TW201510910A

TW201510910A - 需量反應事件系統以及其溝通方法

Info

Publication number: TW201510910A
Application number: TW102132592A
Authority: TW
Inventors: Chiung-Chou Liao; Hong-Tzer Yang; Men-Shen Tsai
Original assignee: Univ Chien Hsin Sci & Tech
Priority date: 2013-09-10
Filing date: 2013-09-10
Publication date: 2015-03-16

Abstract

一種需量反應事件系統，以網際網路連接需量反應自動化伺服器以及先進讀表基礎建設，其中，該先進讀表基礎建設主動詢問需量反應事件系統的需量反應自動化伺服器的需量反應事件需求，並且傳送因應需量反應事件需求而產生需相互溝通的方法。

Description

需量反應事件系統以及其溝通方法

本案是關於需量反應事件系統的技術領域，特別是關於透過先進讀表基礎建設(AMI架構)，傳遞需量反應事件的技術領域。

需量反應(Demand Response,DR)為電業自由化後電力需求面管理重要措施之一，美國能源部需量反應的定義為「終端電力用戶為反應時間變動電價，從正常的用電型態中改變用電量；或是批發市場電價飆漲時或系統供電可靠受到威脅時，提高支付金額，以誘導用戶降低電力的使用」。

DR發展過程之演進，一開始為手動式DR，即人員透過E-mail、Phone或是Pager方式收到需量反應事件(DR Event)後，利用人工方式控制設備，進行需量卸載。接著為半自動式DR，即透過建構卸載系統，當人員收到DR Event後，直接利用系統卸載裝置進行卸載。全自動式DR則是當設備接收到DR Event後，會依據使用者事先定義的DR控制策略，自動進行需量卸載，達到目前全自動需量反應(Auto-DR)的功能。

OpenADR(Open Automated Demand Response)提供一個需量反應介面的開放標準，讓電力公司能直接透過共通的語言及網路通訊(如網際網路)來與現有電力用戶進行需量反應訊號的通訊。Open ADR資訊傳輸流程如下：1.電力公司定義一則需量反應事件與價格訊號並傳給需量反應自動化伺服器(Demand Response Automation Server,DRAS)；2.需量反應事件與價格服務發佈於DRAS；3.DRAS用戶端(如Client and Logic with Integrated Relay(CLIR)與DRAS Web Service(WS))，固定間隔時間向DRAS取回最新事件；4.能源管理與控制系統(EMCS,Energy Management and Controls Systems)根據預設之需量反應策略進行反應；5.EMCS基於需量事件與策略，完成需量反應事件的發布。

然而，建構Auto-DR的主要瓶頸為：在自動化需量反應下，客戶對於如何操作設施以減少電力成本的知識有限；缺乏自動化需量反應的系統；以及不同的能源設備所使用系統、資料格式與介面不盡相同，Utility/ISO也沒辦法針對每一個系統提供客制的需量訊號，導致無法建構Auto-DR。

智慧能源規範(Smart Energy Profile 2.0(SEP 2.0))標準則是一種公共應用規範，在計量和家庭區域網等智慧電網應用中使用。SEP支持的設備類型包括能源服務接口(ESI)、計量設備、家庭能源顯示器(IHD)、可編程通信型溫控器(PCT)、負載控制設備等。

目前國際間已透過AMI架構將智慧電表的電能資訊，傳輸至電力公司的資訊管理系統(MDMS)，讓智慧電網(Smart Grid)的監控與管理可更為精進，從而為未來推動時間電價(Time-of-use,TOU)、即時電價(RTP)等新的費率計算方式奠定重要基礎。

台灣正積極推動先進讀表系統(AMI)的佈建計畫，資策會網多所藉由將智慧電表結合資通訊系統，已建立國內首套可智慧監控電力用量的MDMS管理平台，具備負載管理、遠端控制、電力調度與預付儲值等功能，然目前尚未對經先進讀表基礎建設對自動需量反應事件的傳遞定義其架構與方法。此外，由於先進讀表基礎建設目前是台電正在佈建之計畫，今年底前會佈建1萬戶，明年底前會在佈建10萬戶，國際間目前實施需量反應事件之發佈是使用網際網路，但如家庭中無網際網路設備時，則無法實行需量反應事件的傳遞。

依據上述，本案提供一種需量反應事件系統以及其溝通方法，其得以透過現有之先進讀表基礎建設(AMI)或網際網路系統，只需在AMI之硬體中增加符合OpenARD規範的軟體程式，即可發佈需量反應事件至家庭或/及建築能源管理系統，家庭或/及建築能源管理系統則根據用戶端的使用行為及用電特性，人工或自動設定是否接受此次的需量反應事件，以進行節能或節費的優化用電調控。

其次，本案提供一種需量反應事件系統以及其溝通方法，透過現有已構建之先進讀表基礎建設(AMI)系統，來實現需量反應事件之傳輸，解決家庭或/及建築中無網際網路設備時，依然可透過先進讀表基礎建設既有之架構來實現需量反應事件的發佈，降低實現需量反應事件之成本。

又，本案提供一種需量反應事件系統以及其溝通方法，其可透過網際網路及先進讀表基礎建設架構來實現需量反應事件之傳遞，提高需量反應事件之可靠度。本案利用現有之先進讀表基礎建設架構，設計一套方式或技術來實現需量反應事件之系統。

依據上述，本案提出一種需量反應事件系統，包括：一需量反應自動化伺服器，其接收並傳送一需量反應事件需求；以及一先進讀表基礎建設，其包括一頭端設備、數據集中器或數據集中單元以及一智慧電表，其中，透過以網際網路通訊協定標準技術的網際網路，該頭端設備自該需量反應自動化伺服器接收該需量反應事件需求，以及經數據集中器或數據集中單元傳送該智慧電表傳送因應該需量反應事件需求的一回覆。

較佳地，該先進讀表基礎建設更包括以一有線或無線監測網路監測該智慧電表的該回覆的該數據集中單元，該數據集中單元透過該有線或無線監測網路監測該智慧電表的一用電量以及一用電時間，並將該用電量以及該用電時間經頭端設備傳回至電力公司電力監控平台(meter data management system,MDMS)；以及該有線或無線監測網路包括IEEE 802.15.4/ZigBee無線監測技術網路或電力線通訊技術網路。

較佳地，更包括一家庭或/及建築能源管理系統，該家庭或/及建築能源管理系統透過該網際網路與該需量反應自動化伺服器通訊，並透過該有線或無線監測網路接收該用電量以及該用電時間，以及發出該回覆給該智慧電表。

較佳地，該回覆包括決定參與該需量反應事件需求的訊息。

較佳地，更包括一家庭或/及建築能源管理系統，該家庭或/及建築能源管理系統透過該網際網路與該需量反應自動化伺服器通訊，以及發出包括決定參與該需量反應事件需求的訊息的該回覆。

依據上述，一種需量反應事件的溝通方法，包括：提供一需量反應自動化伺服器的一需量事件需求；提供一家庭或/及建築能源管理系統的一回覆，該回覆包括依據OpenADR標準，決定參與該需量反應事件需求的訊息等；以及提供一先進讀表基礎建設，其透過網際網路接收與傳送該需量事件需求，以及透過該網際網路傳送該回覆至該需量反應自動化伺服器。

較佳地，該先進讀表基礎建設更包括透過該網際網路傳送詢問該需量事件需求的訊息給該需量反應自動化伺服器。

較佳地，更包括以電力線通訊或IEEE 802.15.4/ZigBee無線通訊連接該先進讀表基礎建設的一智慧電表與該家庭或/及建築能源管理系統，以及以該電力線通訊或IEEE 802.15.4/ZigBee無線通訊連接該先進讀表基礎建設的一數據集中單元。

較佳地，透過該電力線通訊或IEEE 802.15.4/ZigBee無線通訊，該智慧電表傳送一用電量以及一用電時間給該數據集中單元。

較佳地，該需量事件需求以及該回覆皆符合OpenADR標準。

較佳地，該需量反應自動化伺服器的該需量事件需求更包括透過該網際網路，由該需量反應自動化伺服器傳送給該家庭或/及建築能源管理系統，並且該回覆由該家庭或/及建築能源管理系統傳遞給該需量反應自動化伺服器。

為了能進一步了解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明的詳細說明及附圖。本發明的目的、特徵或特點，當可由此得到一深入且具體的瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用以對本發明加以限制者。

5‧‧‧電力公司

15‧‧‧電力線或無線通訊

10‧‧‧需量反應自動化伺服器

12‧‧‧網際網路

2‧‧‧先進讀表基礎建設

20‧‧‧智慧電表

22‧‧‧數據集中器或數據集中單元

222‧‧‧記憶模組

224‧‧‧備用電力模組

226‧‧‧通訊模組

227‧‧‧監測網路

24‧‧‧頭端設備

242‧‧‧連接模組

244‧‧‧指示模組

246‧‧‧通訊模組

30‧‧‧家庭或/及建築能源管理系統

41,43,45,47,49,51‧‧‧步驟

圖1為一方塊示意圖，說明本案之一實施例的先進讀表基礎建設以及需量反應事件系統。

圖2為一流程示意圖，說明本案之一實施例，透過網際網路傳送與溝通需量反應事件的步驟。

圖1為一方塊示意圖，說明本案之一實施例的先進讀表基礎建設以及需量反應事件系統。電力公司5定義一則需量反應事件與價格訊號後，將需量反應事件與價格訊號傳給需量反應自動化伺服器10(Demand Response Automation Server,DRAS)，需量反應事件與價格服務可發佈於需量反應自動化伺服器10。需量反應自動化伺服器10與一或多的家庭或/及建築能源管理系統30(Home or/and Buliding Energy Management System,H(B)EMS)連接，其中，透過以TCP/IP為標準協定的網際網路12(Internet)，家庭或/及建築能源管理系統30可向需量反應自動化伺服器10取回最新的需量反應事件與價格服務事件，或需量反應自動化伺服器10會固定時間發佈需量反應事件與價格服務事件給家庭或/及建築能源管理系統30。

任一家庭或/及建築能源管理系統30連接一或多個對應的電力負載，例如冷氣、冰箱、電腦、照明、馬達等設備，其透過SEP標準蒐集該些連接的電力負載的電力使用資訊，以作為能源控管之用。其次，家庭或/及建築能源管理系統30具有耗能感知的功能，其可讓用戶了解自我使用能源時實際耗能所在、時間點以及費用，並可結合使用者的使用習慣調整節約能源方案。又，家庭或/及建築能源管理系統30也連接用戶的再生能源設備，並將對應的再生能源設備所產生的電力納入能源控管中。再者，於本實施例中，家庭或/及建築能源管理系統30可透過電力線或無線通訊15以電力線通訊(Power Line Communication,PLC)技術或無線通訊技術的方式和電力負載通訊，亦可藉由電力線或無線通訊15與智慧電表20通訊。

一先進讀表基礎建設2(Advanced Metering Infrastructure,AMI)包括至少一智慧電表20，任一智慧電表20可將其對應用戶的用電數據傳送給數據集中器(concentrator)或數據集中單元(Data Concentrator Unit,DCU)22。於本實施例中，智慧電表20扮演電力公司配電網與用戶間之通訊介面，其至少記錄用戶之用電時間、用電量以及計費，或是更包括了如實功、虛功、功因、電表開啟事件偵測、電表震動事件偵測、停電事件偵測、竊電事件偵測等不同項目或事件資訊，藉以作為調度系統最佳化之決策資訊。

數據集中器或數據集中單元22，透過加密具有安全性的有線或無線監測網路227，與家庭或建築物內不同類型的智慧電表20監測通訊。監測網路227技術，舉例但不限地，例如LAN通訊技術，尤其以IEEE 802.15.4/ZigBee無線監測技術網路，或電力線通訊技術網路做為監測網路227，其具有低耗能、低成本、免通訊費之優勢。

數據集中器或數據集中單元22，用以做為中間數據收集點(intermediate data collection point)，其收集來自家庭或建築物內不同類型的智慧電表20的讀表數據，或藉由讀表介面單元(meter interface unit,MIU)或電力採集終端(acquisition terminal unit,ATU)的數據後，再以批次的方式傳給中央站(central station)(圖上未繪)。一般來說，數據集中器或數據集中單元22可以以一微電腦實現，其包括記憶模組222，例如非揮發性記憶體及其電路、備用電力模組224，以及通訊模組226，例如公用電話(PSTN)連接埠或GPRS/GSM無線通訊模組等。

透過通訊模組226，一或多個數據集中器或數據集中單元22連接至頭端設備24(head end,HE)，頭端設備24作為系統管理者/分配角色，負責數據集中器或數據集中單元22的安裝、註冊與管理等等。於本實施例中，頭端設備24包括通訊模組246、連接模組242以及指示模組244。通訊模組246連接至數據集中器或數據集中單元22的通訊模組226，其接收來自數據集中器或數據集中單元22所收集的數據。指示模組244包括一或多個各式狀態指示燈，例如電源指示燈、連線指示燈等等。連接模組242包括一或多個連接頭，例如電力線耦合器連接頭以及乙太網路連接頭串接埠連接頭，於本實施例中，透過連接模組242，頭端設備24連接至需量反應自動化伺服器10，因此，本實施例中的頭端設備24是藉由以TCP/IP為標準協定的網際網路12(Internet)與需量反應自動化伺服器10傳送數據和訊息。或是，頭端設備24先連接至一電力公司的一電力監控平台(meter data management system,MDMS)(圖上未繪)，再連接至需量反應自動化伺服器10。

關於需量反應事件，本實施例中，通過OpenADR標準，家庭或/及建築能源管理系統30可於特定的間隔時間時，送出詢問需量事件需求的內容給需量反應自動化伺服器10，需量反應自動化伺服器10可將需量事件需求回覆給發送詢問的家庭或/及建築能源管理系統30。需量反應自動化伺服器10所回覆的需量事件需求內容，舉例但不限地，包括需量事件的ID、需量事件的狀態、開始卸載時間、卸載時間長度以及卸載容量。一旦接收到需量反應自動化伺服器10的需量事件需求回覆，家庭或/及建築能源管理系統30將回傳收到需量事件需求的訊息給需量反應自動化伺服器10。其次，家庭或/及建築能源管理系統30可依據與其通訊的智慧電表20所讀的用電量與用電時間等數據，以及來自需量反應自動化伺服器10的需量反應回覆內容來判斷，以決定是否要參與此需量事件需求回覆，並且將進一步發出是否參與需量事件需求的決定訊息給需量反應自動化伺服器10。是以，透過網際網路12，本實施例中，用戶的家庭或/及建築能源管理系統30以主動的方式，向需量反應自動化伺服器10詢問需量反應外，更進一步決定以及回覆是否要參與此需量事件需求。

其次，本實施例中，透過網際網路12，頭端設備24與需量反應自動化伺服器10通訊，因此，可以選擇地，透過先進讀表基礎建設的智慧電表20、數據集中器或數據集中單元22以及頭端設備24(或更包括電力公司電力監控平台)，家庭或/及建築能源管理系統30亦可自需量反應自動化伺服器10取回需量反應事件，以及回覆決定參與需量反應事件給需量反應自動化伺服器10。

圖2為一流程示意圖，說明本案之一實施例，透過網際網路傳送與回應需量反應事件的步驟。首先，

步驟41：透過網際網路12，於特定的間隔時間時，數據集中器或數據集中單元22送出詢問需量事件需求的內容給需量反應自動化伺服器10。

步驟43：同樣透過網際網路12，需量反應自動化伺服器10可將需量事件需求回覆給先進讀表基礎建設2中的數據集中器或數據集中單元22，而需量反應自動化伺服器10與數據集中器或數據集中單元22之間的通訊必須透過頭端設備24傳遞，因為頭端設備24是先進讀表基礎建設2的唯一出入口。

步驟45：透過頭端設備24取回需量事件需求，通過監測網路227和電力線或無線通訊15，數據集中器或數據集中單元22可經由智慧電表20，將需量事件需求傳給家庭或/及建築能源管理系統30。

步驟47：任一家庭或/及建築能源管理系統30可依據與其通訊的智慧電表20所讀的用電量與用電時間等數據，以及來自需量反應自動化伺服器10的需量反應回覆內容來判斷，以人工或自動設定方式決定是否要參與此需量事件需求回覆，並且發出是否參與需量事件需求的決定訊息。

步驟49：透過電力線或無線通訊15、監測網路227，參與需量事件需求的決定訊息經過智慧電表20傳送至數據集中器或數據集中單元22。透過網際網路12，數據集中器或數據集中單元22將參與需量事件需求的決定訊息傳給需量反應自動化伺服器10。

此種情形時，步驟51：需量反應自動化伺服器10可發出確認收到參與需量事件需求的決定訊息的回覆給數據集中器或數據集中單元22，進而傳送給發出決定訊息的家庭或/及建築能源管理系統30。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，並非用以限定本發明的權利要求範圍，因此凡其他未脫離本發明所揭示的精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含于本發明的範圍內。