基于AMI系統(tǒng)構(gòu)架的智能電表

　電表市場(chǎng)數(shù)量龐大，若全面換裝智能電表，則市場(chǎng)規(guī)模將相當(dāng)可觀。智能電表安裝數(shù)量自2009年起，開(kāi)始出現(xiàn)兩位數(shù)的成長(zhǎng)，市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)ABI預(yù)估2009年智能電表安裝達(dá)7,600萬(wàn)具，2015年預(yù)計(jì)將達(dá)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(guó)大陸帶動(dòng)下，為成長(zhǎng)潛力最大的區(qū)域。

　　AMI系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)介

　　AMI系統(tǒng)指利用各種通訊方式，將客戶端電表資料傳送回控制中心的技術(shù)，透過(guò)雙向通訊達(dá)成各種遠(yuǎn)程資料讀取、提供、設(shè)定及控制等多種功能之系統(tǒng)。AMI除了改善傳統(tǒng)人工抄表不經(jīng)濟(jì)、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(fèi)率、提供用戶能源使用信息并引導(dǎo)自發(fā)性節(jié)能、支持傳送信號(hào)進(jìn)行用戶負(fù)載控制，以因應(yīng)電價(jià)改變的自動(dòng)響應(yīng)、支持故障偵測(cè)與遠(yuǎn)程開(kāi)/關(guān)管理、改善負(fù)載預(yù)測(cè)、用戶用電品質(zhì)管理等。

　　(一)AMI為國(guó)家、電力業(yè)者與用戶帶來(lái)多方面效益

　　AMI相較于傳統(tǒng)機(jī)械電表，優(yōu)點(diǎn)在于具備雙向通訊功能，因此AMI可連結(jié)用電、發(fā)電甚至是儲(chǔ)電系統(tǒng)等多方信息相互流通，輔助電網(wǎng)朝向電力系統(tǒng)之高速公路發(fā)展，達(dá)到隨上隨下的功能。因此AMI主要優(yōu)點(diǎn)在于促成節(jié)能減碳目標(biāo)實(shí)現(xiàn)、改善供電品質(zhì)以及提升經(jīng)濟(jì)效率，因此在國(guó)家、電業(yè)、用電戶三方面各能提供多方面的效益，如圖一。

　　圖一 AMI為國(guó)家、電力業(yè)者與用戶帶來(lái)之效益

　　在國(guó)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(guó)家達(dá)成節(jié)能減碳政策目標(biāo)。而對(duì)于電業(yè)而言，AMI 可提供負(fù)載控制通訊功能，快速量測(cè)、診斷電力質(zhì)量，來(lái)實(shí)現(xiàn)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(jī)制之搭配，實(shí)現(xiàn)尖離峰平滑，以減緩新建電廠的壓力;同時(shí) 更容易獲得用戶的用電資料，故可提供更多創(chuàng)新服務(wù)。最后在用戶面，AMI搭配顯示器可使 用電信息透明化，使用電戶能掌握更多信息，進(jìn)行能源管理;并加強(qiáng)用戶與電力系統(tǒng)之靈活互動(dòng)，使用電戶可同時(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(yùn)作。

　　(二)AMI三個(gè)主要次系統(tǒng)

　　AMI系統(tǒng)主要由智能電表(Smart Meter)、通訊系統(tǒng)與設(shè)備、電表信息管理系統(tǒng)(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(fù)雜電力運(yùn)算，再加上雙向通訊功能

　　因此智能電表內(nèi)部主要關(guān)鍵組件依功能可分為通訊模塊與計(jì)量模塊兩大部分。智能電表中牽涉計(jì)量部分之關(guān)鍵組件有：高精度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)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(zhí)行較復(fù)雜且精密的電力運(yùn)算與量測(cè)，因此電力計(jì)量芯片的開(kāi)發(fā)是影響智能電表菜單現(xiàn)之關(guān)鍵，其中MCU更是影響智能電表運(yùn)作之關(guān)鍵組件。

　　圖二 AMI系統(tǒng)架構(gòu)

　　MCU就如同智能電表的心臟，MCU功能之多寡與穩(wěn)定度，直接關(guān)系到智能電表的表現(xiàn)。為使用戶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(fù)雜的多，除了基本的多功能電力參數(shù)量測(cè)外，尚必須有支持時(shí)間電價(jià)、需量計(jì)量、負(fù)載曲線、實(shí)時(shí)電價(jià)，以及電力品質(zhì)計(jì)量等功能。另外，低功耗與加密防止駭客之設(shè)計(jì)，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AMI的通訊技術(shù)多元，技術(shù)采用需視通訊范圍以及各地區(qū)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是指低壓用戶集中器與控制中心間的通訊接口，或是高壓用戶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(zhǎng)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(shù)量龐大、通訊量可觀，此部分之通訊技術(shù)，一般會(huì)以免付費(fèi)之有無(wú)線通訊技術(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(nèi)顯示器(In Home Display;IHD)、其它計(jì)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(tǒng)(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(tǒng)架構(gòu)下，信息全透過(guò)通訊系統(tǒng)傳遞，電表所收集到的信息透過(guò)通訊系統(tǒng)存入MDMS，同時(shí)必須支持多項(xiàng)后端應(yīng)用系統(tǒng)，如帳務(wù)系統(tǒng)、缺電系統(tǒng)、客服系統(tǒng)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(yùn)作，因此需要更復(fù)雜、更完整的程序設(shè)計(jì)，故目前有能力承接大規(guī)模MDMS計(jì)劃之供貨商，大致以O(shè)racle、Ecologic、Itron 和eMeter 四家為主。

　　AMI系統(tǒng)下MDMS主要功能簡(jiǎn)述如下：(1)可接受來(lái)自不同AMI架構(gòu)、廠商、電表型態(tài)之資料，并依據(jù)電力公司標(biāo)準(zhǔn)對(duì)讀取到的資料進(jìn)行資料確認(rèn)。(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(duì)，找出疑似的慢速電表、停止電表和竊電行為等。(4)支持用戶信息系統(tǒng)(Customer Information System;CIS)、票務(wù)系統(tǒng)連接…等后端應(yīng)用系統(tǒng)。