采用AMI系統(tǒng)構(gòu)架的智能電表系統(tǒng)介紹
電表市場數(shù)量龐大，若全面換裝智能電表，則市場規(guī)模將相當(dāng)可觀。智能電表安裝數(shù)量自2009年起，開始出現(xiàn)兩位數(shù)的成長，市場研究機(jī)構(gòu)ABI預(yù)估2009年智能電表安裝達(dá)7,600萬具，2015年預(yù)計將達(dá)2.12億具。未來五年歐洲與北美仍為主力市場，亞洲在中國大陸帶動下，為成長潛力最大的區(qū)域。
AMI系統(tǒng)架構(gòu)簡介
AMI系統(tǒng)指利用各種通訊方式，將客戶端電表資料傳送回控制中心的技術(shù)，透過雙向通訊達(dá)成各種遠(yuǎn)程資料讀取、提供、設(shè)定及控制等多種功能之系統(tǒng)。AMI除了改善傳統(tǒng)人工抄表不經(jīng)濟(jì)、不精確與不實時之缺點外，尚具備多功能，例如：支持各種不同電價費率、提供用戶能源使用信息并引導(dǎo)自發(fā)性節(jié)能、支持傳送信號進(jìn)行用戶負(fù)載控制，以因應(yīng)電價改變的自動響應(yīng)、支持故障偵測與遠(yuǎn)程開/關(guān)管理、改善負(fù)載預(yù)測、用戶用電品質(zhì)管理等。
(一)AMI為國家、電力業(yè)者與用戶帶來多方面效益
AMI相較于傳統(tǒng)機(jī)械電表，優(yōu)點在于具備雙向通訊功能，因此AMI可連結(jié)用電、發(fā)電甚至是儲電系統(tǒng)等多方信息相互流通，輔助電網(wǎng)朝向電力系統(tǒng)之高速公路發(fā)展，達(dá)到隨上隨下的功能。因此AMI主要優(yōu)點在于促成節(jié)能減碳目標(biāo)實現(xiàn)、改善供電品質(zhì)以及提升經(jīng)濟(jì)效率，因此在國家、電業(yè)、用電戶三方面各能提供多方面的效益，如圖一。
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圖一 AMI為國家、電力業(yè)者與用戶帶來之效益
在國家面AMI可促成需求面管理，以及再生能源并網(wǎng)，因此有助于國家達(dá)成節(jié)能減碳政策目標(biāo)。而對于電業(yè)而言，AMI 可提供負(fù)載控制通訊功能，快速量測、診斷電力質(zhì)量，來實現(xiàn)電網(wǎng)自愈功能(self-healing)，提升供電品質(zhì);并可透過時間電價機(jī)制之搭配，實現(xiàn)尖離峰平滑，以減緩新建電廠的壓力;同時 更容易獲得用戶的用電資料，故可提供更多創(chuàng)新服務(wù)。最后在用戶面，AMI搭配顯示器可使 用電信息透明化，使用電戶能掌握更多信息，進(jìn)行能源管理;并加強(qiáng)用戶與電力系統(tǒng)之靈活互動，使用電戶可同時扮演發(fā)電者與電力消耗者的角色(Prosumer = Producer + consumer)，有助于健全電力市場運(yùn)作。
(二)AMI三個主要次系統(tǒng)
AMI系統(tǒng)主要由智能電表(Smart Meter)、通訊系統(tǒng)與設(shè)備、電表信息管理系統(tǒng)(Meter Database Management system;MDMS)所組成，如圖二所示。
1. 智能電表智能電表指可進(jìn)行較復(fù)雜電力運(yùn)算，再加上雙向通訊功能
因此智能電表內(nèi)部主要關(guān)鍵組件依功能可分為通訊模塊與計量模塊兩大部分。智能電表中牽涉計量部分之關(guān)鍵組件有：高精度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(Analog to Digital Converter;ADC)、MCU、高精度比流器(Current Transformer;CT)、實時時鐘(Real Time Clock;RTC)。由于智能電表需執(zhí)行較復(fù)雜且精密的電力運(yùn)算與量測，因此電力計量芯片的開發(fā)是影響智能電表菜單現(xiàn)之關(guān)鍵，其中MCU更是影響智能電表運(yùn)作之關(guān)鍵組件。
圖二 AMI系統(tǒng)架構(gòu)
MCU就如同智能電表的心臟，MCU功能之多寡與穩(wěn)定度，直接關(guān)系到智能電表的表現(xiàn)。為使用戶與電力公司能有更靈活互動，智能電表所能支持之功能，相較于一般之電子電表復(fù)雜的多，除了基本的多功能電力參數(shù)量測外，尚必須有支持時間電價、需量計量、負(fù)載曲線、實時電價，以及電力品質(zhì)計量等功能。另外，低功耗與加密防止駭客之設(shè)計，也是開發(fā)智能電表用MCU時需納入考量的重點，以符合省電與安全性考量。
2. AMI通訊技術(shù)選擇
可用于AMI的通訊技術(shù)多元，技術(shù)采用需視通訊范圍以及各地區(qū)環(huán)境差異而不同，目前包括PLC(Power Line Control)、光纖(Fiber To The x;FTTx)、以太網(wǎng)絡(luò)(Ethernet)、ADSL、行動網(wǎng)絡(luò)(GSM、GPRS、3G、CDMA…)或無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Wimax、Wi-Fi、RF)等不同通訊技術(shù)。
AMI依通訊范圍可分為三種通訊接口：(1)廣域局域網(wǎng)絡(luò)(Wide Area Network;WAN)WAN是指低壓用戶集中器與控制中心間的通訊接口，或是高壓用戶智能型電表與控制中心間的通訊網(wǎng)路，此部分需采用可長距離通訊的通訊技術(shù)，通常會以行動通訊技術(shù)為優(yōu)先，如GSM、GPRS、3G等。(2)局域網(wǎng)絡(luò)(Local Area Network;LAN)LAN為智能型電表與集中器間的通訊接口。由于電表數(shù)量龐大、通訊量可觀，此部分之通訊技術(shù)，一般會以免付費之有無線通訊技術(shù)為優(yōu)先考量，如PLC、RF、Zigbee等。(3)家庭局域網(wǎng)絡(luò)(Home Area Network;HAN)為智能電表與屋內(nèi)顯示器(In Home Display;IHD)、其它計量表或電器間的通訊接口，通常以方便性及低成本為考量，目前主要以Zigbee或PLC通訊技術(shù)為優(yōu)先。
3. 電表信息管理系統(tǒng)(Meter Database Management System;MDMS)
MDMS主要技術(shù)涵量在于軟件之開發(fā)。AMI系統(tǒng)架構(gòu)下，信息全透過通訊系統(tǒng)傳遞，電表所收集到的信息透過通訊系統(tǒng)存入MDMS，同時必須支持多項后端應(yīng)用系統(tǒng)，如帳務(wù)系統(tǒng)、缺電系統(tǒng)、客服系統(tǒng)等。為確保資料正確性與安全性，以及使用搜集到之電表信息，但又不影響MDMS的正常運(yùn)作，因此需要更復(fù)雜、更完整的程序設(shè)計，故目前有能力承接大規(guī)模MDMS計劃之供貨商，大致以O(shè)racle、Ecologic、Itron 和eMeter 四家為主。
AMI系統(tǒng)下MDMS主要功能簡述如下：(1)可接受來自不同AMI架構(gòu)、廠商、電表型態(tài)之資料，并依據(jù)電力公司標(biāo)準(zhǔn)對讀取到的資料進(jìn)行資料確認(rèn)。(2)資料來源判斷與編輯處理(Validation、Estimation、and Editing;VEE)。(3)記錄讀表過程的狀態(tài)和事件，以及透過分析與歷史資料比對，找出疑似的慢速電表、停止電表和竊電行為等。(4)支持用戶信息系統(tǒng)(Customer Information System;CIS)、票務(wù)系統(tǒng)連接…等后端應(yīng)用系統(tǒng)。
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