有別于傳統(tǒng)電表，智能電表可以是發(fā)展未來(lái)智能電網(wǎng)的重要發(fā)展門(mén)坎，而智能電表也能銜接物聯(lián)網(wǎng)、智能家庭等進(jìn)階應(yīng)用場(chǎng)域，不只提供更具智能的電力配置優(yōu)化效益，同時(shí)提升更具效率的能源應(yīng)用智能管理機(jī)制，對(duì)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(jià)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(jì)量裝置，就是一般提到的智能型電表(Smart Meter)量測(cè)終端，以智能型電表的應(yīng)用方向，相較舊款非智能設(shè)計(jì)的電表，除了單純數(shù)字化的用電量監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)量測(cè)/記錄外，亦會(huì)有針對(duì)電力控制的相關(guān)智能型功能，與可讓電表紀(jì)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?yàn)殡姳碇腔刍粏渭儍H是將用電計(jì)量機(jī)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(duì)智能型電表銜接智能電網(wǎng)所需的進(jìn)階智能與網(wǎng)通功能整合，甚至對(duì)于未來(lái)智能電網(wǎng)需要的進(jìn)階多模支持、高靈活性的架構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行電網(wǎng)終端的智能電表開(kāi)發(fā)，而應(yīng)對(duì)智能電表的部署需求，整合智能應(yīng)用與能適時(shí)銜接不同場(chǎng)域的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，高彈性的設(shè)計(jì)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(jì)挑戰(zhàn)。
基本上，智能電表本身須定位在實(shí)用基礎(chǔ)、同時(shí)具成本效益、滿足現(xiàn)在與未來(lái)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(duì)于實(shí)際部署智能電表的現(xiàn)場(chǎng)工作相當(dāng)重要，因?yàn)閷?shí)際進(jìn)行電表部署時(shí)，若是傳統(tǒng)電表，只須使用常規(guī)計(jì)量裝置便可支持不同裝設(shè)環(huán)境、場(chǎng)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?yàn)閷?shí)際裝設(shè)時(shí)會(huì)遭遇到設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)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(jì)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(duì)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(wú)線網(wǎng)通標(biāo)準(zhǔn)，如藍(lán)牙(Bluetooth)、無(wú)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(jī)器對(duì)機(jī)器(Machine to Machine;M2M)通訊網(wǎng)絡(luò)支援。
在實(shí)際部署智能電表，可能選用的網(wǎng)通方案甚至還會(huì)有MTC(machine type communications)、NB-IoT(NarrowBand IOT)、LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥x項(xiàng)，銜接云端系統(tǒng)透過(guò)網(wǎng)絡(luò)擷取終端數(shù)據(jù)，甚至還會(huì)實(shí)行PLC、IEEE 802.15.4g等將區(qū)域內(nèi)的智能電表節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)聚集點(diǎn)(Data Aggregation Point;DAP)整合，再將區(qū)域DAP的數(shù)據(jù)透過(guò)如GPRS/3G/LTE MTC等無(wú)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(jìn)行再處理。
高擴(kuò)展性、高彈性網(wǎng)通連接設(shè)計(jì) 可簡(jiǎn)化部署難度與降低成本
為了將電表部署時(shí)間、成本壓低，較合宜的方式為將智能電表采取更彈性、高擴(kuò)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(jìn)行最適當(dāng)?shù)木W(wǎng)通連接整合，而電表的對(duì)應(yīng)解決方案就必須針對(duì)不同網(wǎng)通架構(gòu)支持預(yù)留足夠的靈活彈性，才能在實(shí)際安裝部署上應(yīng)對(duì)多元的網(wǎng)通技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。
而且，除了標(biāo)準(zhǔn)支持可能還不夠，網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)可能一個(gè)季度就有跳躍式的改版進(jìn)展，除了硬件架構(gòu)方面的多標(biāo)準(zhǔn)支持彈性外，在網(wǎng)通技術(shù)的軟件、韌體支持與擴(kuò)充性，必須在考慮硬件支持彈性時(shí)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(biāo)準(zhǔn)異動(dòng)頻繁下，智能電表的網(wǎng)通整合支持必須具備應(yīng)對(duì)通訊協(xié)議改版的彈性，以便減少后續(xù)系統(tǒng)維護(hù)或擴(kuò)充上的成本開(kāi)銷。
另一個(gè)關(guān)注重點(diǎn)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(kuò)充對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)維護(hù)機(jī)制，透過(guò)更智能的遠(yuǎn)程監(jiān)控、軟件/韌體升級(jí)，簡(jiǎn)化維護(hù)電表終端的維護(hù)程序甚至降低維運(yùn)成本，是導(dǎo)入智能型電表的重要考慮。例如，對(duì)應(yīng)智能電表可能應(yīng)對(duì)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(jìn)行更新時(shí)，則需要避免外派專員進(jìn)行手動(dòng)更新，而應(yīng)該開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)與軟件更新機(jī)制，透過(guò)后臺(tái)排程規(guī)劃自動(dòng)化進(jìn)行區(qū)域電表的核心系統(tǒng)更新，此外，維護(hù)平臺(tái)的網(wǎng)通傳輸必須針對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊環(huán)境可能存在的安全隱患，進(jìn)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(jì)時(shí)間進(jìn)行整體考慮，或提供對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)安全方案為后續(xù)擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)，其實(shí)并非無(wú)標(biāo)準(zhǔn)可依循，而是針對(duì)智能電網(wǎng)的通訊應(yīng)用至今仍未有一套通用的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行整合，作為電表節(jié)點(diǎn)整合的方向。
智能電表功耗要求高 成本亦不可差距過(guò)大
另一個(gè)智能電網(wǎng)發(fā)展下的電表終端設(shè)計(jì)考慮，會(huì)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(shuō)電表終端在運(yùn)行過(guò)程中幾乎超過(guò)九成的時(shí)間都處于閑置，因?yàn)樵陔姳碚爝\(yùn)行狀態(tài)下，只會(huì)進(jìn)行用電配置與電力用量的數(shù)據(jù)采集，除非進(jìn)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(jìn)行密集網(wǎng)絡(luò)通訊，才會(huì)有較高耗能產(chǎn)生，但畢竟智能電表對(duì)比傳統(tǒng)電表必須在不增加過(guò)多額外功耗下、提供進(jìn)階智能電網(wǎng)衍生的智能電表應(yīng)用外，對(duì)于組構(gòu)電表本身的零配件必須壓低成本，才能在市場(chǎng)有足夠的競(jìng)爭(zhēng)能力。
以現(xiàn)有智能電表設(shè)計(jì)觀察，如果數(shù)字電表本身為實(shí)行兩個(gè)3號(hào)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(yùn)行的省電能力，同時(shí)針對(duì)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(yùn)行模塊會(huì)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(tái)，一般若采低成本微控制器實(shí)踐智能電表設(shè)計(jì)，成本約在20美元上下。
電表多模整合應(yīng)用成為趨勢(shì) 無(wú)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(huì)因?yàn)樾枰嘟M通訊模塊整合，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但問(wèn)題來(lái)了，為了應(yīng)對(duì)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(duì)其實(shí)是相當(dāng)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(kuò)展性的網(wǎng)通連接模塊，對(duì)于智能電表產(chǎn)品面對(duì)多種網(wǎng)通應(yīng)用整合，規(guī)劃與部署會(huì)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(mén)坎，隨著電表智能化整合方向，居家的各種資源儀表會(huì)朝向整合或依附在智能電表下提供原有計(jì)測(cè)應(yīng)用，例如智能電表結(jié)合水表計(jì)測(cè)、燃?xì)庥?jì)測(cè)、暖氣計(jì)測(cè)等應(yīng)用，這類模擬儀表僅需依循原有計(jì)測(cè)架構(gòu)，將采集數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字化透過(guò)智能電表數(shù)據(jù)處理架構(gòu)匯整，定時(shí)傳回后端數(shù)據(jù)庫(kù)，等于一次性將家庭電量、水量、燃?xì)庥昧康荣Y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(jì)量需求開(kāi)發(fā)智慧采集儀表其實(shí)并不劃算，讓這些家庭資源耗用計(jì)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(kāi)發(fā)重要方向之一。