時顯示於自動地理圖資系統。
另外本論文亦針對配電變壓器供電用戶之負載特性進行分析，推導出配電變壓器日負載模型，並配合各類型用戶之溫度敏感度，可以有效推估出夏季氣溫上升與配電變壓器負載量之關係，進一步預測變壓器日負載曲線，並可能發生過載之時段進行需量反應控制以降低變壓器之負載量。另藉由商業與住宅類型用戶之日負載模型，探討住宅與商業類型用戶之負載分配對變壓器使用效率之影響，進而達到最佳化負載分配以提高變壓器之使用效率。

This thesis proposes the Transformer Management System(TMS) by developing the Intelligent Transformer Terminal Unit (iTTU) to perform the function of real time monitoring of transformer operation condition. For the abnormal operation conditions of a transformer such as overloading or customer electricity tampering, the system will report the transformer abnormal condition to the control station.
In this thesis, the iTTU is designed by integration of power supply, sampling circuit of temperature measurement, computing processor for power consumption calculation and communication module. The iTTU measures the power delivery and oil temperature. The data of power delivery and oil temperature are then transmitted back to the TMS marter station by either the wired communication of power line carrier (PLC) or the wireless communication of ZigBee. The embedded system is also designed to retrieve the customer power consumption, which is stored in the Data Collection Unit (DCU) of AMI system. By comparing the electricity delivered by a transformer and the electricity consumed by all customers served by a transformer, the iTTU can detect the electricity tampering. In addition, when overloading occurs, demand response function can be activated by iTTU to perform the customer load shedding to solve the transformer overloading problem. After iTTU report the warning message back to the TMS marter station. The abnormal operation condition of a transformer can therefore be displayed on the automated mapping system to show the geographic location of transformer with the warning message.
This thesis also analyzes the load characteristics of distribution transformers and by deriving its load patterns according to the customer monthly energy consumption. With the temperature sensitivity of various types of customers served by a transformer, the peak loading of a transformer can therefore be estimated. In case the potential overloading problem, the demand response strategy can be derived for the direct control of customer loads. With the imformation of transformer power delivery, the connectivity of transformers and the customers served can be adjusted to enhance the operation efficiency of transformers.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 vi
圖次 ix
表次 xii
第一章 緒論 1
1.1研究背景與動機 1
1.2研究方法與步驟 2
1.3論文章節概要 4
第二章 配電變壓器負載特性 6
2.1前言 6
2.2配電變壓器負載模型 6
2.2.1用戶標準化日負載模型 7
2.2.2變壓器日負載組成之推導 12
2.2.3變壓器個別小時負載推估 12
2.3溫度敏感度分析 13
2.4配電變壓器過載推估 16
2.4.1配電變壓器日負載模型 17
2.4.2配電變壓器負載之溫度敏感度分析 21
2.5配電變壓器損失分析 23
第三章 配電變壓器住商負載分配 26
3.1前言 26
3.2配電變壓器效率分析 26
3.3 配電變壓器住商負載分配最佳化分析 28
3.3.1調整前之配電變壓器效率分析 31
3.3.2最佳化之配電變壓器效率分析 34
第四章 智能化配電變壓器管理系統 43
4.1前言 43
4.2智能化配電變壓器 43
4.3變壓器端末單元設計 45
4.3.1溫度取樣單元 46
4.3.2電能量測單元 47
4.3.3資料處理單元 54
4.3.4電源供應單元 55
4.3.5資料傳輸 57
4.4 變壓器端末單元之硬體整合 63
第五章 變壓器負載管理分析 65
5.1前言 65
5.2智能化變壓器監控系統 65
5.2.1嵌入式監控系統 66
5.2.2定時監控機制 67
5.2.3即時讀取機制 69
5.2.4需量反應機制 70
5.3變壓器負載管理 78
第六章 結論與未來研究方向 83
6.1結論 83
6.2未來研究方向 84
參考文獻 85

[1] 林健民，陳俊瑜 「以本質較安全設計探討浸油式變壓器危害預防」， 勞工安全衛生研究季刊，1997年12月。
[2] 辜德典，「支援智慧電網需量反應之變壓器管理系統」，國立中山大學博士論文，2012年7月。
[3] 陳文平，「台電系統負載特性及溫度敏感度分析」，國立中山大學碩士論文，2000年7月。
[4] 「區域負載密度負載參差率調查研究」，台灣電力公司，2007年6月。
[5] 康渼松，台電負載特性之研究及對其電力系統運轉之影響，國立中山大學博士論文，民國90年6月。
[6] 黃昭弼，「變壓器端末單元之設計與變壓器負載管理之應用」，國立中山大學碩士論文，2012年6月。
[7] 康晉承，「支援智慧型需量反應之數位電表規劃與設計」，國立中山大學碩士論文，2011年6月。
[8] ADE7754 datasheet
[9] 「電力線載波應用於用戶與變壓器關聯活現測定之研究」，台灣電力公司， 完成報告，中華民國96年5月。
[10] 宋進壽，「整理需量反應之電能管理設計」，國立中山大學碩士論文，2009年6月。
[11] 欒尚文，「整合RFID 及ZigBee 網路於小型電錶與事故記錄器之研發」，義守大學碩士論文，2008年6月。
[12] 「XBee™ Series 2 OEM RF Modules」Data Sheet.
[13] 林科亦，「整合需量反應之智慧型數位電表設計」，國立中山大學碩士論文， 2010年8月。
[14] 楊正光，「電能管理與需量監控」，台灣綜合研究所，2007年5月。
[15] 吳再益，吳秀婉，陳玟如，張建隆，林唐裕，「電力市場自由化下需量反應制度之可行性研究」，台灣電力公司，2007年5月。
[16] 「電能管理需量控制器Q&A節能技術手冊」，經濟部能源局指導，財團法人台灣綠色能生產力基金會編印。
[17] 台灣電力公司，單相桿上變壓器，台灣電力公司材料標準，民國93年。
[18] 台灣電力公司，亭置式變壓器，台灣電力公司材料標準，民國100年。
[19] 台灣電力公司，http://www.taipower.com.tw/。
[20] 「台電系統饋線負載特性調查研究計畫」，台灣電力公司，2004年6月。
[21] 洪榮泰、柯賢儒，「嵌入式Linux C語言程式設計實務」，全華圖書股份有限公司，2009年11月。
[22] 「電力線載波應用於用戶與變壓器關聯活現測定之研究」，台灣電力公司，2007年5月。
[23] 張建隆、魏博英，「台灣電力需量反應規劃與實施之研究」，北台學報第28期，2005年。
[24] 張榮芳，「電力用戶負載歸類及整合」，國立中山大學碩士論文，2002年6月。