軟硬體方案到位　智慧電網打通任督二脈

在既有的電力網路中，加入資通訊技術，達到智慧化的供用電管理，是一般對智慧電網(Smart Grid)概念的認識。雖然是一個簡單易懂的概念，但要進一步落實，卻必須仰賴各種有線、無線的傳輸技術、後端資訊管理平台，甚至革新原有的電表設備，重新布建新的智慧電表(Smart Meter)，可謂工程浩大。

值得注意的是，數位化的智慧電表必須更精準、即時的記錄用電資訊，才能與後端的管理平台相互配合，進而完成無爭議的收費行為，並透過用電分析，促進節能。有鑑於此，智慧電表中的計量IC，必須具備更完善的設計，包括與感測器(Sensor)、微控制器(MCU)等元件的連結均至為關鍵，晶片廠商也紛紛邁出開發腳步，鎖定火紅的智慧電網市場。

攜手中國大陸電廠　ST強打智慧電表SiP方案

由於中國大陸經濟起飛速度驚人，用電量暴增，在缺電困擾之下，開始加快智慧電網的發展腳步。意法半導體(ST)鎖定此一趨勢，攜手中國大陸國家電網，並以系統封裝(SiP)解決方案，將計量IC等元件整合至單一基板，優化用電分析能力以強攻智慧電表，期共同做大智慧電網商機。

圖1　意法半導體大中華暨南亞區工業市場事業部工業應用技術中心資深經理周光祖(左)表示，意法半導體下一步將以STarGRID系列的PLC SoC解決方案，主攻家庭智慧電網市場。右為意法半導體大中華暨南亞區工業及多元市場技術中心應用技術經理葛紹獻。

意法半導體大中華暨南亞區工業市場事業部工業應用技術中心資深經理周光祖(圖1)表示，在中國大陸火速推動十二五計畫，以及外資持續挹注投資動能的情況下，ICT產業、工業發展突飛猛進，導致電力供不應求的情形愈來愈明顯。因此，可監控供電資訊，並將某地區剩餘的電力轉供電力不足的地區，達成完善的電力調度；或是透過用電資訊管理，避開用電尖峰，進而提升用電效益的智慧電網，已成為中國大陸政府、產業共同追逐的目標。

周光祖強調，意法半導體與掌控中國大陸二十六個省分供電的國家電網進行合作，鎖定核心架構--智慧電表的發展，推出將計量IC、微控制器、RTC(Real Time Clock)、通訊IC整合至單一基板的SiP解決方案，並針對照明、家電應用的單相電表(Single-phase Meter)、工業用的三相電表(3-phase Meter)，分別提出STPM01/10及STPMS1/S2/C1的模組化晶片解決方案。透過意法半導體優異的數位訊號處理(DSP)能力、精準的用電計量，以及配置傳輸加密模塊與電流分流器(Current Shunt)而實現的防竊電功能所打造出的智慧電表，將可促成中國大陸智慧電網市場進一步成形。

以亞洲國家的電力管理而言，精準的計量及防竊電檢測至關重要，意法半導體大中華暨南亞區工業及多元市場技術中心應用技術經理葛紹獻(圖1右)指出，以STPM01/10為例，透過SiP解決方案，可將各種具感測功能的電流分流器納入封裝基板中，提升用電異常感測能力；加上該晶片採用雙通道驗證的反篡改結構，進而強化防竊電特性，在單相智慧電表的應用中備受期待。

另一方面，由於中國大陸的智慧電網目前尚在起跑階段，故在龐大應用商機的吸引下，已有大量廠商投入，造成市場上各種產品混雜，且標準不一。對此，葛紹獻透露，意法半導體正與國家電網針對智慧電表、電力線通訊(PLC)傳輸技術，聯手推動符合中國大陸市場的統一標準，相關產品測試亦如火如荼展開，如在香港一個五棟五十層大樓的新建案中進行實場測試，而其實測成果，也將做為日後研擬標準的重要參考。

據了解，由於意法半導體係於歐洲起家，故採用已在歐洲廣泛應用的PLC技術做為智慧電表資訊傳輸的發展主軸，並以系統單晶片(SoC)的解決方案，整合DSP功能至PLC晶片中，提升用電資訊處理能力，以瞄準下一階段目標的家庭智慧網路。

SE 2.0年底通關　ZigBee拓展智慧電網再添動能

為達成智慧電網的各部連結，無線傳輸已成為一個熱門選項，而延宕許久的ZigBee Smart Energy(ZSE)2.0無線網路協定終於在今年6月初步定論，並可望在年底拍板定案。由於ZSE 2.0規格不僅含括先前ZSE 1.X版本所有應用特性，且進一步加入能源管理系統、電動車(EV)Plug-in、電源逆變器等支援，將瞄準自動讀表系統(AMR)，成為拓展智慧電網市場的最佳利器。

圖2　飛思卡爾市場經理鄺景亮 表示，閘道器為智慧電網的核心，搭起電力公司與用戶的橋樑，整合ZigBee晶片後，能以無線傳輸提升其資訊管理的效益。

飛思卡爾(Freescale)市場經理鄺景亮(圖2)表示，ZSE 2.0係針對智慧電網而研擬的標準，其即將問世的消息一出，讓許多專注ZigBee產品的廠商為之振奮，特別是當前智慧電網發展大步邁進的情況下，家用網路端的無線互連商機亦隨之蓬勃，使原本即強攻家庭、商用網路領域的ZigBee短距離無線傳輸技術，可藉由支援新的ZSE 2.0標準，加速搶進智慧電網市場。

鄺景亮進一步分析，由於世界各國正如火如荼的布建先進讀表基礎建設(AMI)，加上未來電動車透過智慧電網達成充電應用的趨勢亦加速推展，顯而易見的，加入能源管理系統、電動車Plug-in等特性支援的ZSE 2.0將有助擴展ZigBee市場。也因此，相關微控制器與射頻(RF)收發器業者如飛思卡爾、德州儀器(TI)，已紛紛展開產品布局。其中，飛思卡爾已規畫在明年發表MC13227 PiP晶片，率先卡位ZSE 2.0市場。

事實上，飛思卡爾目前已有支援ZSE 1.1規格的MC13224/13226等PiP晶片產品；另外，在家用能源閘道器(Home Energy Gateway, HEG)方面，亦有i.MX系列中央處理器(CPU)產品，可見其在ZigBee領域的布局完整，且持續展現搶攻智慧電網家庭用戶端無線網路的決心。

據了解，目前在智慧電網的連結應用上，係屬電力線通訊及ZigBee兩款技術當紅，而ZSE 2.0標準制定完成後，挾其在各項通訊功能支援的能力，包括戶內電能顯示器(IHD)、智慧調溫器(Smart Thermostat)、負載控制(Load Control)、連結介面，以及新增的能源管理系統、電動車Plug-in、電源逆變器等支援，將有助提升ZigBee陣營的競爭力，進而擴展其在智慧電網整體架構的重要性，特別是在家庭智慧網路端，將是其展露光芒的舞台。

MDMS扮推手　智慧電網創新計費標準有譜

值得關注的是，智慧電網還有一個背後推手--後端資訊管理平台，受惠電表資訊管理系統(MDMS)功能日趨完整，讓智慧電網的監控與管理更為精進，從而為未來推動時間電價(Time-of-use, TOU)、即時電價(RTP)等新的費率計算方式奠定重要基礎，更有助進一步拓展智慧電網商機。

做為智慧電表的大腦，MDMS在智慧電網的架構中可謂重要的靈魂，可提供使用者詳細用電資訊分析與電力資訊連結能力，促成電力公司與用戶端的緊密結合。聚焦此一需求，資策會網多所打造一套完整的MDMS系統，以配合政府政策，加速實現智慧電網。

圖3　資策會網多所MDMS開發工程師李睿凱表示，未來智慧電網的發展進一步擴大後，龐大的資料儲存及管理需求，亦將帶動雲端資料庫的發展。

資策會網多所MDMS開發工程師李睿凱(圖3)表示，為協助推動台灣在AMR的布建計畫，資策會網多所藉由將智慧電表結合資通訊系統，已建立國內首套可智慧監控電力用量的MDMS管理平台，具備負載管理、遠端控制、電力調度與預付儲值等功能。如此一來，透過該系統的資訊管理及分析能力，以及遠端控制機制兩相配合下，電力公司將具備重擬電價的籌碼，若未來政策進一步支持，新的收費標準便可望成形，讓智慧電網除了節能之外，亦創造節費的附加價值。

李睿凱指出，目前資策會網多所的MDMS系統可每15分鐘自動記錄一次用電量，而後該系統會將一天24小時的用電量以簡單的波線圖呈現，讓管理者了解用電行為，並進行管理與調整，促進節能目標。這種作法可衍生出三項應用效益，首先是提供用戶每小時用電型態及能源成本的相關資訊，以做為電廠與用戶能源管理的參考；其次係未來可配合各種不同價格反應的費率，算出尖峰離峰電價、時間電價與即時電價等方案，甚至支援預先付費的用電方案；此外，MDMS也有助於監控電力系統運轉效能，以改進輸配電系統的供電可靠度。

值得一提的是，對於如新竹科學園區等大規模用電的工業用戶而言，MDMS系統的地理資訊系統(GIS)功能，可預先標示出可能停電區域，以減少臨時斷電的巨大損失。不僅如此，透過使用者資訊系統(Customer Information System)的記錄，也可監控各種異常用電的情況，進而與遠端控制功能結合，即時關閉用電量突然暴衝而超出負載的電器，以避免發生火災；另外亦可透過歷史記錄，研判用電量是否正常，進而防止竊電情形發生。

事實上，MDMS與AMI的發展息息相關。李睿凱強調，當前台電布設AMI的腳步正如火如荼的進行，MDMS系統將成為推展AMI的強力後盾。此外，更換智慧電表所費不貲，對於成本回收的難題，MDMS也有機會帶來新的計費思維，讓電廠供應的電力更具價值。

智慧電網衝刺　用戶端管理設備需求看俏

綜觀上述有關智慧電網架構如火如荼的推展，導致用戶端能源管理相關設備也愈來愈受到重視，包括智慧插座、戶內電力顯示器(In Home Display, IHD)等產品，由於市場商機龐大，業已吸引許多業者競相布局，如電子製造服務(EMS)大廠鴻海也積極切入。

圖4　資策會網多所感測網路與能源資通訊技術中心副主任陳文瑞表示，用戶端能源管理系統搭配智慧插座，可隨時監控電器使用狀況，並達成遠端控制功能。

資策會網多所感測網路與能源資通訊技術中心副主任陳文瑞(圖4)表示，智慧電表是智慧電網基礎建設的重要環節，以台灣而言，台電正全力布建AMR，將於今年完成一萬戶智慧電表設置，並預計在2015年達到一百萬戶規模。而智慧插座也是實現智慧電網的一大要角，藉此進一步蒐集各種電器的用電資訊，再透過PLC技術、ZigBee無線傳輸等方式傳回後端平台分析。因此，隨著智慧電網發展持續熱燒，相關需求也將水漲船高。

值得關注的是，搭配智慧電表、智慧插座一起使用的戶內電力顯示器，可讓用戶即時掌握用電資訊，如同使用者手中的數位電表。未來，若時間電價實施後，更可成為用戶節能、節費的利器，因而亦成為商機可期的用戶端能源管理設備。

智慧電網的商機誘人，從電力公司到後端平台服務，以及設備端的晶片商、終端產品製造商，紛紛投入該市場開發產品及服務，期搶得市場先機。然而，不論智慧電表、智慧插座或戶內電力顯示器若要普及，價格勢必是最重要的刺激要素。

陳文瑞分析，以去年為例，設置一顆智慧電表仍須新台幣3,000～4,000元的成本，今年則已壓低至1,000元左右。若未來鴻海加入製造行列，則有機會降至500元以下，可更符合市場接受的價格。以目前廠商一窩蜂搶進布局的趨勢看來，設備成本可望持續下探。

除硬體設備的發展外，能源管理系統亦是用戶端設備發展的一大關鍵，如資策會網多所推出的雲端智慧綠能管理系統(In-Snergy)(圖5)即以打造智慧家庭為目標，提供客製化的用電資訊分析及管理服務，在AMI加速布建的同時，強化後端資訊分析平台，從而提高用戶節能的效益。

圖5　In-Snergy使用介面

陳文瑞指出，In-Snergy系統是透過「記錄用電」、「行為辨識」、「調控與提示」三步驟，實現當用則用，不用則停的原則，達到「聰明用電」境界。目前，該系統已用於統一超商7-11許多據點中，為各種電器布設電力感測器，再將資料傳回In-Snergy平台做用電資訊分析。而統一超商則根據此結果研擬新的用電模式。平均來說，每家參與實測的超商均有7～12%的節能效益。假設未來全面導入，推估每年可省下1.03億度電、約新台幣4億元的節費空間。

智慧電網路難行　ICT布局不可不慎

不可諱言的，再好的概念與技術推行，若缺乏市場支持，便常淪落至曇花一現的局面。繼Google在5月分宣布結束PowerMeter業務後，微軟(Microsoft)日前也因市場導入速度不如預期，而決定於2012年5月31日終止微軟Hohm能源監控管理服務。兩大資訊業者先後退出智慧電網市場，除引發用戶用電隱私權與智慧電網安全問題的討論外，資通訊業者未來如何布局亦成為各界關注的焦點。

微軟在Hohm的官方部落格中表示，在Hohm試用服務推出的這段期間，來自客戶與合作夥伴的回饋一直是很重要的鼓勵，然而，由於整體市場採用這項服務的速度相當緩慢，該公司因而決定將努力的焦點放在更能支持長期成長的產品和解決方案發展上。 事實上，Google同樣也以用戶擴張速度不佳為由，宣布於今年9月16日關閉旗下的Google PowerMeter服務。

隨著微軟和Google相繼退出智慧家庭能源監控發展，無疑讓原本將智慧電網視為迦南美地的資通訊業者心生疑慮。對此，工研院能環所電控與感測技術組長梁佩芳認為，由於能源監控業務並非兩家資訊大廠的本業，因此業務的終止對其整體營運影響不大，但卻突顯出資訊業者進軍智慧電網之路並不好走，未來在發展定位與策略擬訂時須更為謹慎。

台電綜合研究所蒲冠志博士則分析，隱私權是微軟與Google能源監控服務未能快速獲得用戶青睞的主要原因。他表示，電業是極為封閉的產業，對於用戶資料的保管相當嚴謹，因此，PowerMeter與Hohm的服務要想取得電力公司合作，難度極高。相對的，要用戶自行安裝感測器主動提供用電資料，也有隱私曝光的疑慮。有心人只要進一步分析用戶的用電情形，即可得知生產量、生活作息，甚至是電器種類和品牌。

同樣積極投入用戶端能源監控研發的陳文瑞則表示，Google和微軟的動作，並不意味資通訊業者在用戶端能源監控市場毫無發展機會，只要產品與市場發展策略正確，用戶端市場仍是資通訊極佳的發展舞台。

此外，梁佩芳亦指出，Google與微軟雖終止相關服務，但並不代表其未來不再進入智慧電網市場。事實上，以Google為例，在宣布結束PowerMeter服務之際，也推出Android@Home的新計畫，準備投入家庭自動化領域發展，這同樣也有機會延伸至能源管理領域。因此，長期來看，資通訊在智慧電網的發展仍大有可為。

不同於日前甫宣布結束服務的Google PowerMeter與微軟Hohm能源分析平台，陳文瑞則強調，使用者對於用電資訊管理平台的隱私權關注度極高，因此，全球化的網路平台，在資訊安全性方面難以突破市場疑慮，因而缺乏電力公司與用戶的支持度，終至停止服務。反觀資策會的In-Snergy平台鎖定客製化、少量多樣的個別服務，以適應各種用戶需求(表1)，包括工/商業、家庭用戶，甚至於未來搶進能源、照明管理、電動車等產業，將能開創新的智慧能源管理平台，朝向綠能趨勢邁進，並讓電力調度及使用更具效益。