隨著近年來能源價格上漲與環保意識抬頭，世界各國近年來大力推行節能減碳政策，為了有效削減定量之溫室氣體，全球逐漸將產業由化石能源轉型成綠色能源，其中太陽能、風力發電等再生能源與智慧電網的發展勢必會成為重要的議題，而需量反應(Demand Response, DR)為智慧電網關鍵技術，本文應用無線射頻通訊技術於家庭管理上，搭配需量量測單元來監測用戶之即時用電資訊，而電力公司會預測出某時段可能會造成缺電現象，透過誘因與獎勵的方式，引導用戶端改變其用電習慣，降低電力公司的尖峰負載之用電量，以增加系統之可靠度。

因此本文應用無線射頻通訊模組、需量量測單元、負載控制單元、等硬體電路整合出需量反應負載監控系統，搭配需量反應控制策略並結合電腦及通訊網路之遠端控制設備，以智慧型電表作為切入點，利用無線射頻通訊技術作為主控端電腦與負載端之通訊媒介，可同時量測三組家用負載之用電資訊，並將量測結果透過無線傳輸技術傳送至主控端電腦上，達到遠端電腦即時了解用戶端用電之資訊，最後由電腦端下達控制指令進行需量反應控制負載動作，有效抑低系統之用電量與節省電費開銷之節能效益。

With increases in energy prices and rise in environmental awareness in recent years, countries worldwide have vigorously promoted energy conservation and carbon reduction. To effectively reduce greenhouse gas emissions, energy sectors around the world have gradually shifted from the use of fossil fuels to green energy sources. The development of renewable energy (e.g., solar energy, wind power generation) and smart grids are poised to become crucial topics, while demand response (DR) is a key technology to smart grids. This study applied radio frequency (RF) communication module to family management, coupled with demand measuring units to monitor the real-time power usage data of consumers. Electric power companies may forecast that shortfalls may occur during specific times. Accordingly, through incentives, users can be guided to change their power consumption habits to lower power companies’ peak load demanded, thereby enhancing their system reliability.

Based on these assertions, this study applied and integrated a RF communication module, a demand measurement unit, a load control unit, and other hardware circuits to develop a DR load monitoring system. With the demand response control strategy and combined with the computer and communications network remote control equipment to smart meter as a starting point, the use of radio frequency communication technology as the host computer and the load side of the communication medium, which can measure three groups of home Load the electricity information, and the measurement results through the wireless transmission technology to the host computer to achieve the remote computer to immediately understand the client side of the information, and issued by the computer control instructions to respond to the demand control load action, effectively reduce the system power consumption and cost savings of energy efficiency.

論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
目錄 vi
圖目錄 viii
表目錄 xi
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 論文概要 4
第二章 需量反應控制機制現況 5
2.1 前言 5
2.2 需量反應控制機制 6
2.3 需量反應效益探討 10
2.4 國內外需量反應執行情形 12
第三章 射頻無線通訊技術 19
3.1 前言 19
3.2 無線技術介紹 21
3.3 2.4GHz網路技術原理分析 23
3.4 2.4GHz封閉協議通訊技術 26
第四章 智慧能源管理系統設計 28
4.1 前言 28
4.2 智慧型需量量測單元 29
4.3 無線通訊單元與協定 36
4.3.1 Modbus通訊協定 37
4.3.2 RF通訊架構 44
4.4 負載控制單元 49
4.5 含需量反應功能之電能監控模組 51
4.6 電能監控系統軟體開發 55
第五章 節能管理實測結果 60
5.1 需量反應實測結果分析 60
5.2 結合需量反應之負載管理 63
第六章 結論及未來研究方向 69
6.1 結論 69
6.2 未來研究方向 70
參考文獻 71

[1] 經濟部能源局，能源報導，“極端氣候一一氣候變遷的美麗與哀愁”，2016年2月。
[2] 台灣智慧型電網產業協會，認識智慧型電網， http://www.smart-grid.org.tw/content/smart_grid/smart_grid.aspx。
[3] 李易霖，“支援需量反應功能之多回路集合電表設計”，碩士論文，國立中山大學，民國103年6月。
[4] 財團法人台灣綠色生產力基金會編印，電能管理需量控制器Q&A節能技術手冊，台北：廣宣出版品，2015，第1-83頁
[5] M. H. Albadi, E. F. El- Saadany, ”Demand response in electricity market: An overview”, Proc. IEEE Power Engineering Society General Meeting, June 2007.
[6] 吳家勇，“配合需量反應之智慧型數位單相電表規劃與設計”，碩士論文，國立高雄應用科技大學，民國100年7月。
[7] 康晉承，“支援智慧型需量反應之數位電表規劃與設計”，碩士論文，國立中山大學，民國100年7月。
[8] 台灣電力公司業務處，“需量反應負載管理措施”，台灣電力股份有限公司，民國106年1月。
[9] 張景淳，“美國電力需量反應實施成效調查”，工業技術研究院綠能與環境研究所，民國102年3月。
[10] Federal Energy Regulatory Commission, "Assessment of Demand Response and Advanced Metering Staff Report", December 2012.
[11] 科技新報，“解析通訊技術：”3G、4G、5G背後的科學意義(上)”， http://technews.tw/2015/10/06/3g、4g、5g-meaning/
 
[12] Digitimes，“無線射頻寬頻序號量測技術與認證趨勢”， http://www.digitimes.com.tw/tw/dt/n/shwnws.asp?cnlid=13&packageid=8796&id=0000393318_SPZ4VA990GG31J977XOTM
[13] 陳柏文，“智慧電網通訊閘道器設計及應用”，碩士論文，國立中山大學，民國105年7月。
[14] 顏春煌，“行動與無線通訊第五版”，碁峰資訊股份有限公司，2016年1月。
[15] Ryan Winfield Wooding，“避免2.4GHz ISM 頻段各種類型無線設備干擾的技術”，民國94年4月。
[16] 曾百由，“微處理器原理與應用”，五南圖書出版股份有限公司，2006年10月。
[17] Modicon Inc., “Modicon Modbus Protocol Reference Guide”, June 1996.。
[18] 劉坤，“單晶片數據通訊入門與應用”，上奇資訊股份有限公司，2012年3月。
[19] 林科亦，“整合需量反應之智慧型數位電表設計”，碩士論文，國立中山大學，民國99年8月。
[20] “ADE7763 Data Sheet”，Analog Devices Inc，February 2017
[21] 黃詩文，“太陽光發電系統監控裝置之研發”，碩士論文，國立澎湖科技大學，民國104年6月。
[22] 壹讀，SPI通訊協議，https://read01.com/zn3Je4.html
[23] “BT4.1 Module (Nordic nRF51822)”，勁達國際電子有限公司，2017年1月
[24] Allen J. Wood , “POWER GENERATION OPERATION AND CONTROL” , 1996
[25] 秦邦浩，“Visual Basic 2010輕鬆學習”，上奇資訊股份有限公司，2012年6月
[26] 行政院環保署，“國際合作”，http://www.epa.gov.tw/ct.asp?xItem=9967&ctNode=31353&mp=epa
[27] 李世光，“新能源政策”，經濟部能源局，民國105年5月
[28] 劉柏賢，“高滲透再生能源併網對智慧電網之影響”，碩士論文，義守大學，民國104年7月
 
[29] 鄧人豪，盧展南，“先進讀表基礎建設在配電系統運轉的加值功能”，台電工程月刊第777期，2013年5月
[30] 台灣電力公司，“什麼是「需量反應」? ”， http://www.taipower.com.tw/content/faq/faq01-in.aspx?sid=171
[31] 吳再益，吳秀婉，陳玫如，張建隆，林唐裕，“電力市場自由下需量反應制度之可行性研究”，台灣綜合研究院，民國93年6月