借助GPRS/3G網路　遠程電力抄表系統建置更省力

在許多偏遠與無人之監視點，建設網路時常不易，如何應用現有而廣布的網路更顯重要，由此，整體封包無線電服務(General Packet Radio Service, GPRS)為其之中的首選，而智能電表第三代行動通訊(3G)遠程自動抄表系統(Automatic Meter Reading, AMR)也是在GPRS無線通訊上一個嶄新的電力解決方案，同時為現代智慧電網中一個重要環節。

全球智慧型電表市場成長快速

圖1　2008～2015年全球智能電表出貨量及安裝量

伴隨工業自動化的趨勢，早期舊有的人工抄表方式逐漸被遠程智能抄表所淘汰，尚且許多無人看守的設備與監測點並不適合布建有線網路，因此智能抄表逐漸顯得重要。近年智慧電表日益遍行，全球市場規模快速增長，其中歐洲市場發展最快，亞洲亦隨之跟上，台灣預計在2016年完成五百萬戶低壓AMI建構。

除此之外，在東南亞與南美等地，近期亦開始發展試點，待測試完成，便會廣為布建。至於新興市場印度、巴西與中國大陸電表的安裝量也逐年穩健成長。

在各國緊鑼密鼓大力投注資源下，資策會預估，全球智慧電表的安裝量將由2008年的一千六 百萬台，增長至2015年的一億六千三百萬台(圖1)。另一市調機構Pike Research更預估，全球安裝量將於2020年達到約九億六千二百萬台，普及率高達59%。

由此可見，隨著物聯網，以及智能家居、智能安防、智能城市等應用的逐步推廣，加上全球政府與節能議題推波，智能電網之成長動能已快速增加，並順帶推動周邊設備監控管理等布建。

GPRS自動抄表系統被看好

圖2　3G電表自動抄表系統

早期傳統的電表計算是透過人工定期到現場抄取用電量、電壓、功率等數據，再將這些數據整理送回監控中心，如此往返於時效性、準確性與經濟性上，都有存在諸多的不足與不便，相對地也耗費大量的人力、物力與財力，智能抄表便是為了解決上述問題所產生。

今日各式各樣的無線技術百花齊放，如ZigBee、無線區域網路(Wi-Fi)、藍牙(Bluetooth)等，而GPRS是最常被採用於遠端抄表系統。大致上來說，電表採集點多位於社區大樓等地，居民用戶的用電數據經由電表本身採集，而電表串列埠介面與GPRS終端相接連，電表數據經 由協定封裝後發送到GPRS數據網路，透過GPRS網路將這些數據傳送到配電數據控制中心。

透過GPRS網路系統，可將集群式智能電表採集的電力系統數據傳遞到各級的集中監控中心，如此省去許多的人力成本，定時式的回傳電力數據也提高數據的時效性，並藉此實現對電力監測設備的統一監控與分散式管理，而今透過GPRS技術的特性結合電力市場以彌補傳統應用上的缺失，且提供簡單高效的通訊方式(圖2)。

GPRS系統架構在數據封包交換，多個用戶可以共享同一個數據傳輸通道，單一用戶只有在傳輸數據封包的時候才會占用通道。換句話說，所有的可用頻寬能夠立即配發給目前發送使用數據的用戶，如此一來，總體頻寬可供發送或接受數據的用戶共享，也較不易有閒置的時刻。

在電信公司的GPRS商務平台下建構遠程電力抄表系統，乃經由GPRS網路，可利用現有網路，縮短建構時間，降低營運成本，除此之外，設備安裝簡單且維護方便。透過GPRS實現無線電力遠程抄表與控制有下列特點：

‧	提供遠端控制
	透過GPRS雙向系統還可以針對電表設備實現遠程控制，進行參數調整，重新開關等控制操作。 假如布建網路的地點偏遠或不易抵達，亦可透過此服務來節省人力成本，更降低對此相關運作的額外支出。
‧	即時性
	早期透過人力執行抄表，須讓負責人定期至各處定點記錄抄表，待蒐集完成後將數據送回控制中心，而電力使用無法中斷，待至人工抄表費時完成，中控中心所得數據已非現場數據，因此喪失即時性。而透過自動抄表系統，一天內可立即取得現場資訊，掌握最為正確的數據即時性。
‧	涵蓋範圍廣
	GPRS涵蓋範圍相對廣泛，在無線全球行動通訊系統(GSM)/GPRS網路覆蓋範圍內，都可以完成對遠程採集數據的控制與管理，此外，擴充網路無限制，上線地點也無限制，能滿足山區、鄉鎮與跨區域的上線需求，如此可降低一些偏遠不易抵達、抑或無人駐守之據點的建置和維運成本。
‧	提高傳輸速率
	一般而言，單一電表採集據點每次數據傳輸量在10kbit/s左右，理論上，GPRS網路傳送速度可達到171.2kbit/s左右，而目前GPRS實際傳輸速率可達40kbit/s左右，充分滿足抄表系統所需求的傳輸速率(≧10kbit/s)的需求(圖3)。
‧	布建成本低
	由於採用的是GPRS無線公開網路平台，系統建置人員僅須將舊有設備透過RS-232/422/485連結上GPRS數據機(Modem)，毋須為此遠程抄表系統進行特殊布線，布建前期投資金額較低，成效也較快完成，且整體後期的維運成本低廉。
‧	系統整體傳輸量大
	電量管理中心須與每個數據採集點保持聯繫，由於這些電表數據採集點數量眾多且廣布，因此抄表系統須能應付突如其來的資料量，而GPRS網路即可符合此一需求，確保整體系統穩定運行。

圖3　GPRS速度比較

藉由上述優勢，GPRS網路於遠程抄表系統內，可讓供電管理部門毋須在乎距離遠近與地勢，針對電力採集點進行監控，自動讀取相關數據並加以分析，更可以進一步進行遠程控制或是設備維護，以達成減少各項資源與成本控制之目標。

3G技術裨益遠程電力抄表

3G能同時傳送聲音與數據訊息，並可處理圖像、音樂、視訊等多媒體，室內環境速度一般為2Mbit/s以上。3G網路應用在個人與商務上已相當盛行，在手機市場更是廣泛應用，但在工業環境與機器對機器(M2M)領域，近來才逐步導入。由於部分國家2G頻段開始回收並布建3G設備，許多電力抄表系統整合商也開始選用3G網路做為電力遠程抄表的資訊傳遞管道。最早3G存在四種標準，包括CDMA2000、寬頻分碼多重存取(WCDMA)、分時-同步分碼多工存取(TD-SCDMA)、WiMAX。

WiMAX技術最早提出時，用意是取代Wi-Fi，但後來演變為提供終端使用者任意上網的一種新無線傳輸方式，然而這些功能3.5G/LTE都可以達到，使其面臨各方面競爭，而WiMAX的市場定位問題，也導致其於4G市場沒落。

後來，國際電信聯盟(International Telecommunication Union, ITU)在2000年5月確定三大主流標準，寫入3G技術指導性文件--2000年國際行動通訊計畫(簡稱IMT-2000)，而其分別為WCDMA、CDMA2000與TD-SCDMA(表1)。

WCDMA即Wideband CDMA，也稱CDMADirectSpread，意為寬頻分碼多重存取，其支持者主要是以GSM系統為主的歐洲廠商，日本廠商亦參與其中。此系統能架構在現有的GSM網路上，系統提供商可以輕易地升級，而對於GSM系統普及度較高的亞洲而言，WCDMA接受度也相對較高，因此WCDMA較具有先天的市場優勢。

CDMA2000亦稱CDMAMulti-Carrier，由高通(Qualcomm)提出，而在各國公司參與討論後，至今以韓國為該標準的主導者。這套系統由窄頻CDMAOne標準衍生而出，可將原本的CDMAOne架構直接升級到3G，且布建成本低廉，但目前僅日韓與北美使用CDMA，支持者不如WCDMA般眾多。

TD-SCDMA標準是由中國大陸獨自制定的3G標準，該標準將智能無線、同步CDMA與無線電等技術考慮其中，且頻譜利用度具靈活性與成本等獨特優勢。中國大陸廣大的市場，受到各大主要電信設備廠商的重視，因此全球多數設備廠商都宣稱可以支援TD-SCDMA標準。

由於3G無線的技術更先進，有更大的傳輸頻段，能夠在全球範圍內提供更寬廣的無縫傳輸，並且能夠處理圖像、音樂、視訊等多媒體格式，對於電力市場內的監控效能都具有一定的提升，甚至將整體的監控系統透過基於3G的無線網路為核心，整合入不同需求應用，如電廠影像監控等。

3G網路的高頻寬、廣布性與容易升級等特性能滿足傳統電力抄表的市場需求，除此之外也能結合保全、監控等其他市場應用，因此3G網路被電力系統整合商廣泛應用於抄表系統內，進而結合其他功能。

智能化GPRS電力抄表未來可期

GPRS無線傳輸技術，可讓遠程抄表系統將電量數據與其他所需資訊即時並可靠地收集回來，為用電管理提供時效性好、穩定性高的數據；而搭配智能化系統分析軟體，可實現用戶用電量的統計、用電情形的分析與用戶使用狀態，並且記錄事件，方便管理人員進行監測與控制分散於各地的電表，例如參數異常警告或是快速察覺修改電能表參數等非法行為，智能化GPRS電力解決方案為現代電力系統中重要的環節之一，並可預見智能電網將日益普及於民生各處。

(本文作者為興華科儀MLiS市場經理)