高級電表架構：智能電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的先鋒

在政策主導下國際AMI市場(chǎng)由歐洲、美國等地區萌芽，并開(kāi)始在全球蔓延開(kāi)來(lái)，目前包含日本、韓國、中國大陸、澳洲及紐西蘭等地，均有相關(guān)布建或試點(diǎn)計劃正在進(jìn)行。

電表市場(chǎng)數量龐大，若全面換裝智能電表，則市場(chǎng)規模將相當可觀(guān)。智能電表安裝數量自2009年起，開(kāi)始出現兩位數的成長(cháng)，市場(chǎng)研究機構ABI預估2009年智能電表安裝達7,600萬(wàn)具，2015年預計將達2.12億具。未來(lái)五年歐洲與北美仍為主力市場(chǎng)，亞洲在中國大陸帶動(dòng)下，為成長(cháng)潛力最大的區域。

AMI系統架構簡(jiǎn)介

AMI系指利用各種通訊方式，將客戶(hù)端電表資料傳送回控制中心的技術(shù)，透過(guò)雙向通訊達成各種遠程資料讀取、提供、設定及控制等多種功能之系統。AMI除了改善傳統人工抄表不經(jīng)濟、不精確與不實(shí)時(shí)之缺點(diǎn)外，尚具備多功能，例如：支持各種不同電價(jià)費率、提供用戶(hù)能源使用信息并引導自發(fā)性節能、支持傳送信號進(jìn)行用戶(hù)負載控制，以因應電價(jià)改變的自動(dòng)響應、支持故障偵測與遠程開(kāi)/關(guān)管理、改善負載預測、用戶(hù)用電品質(zhì)管理等。

(一)AMI為國家、電力業(yè)者與用戶(hù)帶來(lái)多方面效益

AMI相較于傳統機械電表，優(yōu)點(diǎn)在于具備雙向通訊功能，因此AMI可連結用電、發(fā)電甚至是儲電系統等多方信息相互流通，輔助電網(wǎng)朝向電力系統之高速公路發(fā)展，達到隨上隨下的功能。因此AMI主要優(yōu)點(diǎn)在于促成節能減碳目標實(shí)現、改善供電品質(zhì)以及提升經(jīng)濟效率，因此在國家、電業(yè)、用電戶(hù)三方面各能提供多方面的效益，如圖一。

圖一 AMI為國家、電力業(yè)者與用戶(hù)帶來(lái)之效益

在國家面AMI可促成需求面管理，以及再生能源并網(wǎng)，因此有助于國家達成節能減碳政策目標。而對于電業(yè)而言，AMI 可提供負載控制通訊功能，快速量測、診斷電力質(zhì)量，來(lái)實(shí)現電網(wǎng)自愈功能(self-healing)，提升供電品質(zhì)；并可透過(guò)時(shí)間電價(jià)機制之搭配，實(shí)現尖離峰平滑，以減緩新建電廠(chǎng)的壓力；同時(shí) 更容易獲得用戶(hù)的用電資料，故可提供更多創(chuàng )新服務(wù)。最后在用戶(hù)面，AMI搭配顯示器可使 用電信息透明化，使用電戶(hù)能掌握更多信息，進(jìn)行能源管理；并加強用戶(hù)與電力系統之靈活互動(dòng)，使用電戶(hù)可同時(shí)扮演發(fā)電者與電力消耗者的角色(Prosumer = Producer + consumer)，有助于健全電力市場(chǎng)運作。

(二)AMI三個(gè)主要次系統

AMI系統主要由智能電表(Smart Meter)、通訊系統與設備、電表信息管理系統(Meter Database Management system；MDMS)所組成，如圖二所示。

1. 智能電表智能電表指可進(jìn)行較復雜電力運算，再加上雙向通訊功能

因此智能電表內部主要關(guān)鍵組件依功能可分為通訊模塊與計量模塊兩大部分。智能電表中牽涉計量部分之關(guān)鍵組件有：高精度的模擬數字轉換器(Analog to Digital Converter；ADC)、MCU、高精度比流器(Current Transformer；CT)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘(Real Time Clock；RTC)。由于智能電表需執行較復雜且精密的電力運算與量測，因此電力計量芯片的開(kāi)發(fā)是影響智能電表菜單現之關(guān)鍵，其中MCU更是影響智能電表運作之關(guān)鍵組件。

圖二 AMI系統架構

MCU就如同智能電表的心臟，MCU功能之多寡與穩定度，直接關(guān)系到智能電表的表現。為使用戶(hù)與電力公司能有更靈活互動(dòng)，智能電表所能支持之功能，相較于一般之電子電表復雜的多，除了基本的多功能電力參數量測外，尚必須有支持時(shí)間電價(jià)、需量計量、負載曲線(xiàn)、實(shí)時(shí)電價(jià)，以及電力品質(zhì)計量等功能。另外，低功耗與加密防止駭客之設計，也是開(kāi)發(fā)智能電表用MCU時(shí)需納入考量的重點(diǎn)，以符合省電與安全性考量。

2. AMI通訊技術(shù)選擇

可用于A(yíng)MI的通訊技術(shù)多元，技術(shù)采用需視通訊范圍以及各地區環(huán)境差異而不同，目前包括PLC(Power Line Control)、光纖(Fiber To The x；FTTx)、以太網(wǎng)絡(luò )(Ethernet)、ADSL、行動(dòng)網(wǎng)絡(luò )(GSM、GPRS、3G、CDMA…)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)(Wimax、Wi-Fi、RF)等不同通訊技術(shù)。

AMI依通訊范圍可分為三種通訊接口：(1)廣域局域網(wǎng)絡(luò )(Wide Area Network；WAN)WAN是指低壓用戶(hù)集中器與控制中心間的通訊接口，或是高壓用戶(hù)智能型電表與控制中心間的通訊網(wǎng)路，此部分需采用可長(cháng)距離通訊的通訊技術(shù)，通常會(huì )以行動(dòng)通訊技術(shù)為優(yōu)先，如GSM、GPRS、3G等。(2)局域網(wǎng)絡(luò )(Local Area Network；LAN)LAN為智能型電表與集中器間的通訊接口。由于電表數量龐大、通訊量可觀(guān)，此部分之通訊技術(shù)，一般會(huì )以免付費之有無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)為優(yōu)先考量，如PLC、RF、Zigbee等。(3)家庭局域網(wǎng)絡(luò )(Home Area Network；HAN)為智能電表與屋內顯示器(In Home Display；IHD)、其它計量表或電器間的通訊接口，通常以方便性及低成本為考量，目前主要以Zigbee或PLC通訊技術(shù)為優(yōu)先。

3. 電表信息管理系統(Meter Database Management System；MDMS)

MDMS主要技術(shù)涵量在于軟件之開(kāi)發(fā)。AMI系統架構下，信息全透過(guò)通訊系統傳遞，電表所收集到的信息透過(guò)通訊系統存入MDMS，同時(shí)必須支持多項后端應用系統，如帳務(wù)系統、缺電系統、客服系統等。為確保資料正確性與安全性，以及使用搜集到之電表信息，但又不影響MDMS的正常運作，因此需要更復雜、更完整的程序設計，故目前有能力承接大規模MDMS計劃之供貨商，大致以Oracle、Ecologic、Itron 和eMeter 四家為主。

AMI系統下MDMS主要功能簡(jiǎn)述如下：(1)可接受來(lái)自不同AMI架構、廠(chǎng)商、電表型態(tài)之資料，并依據電力公司標準對讀取到的資料進(jìn)行資料確認。(2)資料來(lái)源判斷與編輯處理(Validation、Estimation、and Editing；VEE)。(3)記錄讀表過(guò)程的狀態(tài)和事件，以及透過(guò)分析與歷史資料比對，找出疑似的慢速電表、停止電表和竊電行為等。(4)支持用戶(hù)信息系統(Customer Information System；CIS)、票務(wù)系統連接…等后端應用系統。