智慧電表系統

2014-03-04 17:02

智慧電表系統介紹

早期電力公司依據電表計量向用戶收取電費費用，然而過往抄取電表的計量值均為曠日廢時的人工作業。在這近十年通訊技術蓬勃發展，採用通訊的抄表方式逐漸成熟，稱為自動讀表(AMR, Automatic Meter Reading)技術，主要目的是取代人力抄表。

隨著地球能源的慢慢耗竭，節約能源的意識日趨重要，單一計量功能的電表難以符合現代化需求，期望電表應用於能源管理層面的多功能需求，造就新一代電表誕生-「智慧電表」。藉由結合更先進的通訊與控制技術，展現雙向通訊能力，不僅電表端可即時回傳用電資料，更可透過遠端下達命令讓電表執行斷復電控制的功能，以減少人力派工作業的時間與費用。同時可提供居家用電資訊顯示，讓消費者得知即時的電價資訊和用電狀況，有助於管理用電，達成節約能源的目的。

智慧型電表的佈建，涵蓋通訊技術與家庭自動化等多領域的建設，故稱為智慧電表基礎建設(AMI, Advanced Metering Infrastructure)。

智慧電表介紹

智慧電表的基本架構主要由三大部份所組成，即「計量模組」、「通訊模組」與「控制模組」。

「計量模組」：為電表的主體，用以量測並紀錄用電量，最主要的元件包含比流器和計量晶片兩部份，其比流器為取樣流經用戶的電流量，將其轉換成小訊號以利分析；計量晶片為處理所取樣的電壓電流訊號，計算分析相關用電資料。
「通訊模組」：其功用為電力公司不透過人工抄表，而能遠端讀取電表所記錄的用電資料的工具，依通訊技術又可區分為有線通訊和無線通訊。
「控制模組」：主要為一斷路開關，可使電力公司不必派遣人員到現場，而能實現斷電或復電功能。

智慧電表分類

全球電表的標準大致以美國體系的美國國家標準學會(American National Standards Institute, ANSI)制定的圓柱型電表，與歐洲和亞洲體系的國際電工協會(International Electrotechnical Commission, IEC)制定的方型電表為主。

ANSI電表(左)與IEC電表(右)

智慧電表系統架構

智慧電表系統主要可分為「智慧電表」、「通訊傳輸」、「電表資料管理系統」及「用電管理」四大部份，茲分述如下。

「智慧電表」係由原本傳統電表功能的計量模組為主，主要紀錄消費者的用電量並做為電力公司收取電費的依據，在現今資通訊技術蓬勃發達與強調節約能源的時代。智慧型電表即是額外再附加通訊模組和控制模組所組成，智慧化的功能強調是可即時傳送用電資訊到用戶端和電力公司，並可同時監視與控制相關狀態與設備。
「通訊傳輸」由集中器組成的通訊網路，主要收集數個到百個的電表用電資料，再將此資訊往上回傳至電力公司的電表資料管理系統。依通訊階段可區分為家庭網路HAN、區域網路LAN和廣域網路WAN共三部份。
「電表資料管理系統」簡稱為MDMS，主要將電表收集到的資料儲存，並與電力公司相關應用軟體相結合，如帳務系統、客服資訊系統、停電管理系統等。
「用電管理」係由能源顯示器、用電管理系統組成，可顯示目前用電資訊、電價、電力公司服務公告等。

智慧電表系統通訊技術

AMI中有關資料傳輸最主要關鍵乃是通訊技術，集中器收集各個智慧電表的用電資訊，透過通訊系統傳送到控制中心的通訊伺服器－最後進入MDMS的資料庫中。AMI的通訊系統架構包括三大部份

「家庭網路HAN」：一旦家家戶戶安裝智慧電表，便提供一個機會可讓使用者自智慧電表中讀出自身的用電資訊。採取的通訊技術可分為有線及無線兩種。有線網路如Ethernet網路和電力線通訊PLC技術。無線網路則為ZigBee、Wi-Fi等。

「區域網路LAN」：提供智慧電表至集中器之間的通訊路徑。區域網路可以架構在 PLC 通訊上，也可以架構在ZigBee或Wi-Fi、甚至RF 900 MHz等的通訊上。目前歐洲國家以電力線通訊PLC為主，美國以RF 900MHz的通訊技術為主流，而Wi-Fi主要為日本所採用。
「廣域網路WAN」：提供集中器至電表資料管理系統(或控制中心)之間的通訊路徑。基本可分為兩大類：一是利用既有電信公司的電信網路，如GSM、GPRS、3G、WiMax等；另一種是電力公司自建通訊網路，如光纖。

智慧電表系統的重要應用-需量反應

當尖峰負載或電網發生區域雍塞時，電力公司可發出指令，直接通知已簽約大型用戶，或透過AMI或用戶全群代表發出指令，通知中小型用戶減少用電，電力公司依事前協議內容以發生次數或減少用電量等依據，提供電費優惠補貼用戶。

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智慧電表 | AMI

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