采用AMI系統構架的智能電表系統介紹

　　摘要：電表市場數量龐大，若全面換裝智能電表，則市場規模將相當可觀。智能電表安裝數量自2009年起，開始出現兩位數的成長，市場研究機構ABI預估2009年智能電表安裝達7,600萬具，2015年預計將達2.12億具。未來五年歐洲與北美仍為主力市場，亞洲在中國大陸帶動下，為成長潛力zui大的區域。
　　
　　AMI系統架構簡介
　　
　　AMI系統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，透過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濟、不與不實時之缺點外，尚具備多功能，例如：支持各種不同電價費率、提供用戶能源使用信息并引導自發性節能、支持傳送信號進行用戶負載控制，以因應電價改變的自動響應、支持故障偵測與遠程開/關管理、改善負載預測、用戶用電品質管理等。
　　
　　（一）AMI為國家、電力業者與用戶帶來多方面效益
　　
　　AMI相較于傳統機械電表，優點在于具備雙向通訊功能，因此AMI可連結用電、發電甚至是儲電系統等多方信息相互流通，輔助電網朝向電力系統之高速公路發展，達到隨上隨下的功能。因此AMI主要優點在于促成節能減碳目標實現、改善供電品質以及提升經濟效率，因此在國家、電業、用電戶三方面各能提供多方面的效益，如圖一。
　　
　　圖一AMI為國家、電力業者與用戶帶來之效益
　　
　　在國家面AMI可促成需求面管理，以及再生能源并網，因此有助于國家達成節能減碳政策目標。而對于電業而言，AMI可提供負載控制通訊功能，快速量測、診斷電力質量，來實現電網自愈功能（self-healing），提升供電品質;并可透過時間電價機制之搭配，實現尖離峰平滑，以減緩新建電廠的壓力;同時更容易獲得用戶的用電資料，故可提供更多創新服務。zui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，進行能源管理;并加強用戶與電力系統之靈活互動，使用電戶可同時扮演發電者與電力消耗者的角色（Prosumer=Producer+consumer），有助于健全電力市場運作。
　　
　　（二）AMI三個主要次系統
　　
　　AMI系統主要由智能電表（SmartMeter）、通訊系統與設備、電表信息管理系統（MeterDatabaseManagementsystem;MDMS）所組成，如圖二所示。
　　
　　1.智能電表智能電表指可進行較復雜電力運算，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鍵組件有：高精度的模擬數字轉換器（AnalogtoDigitalConverter;ADC）、MCU、高精度比流器（CurrentTransformer;CT）、實時時鐘（RealTimeClock;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發是影響智能電表菜單現之關鍵，其中MCU更是影響智能電表運作之關鍵組件。
　　
　　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，直接關系到智能電表的表現。為使用戶與電力公司能有更靈活互動，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，尚必須有支持時間電價、需量計量、負載曲線、實時電價，以及電力品質計量等功能。另外，低功耗與加密防止駭客之設計，也是開發智能電表用MCU時需納入考量的重點，以符合省電與安全性考量。
　　
　　2.AMI通訊技術選擇
　　
　　可用于AMI的通訊技術多元，技術采用需視通訊范圍以及各地區環境差異而不同，目前包括PLC（PowerLineControl）、光纖（FiberToThex;FTTx）、以太網絡（Ethernet）、ADSL、行動網絡（GSM、GPRS、3G、CDMA…）或無線網絡技術（Wimax、Wi-Fi、RF）等不同通訊技術。
　　
　　AMI依通訊范圍可分為三種通訊接口：（1）廣域局域網絡（WideAreaNetwork;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路，此部分需采用可長距離通訊的通訊技術，通常會以行動通訊技術為優先，如GSM、GPRS、3G等。（2）局域網絡（LocalAreaNetwork;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，此部分之通訊技術，一般會以免付費之有無線通訊技術為優先考量，如PLC、RF、Zigbee等。（3）家庭局域網絡（HomeAreaNetwork;HAN）為智能電表與屋內顯示器（InHomeDisplay;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通訊技術為優先。
　　
　　（三）.電表信息管理系統（MeterDatabaseManagementSystem;MDMS）
　　
　　MDMS主要技術涵量在于軟件之開發。AMI系統架構下，信息全透過通訊系統傳遞，電表所收集到的信息透過通訊系統存入MDMS，同時必須支持多項后端應用系統，如帳務系統、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主要功能簡述如下：（1）可接受來自不同AMI架構、廠商、電表型態之資料，并依據電力公司標準對讀取到的資料進行資料確認。（2）資料來源判斷與編輯處理（Validation、Estimation、andEditing;VEE）。（3）記錄讀表過程的狀態和事件，以及透過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）支持用戶信息系統（CustomerInformat*tem;CIS）、票務系統連接…等后端應用系統。