有別于傳統(tǒng)電表，智能電表可以是發(fā)展未來智能電網(wǎng)的重要發(fā)展門坎，而智能電表也能銜接物聯(lián)網(wǎng)、智能家庭等進階應(yīng)用場域，不只提供更具智能的電力配置優(yōu)化效益，同時提升更具效率的能源應(yīng)用智能管理機制，對導(dǎo)入綠色能源或是降低居家能耗方面均有重要的存在價值...
發(fā)展智能電網(wǎng)、智慧能源應(yīng)用環(huán)境，最大的關(guān)鍵在于在客戶端的能源應(yīng)用計量裝置，就是一般提到的智能型電表(Smart Meter)量測終端，以智能型電表的應(yīng)用方向，相較舊款非智能設(shè)計的電表，除了單純數(shù)字化的用電量監(jiān)測、數(shù)據(jù)量測/記錄外，亦會有針對電力控制的相關(guān)智能型功能，與可讓電表紀錄信息保存、傳送的網(wǎng)通系統(tǒng)或架構(gòu)，建構(gòu)滿足智能電網(wǎng)(Smart Grid)基本終端應(yīng)用需求。
電表智慧化難度高 須兼顧成本與多模網(wǎng)通支持彈性
因為電表智慧化，不單純僅是將用電計量機制轉(zhuǎn)數(shù)字化、跟電表整合網(wǎng)通功能，而是除了數(shù)字化原有的電表架構(gòu)外，必須針對智能型電表銜接智能電網(wǎng)所需的進階智能與網(wǎng)通功能整合，甚至對于未來智能電網(wǎng)需要的進階多模支持、高靈活性的架構(gòu)設(shè)計，進行電網(wǎng)終端的智能電表開發(fā)，而應(yīng)對智能電表的部署需求，整合智能應(yīng)用與能適時銜接不同場域的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，高彈性的設(shè)計架構(gòu)就成為智能電表必須兼顧料件成本與多模支持的最大設(shè)計挑戰(zhàn)。
基本上，智能電表本身須定位在實用基礎(chǔ)、同時具成本效益、滿足現(xiàn)在與未來應(yīng)用需求的系統(tǒng)架構(gòu)，若以智能電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)觀察，新一代智能電網(wǎng)所需的多模(Multi-mode)架構(gòu)支持，對于實際部署智能電表的現(xiàn)場工作相當重要，因為實際進行電表部署時，若是傳統(tǒng)電表，只須使用常規(guī)計量裝置便可支持不同裝設(shè)環(huán)境、場域的電表設(shè)置需求，但智能型電表的裝設(shè)條件卻大不相同，因為實際裝設(shè)時會遭遇到設(shè)置現(xiàn)場支持的基礎(chǔ)建設(shè)條件差異、網(wǎng)通質(zhì)量、地理環(huán)境與是否需因地制宜的設(shè)置差異，導(dǎo)致安裝需求產(chǎn)生差異。
部署智能電表 選用連網(wǎng)技術(shù)需因地制宜
為了便于部署智能電表，較合宜的方式是在電表設(shè)計部分，即整合可因地制宜的彈性多模網(wǎng)通技術(shù)支持功能，例如可以應(yīng)對家用局域網(wǎng)絡(luò)(Home Area Network;HAN)、建筑局域網(wǎng)絡(luò)(Building Area Network;BAN)，或采用短距離無線網(wǎng)通標準，如藍牙(Bluetooth)、無線局域網(wǎng)絡(luò)(Wi-Fi)、Thread或ZigBee網(wǎng)通方案，甚至直接銜接家庭的電力線載波(Power Line Carrier;PLC)或鄰近局域網(wǎng)絡(luò)(Neighborhood Area Network;NAN)、使用基于GPRS/3G/Lte(Long term evolution)銜接的機器對機器(Machine to Machine;M2M)通訊網(wǎng)絡(luò)支援。
在實際部署智能電表，可能選用的網(wǎng)通方案甚至還會有MTC(machine type communications)、NB-IoT(NarrowBand IOT)、LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)等網(wǎng)絡(luò)拓撲選項，銜接云端系統(tǒng)透過網(wǎng)絡(luò)擷取終端數(shù)據(jù)，甚至還會實行PLC、IEEE 802.15.4g等將區(qū)域內(nèi)的智能電表節(jié)點進行數(shù)據(jù)聚集點(Data Aggregation Point;DAP)整合，再將區(qū)域DAP的數(shù)據(jù)透過如GPRS/3G/LTE MTC等無線數(shù)據(jù)傳輸通訊架構(gòu)的M2M網(wǎng)通方案，將區(qū)域DAP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到數(shù)據(jù)中心或云服務(wù)進行再處理。
高擴展性、高彈性網(wǎng)通連接設(shè)計 可簡化部署難度與降低成本
為了將電表部署時間、成本壓低，較合宜的方式為將智能電表采取更彈性、高擴展性的方向整合，讓第一線的部署電表工程可以因地制宜進行最適當?shù)木W(wǎng)通連接整合，而電表的對應(yīng)解決方案就必須針對不同網(wǎng)通架構(gòu)支持預(yù)留足夠的靈活彈性，才能在實際安裝部署上應(yīng)對多元的網(wǎng)通技術(shù)標準。
而且，除了標準支持可能還不夠，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)可能一個季度就有跳躍式的改版進展，除了硬件架構(gòu)方面的多標準支持彈性外，在網(wǎng)通技術(shù)的軟件、韌體支持與擴充性，必須在考慮硬件支持彈性時一并考慮，尤其在較新穎的網(wǎng)通技術(shù)，如電力線網(wǎng)絡(luò)等，在標準異動頻繁下，智能電表的網(wǎng)通整合支持必須具備應(yīng)對通訊協(xié)議改版的彈性，以便減少后續(xù)系統(tǒng)維護或擴充上的成本開銷。
另一個關(guān)注重點則是在智能電表所建構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)下，如何在電表終端擴充對應(yīng)的系統(tǒng)維護機制，透過更智能的遠程監(jiān)控、軟件/韌體升級，簡化維護電表終端的維護程序甚至降低維運成本，是導(dǎo)入智能型電表的重要考慮。例如，對應(yīng)智能電表可能應(yīng)對服務(wù)或是家庭用電配置調(diào)整需求，而需要在電表端的軟件/韌體進行更新時，則需要避免外派專員進行手動更新，而應(yīng)該開發(fā)對應(yīng)的遠程維護系統(tǒng)與軟件更新機制，透過后臺排程規(guī)劃自動化進行區(qū)域電表的核心系統(tǒng)更新，此外，維護平臺的網(wǎng)通傳輸必須針對網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境可能存在的安全隱患，進行防毒、防駭與防止阻斷式攻擊影響監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)傳輸，必須在設(shè)計時間進行整體考慮，或提供對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)安全方案為后續(xù)擴充應(yīng)用。
智能電表終端之所以在網(wǎng)通功能整合方面，仍未能有一套完整的互通標準，其實并非無標準可依循，而是針對智能電網(wǎng)的通訊應(yīng)用至今仍未有一套通用的標準可選，反而是因地制宜選用部署環(huán)境或區(qū)域最有效益的網(wǎng)通方案進行整合，作為電表節(jié)點整合的方向。
智能電表功耗要求高 成本亦不可差距過大
另一個智能電網(wǎng)發(fā)展下的電表終端設(shè)計考慮，會將重心放在壓低智能電表本身的功耗、制作料件成本方面，也就是說電表終端在運行過程中幾乎超過九成的時間都處于閑置，因為在電表整天運行狀態(tài)下，只會進行用電配置與電力用量的數(shù)據(jù)采集，除非進行電表軟件/韌體更新，或是智能電表向中央服務(wù)器交換信息進行密集網(wǎng)絡(luò)通訊，才會有較高耗能產(chǎn)生，但畢竟智能電表對比傳統(tǒng)電表必須在不增加過多額外功耗下、提供進階智能電網(wǎng)衍生的智能電表應(yīng)用外，對于組構(gòu)電表本身的零配件必須壓低成本，才能在市場有足夠的競爭能力。
以現(xiàn)有智能電表設(shè)計觀察，如果數(shù)字電表本身為實行兩個3號電池供電的話，至少智能電表需維持5年以上不接市電便可運行的省電能力，同時針對閑置與尖峰用電期間，都能維持優(yōu)化的耗能要求。在成本方面，傳統(tǒng)與智能電表使用的料件有極高近似，智能電表僅多了用電數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)鏈接模塊與可程序化的智能運行模塊會產(chǎn)生能耗，若能導(dǎo)入優(yōu)化耗能的微控制器系統(tǒng)，將可發(fā)展極低功耗的智能電表的終端發(fā)展平臺，一般若采低成本微控制器實踐智能電表設(shè)計，成本約在20美元上下。
電表多模整合應(yīng)用成為趨勢 無縫銜接智能家庭應(yīng)用
而為了迎合低成本、多模支持、彈性支持最新穎的通訊協(xié)議要求，在整合多模網(wǎng)通技術(shù)支持方面，常會因為需要多組通訊模塊整合，才能達到設(shè)計要求。但問題來了，為了應(yīng)對多支持的網(wǎng)通架構(gòu)，反而要組構(gòu)不同的網(wǎng)通硬件應(yīng)對其實是相當不智的，反而使用可軟件定義的調(diào)制解調(diào)器(SDM)與預(yù)留高擴展性的網(wǎng)通連接模塊，對于智能電表產(chǎn)品面對多種網(wǎng)通應(yīng)用整合，規(guī)劃與部署會更有效率、并降低成本。
智能電表的多用途應(yīng)用亦是一大技術(shù)門坎，隨著電表智能化整合方向，居家的各種資源儀表會朝向整合或依附在智能電表下提供原有計測應(yīng)用，例如智能電表結(jié)合水表計測、燃氣計測、暖氣計測等應(yīng)用，這類模擬儀表僅需依循原有計測架構(gòu)，將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化透過智能電表數(shù)據(jù)處理架構(gòu)匯整，定時傳回后端數(shù)據(jù)庫，等于一次性將家庭電量、水量、燃氣用量等資源使用狀態(tài)全部數(shù)字化處理，而這些資源用量本身的數(shù)據(jù)量每日僅數(shù)字節(jié)，為了單一資源計量需求開發(fā)智慧采集儀表其實并不劃算，讓這些家庭資源耗用計量統(tǒng)籌以智能電表匯整后送數(shù)據(jù)，成為目前智能電表開發(fā)重要方向之一。