第四章 產業介紹
第三節 產業結構
圖 4-7 AMI 產業魚骨圖
資料來源：Tedd C. K. (2006). Advanced Meter Information System. IEEE Transmission and Distribution Conference.；本研究整理
智慧型電表(Smart Ｍeter)：
智慧型電表為先進電表基礎設施中收集資料的功能，一些基礎裝置包括電源板、
微控制器、另外需將數據記錄完成後再傳遞至資料中心，因此電表中，更配置了無 線裝置 ，如 GSM 與 GPRS 數據機等通訊模組來連結，電表也非傳統的機械式電表，
因此需設有備用電池裝置以防斷電情況發生，最後也配有感測裝置與電表資訊管理 系統來配合未來家電自動化之需求。
溝通網絡(Communication Network)：
先進電表基礎建設之通訊技術，應視不同環境而採用多元網路技術方案，主要 技術包括：有線的電力線通訊（Power Line Communcation, PLC），與寬頻網路。無 線通訊網路則包括 GSM/GPRS、Wi-Fi、ZigBee 等。使用何種技術，應考慮用戶所 處的環境特性以及成本考量，目前各國電表廠商與電力公司大多認為電力線通訊與 ZigBee 較為有潛力。
PLC 因為其分佈廣泛，對於廠商在開發時，可利用目前既有的骨幹網路和區域 網路即可達成，以電力線作為網路通信媒介，將智慧型電表所收集的資料來進行傳 輸。PLC 在 AMI 應用上，可採用低速窄頻，其傳輸頻率通常介於 10~450KHz，其
82 bits per second。此後，市場開始發掘 PLC 用於家庭、工廠等自動化控制的潛力，
各種不同的技術陸續誕生。比較值得注意的是 1984 開始阿展的 CEBus。這個規範
2001 年時 HomePlug1.0 規範把 PLC 速度提升到 14Mbps，2005 年提升到 189Mbps，
而今天制定中的標準，更是把 PLC 速度拉到與超高速 Ethernet 相同的 Giga 等級。
若要將 PLC 分類，依照用途以及實體媒介的差異，可以分成兩個主要類型：
InHome，就是家用高速 PLC 網路通訊；另一種則是 Access Broadband，簡稱 BPL，
就是廣域的寬頻 PLC 網路。家用高速 PLC 通常是在 110 或 220 伏的電力線上運作，
而寬頻 PLC 則是在 1 千至 4 萬伏的中壓配輸電力線上運作。在寬頻 PLC 方面或 Access BPL，由於是在廣域範圍的佈建，因此實體線路是在中壓電力線，亦即 22kV 至 11kV 的輸配電力線上運作。輸配電力線主要是從配電變電所、亦即二次變電站， 剩下的 PLC 標準主要為 X-10 與衍生、LonWorks、HomePlug 和 UPA 這幾個。
HomePlug 是目前主要的通用標準之一。這個標準是由 HomePlug Power Alliance 業 界標準組織制定，主要成員是由美國 PLC 製造業者聯合成立，目前擁有 70 多家會
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員公司，其中晶片製造商占大多數。
圖 4-8 PLC 電力線通訊網路系統架構
ZigBee 是一種低耗能、架構簡單、短距離與低傳輸速率之無線感測網路技術。
在 AMI 應用上，其網路架構具備 Master/Slave 主從屬性，且可利用一個集中器即可 以規劃成 Mesh 網狀、星狀或樹狀網路架構。對於先進電表基礎建設而言，必須建 置許多節點以即時監控輸電品質或達到遠端監控之應用，因此 ZigBee 具有下列特 性，近年來被歐美等主要電力公司規劃為智慧電網的感測網路應用技術，主要特性 包括省電、高可靠度、高可擴充性。下圖 4-9 為應用 ZigBee 佈建綿密感測網路，在 先進電表基礎建設的應用上，ZigBee 聯盟所定義之規則，是對電表、電力需求回應 及負載控制、電費定價、通信及通知、安全和支援設備等皆進行規範，以確定設備 間皆可被支援。
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圖 4-9 應用 ZigBee 佈建綿密感測網路
綜合上述所說，在實際網路架構上，PLC 與 Zigbee 在佈建上需面對雜訊與干 擾，因此如何提升資料抵達綠也需要多做琢磨。以 PLC 來說，現在 PLC 所面臨最 大的問題就是信號衰減。一般最後一哩的配線由變電箱出來的 220V 三相次級迴路、
分接到電表，之後到住戶的配電箱，由配電箱將電力分成數條 110V 單相迴路。PLC 的載波在同一條迴路中可視為直接傳導，但是在配電箱跨到另一個不同相位的迴 路時，利用電磁波耦合的方式，將訊號耦合至另外一條迴路。這中間會造成 40 至 60dB 的訊號衰減。此時若有很大的雜訊產生，便有可能讓 S/N 噪訊比過低，而導 致無法通訊。
就無線 Zigbee 感測網路而言，無線感測網路可於一地理環境內選擇不同地點 佈設感測器，然而根據地理環境之空間特性，無線感測網路之網路拓墣可概分為 樹狀及鏈狀。樹狀無線感測網路之節點分佈較密集，對於其中一節點而言，其具 有複數個鄰近節點；鏈狀無線感測網路之節點通常僅具有一直線排列，對於其中 之一節點而言，通常僅具有二個鄰近節點。然而，當一無線感測網路之節點數量 增加時，無線感測網路中末端之節點與資料彙集點之間的距離將隨之增加。爲了 確保資料彙集點能夠有效地接收末端之節點的資料，無線感測網路將必然消耗更 多資源(例如電力），以傳書末端之節點的資料。除此之外，節點數量增加時，同時 也意味著無線感測網路中需要傳輸之資料量亦隨著增加，進而導致封包遺失率提 高。網路上若沒有適當的資料匯集集資料壓縮的機制，龐大的資料量會造成許多 的問題，例如耗電以及因為高競爭而發生的封包遺失等。據此，要如何改善無線 感測網路傳輸資料之效率，即降低無線感測網路資料量或使用適當的路由方式，
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將成為製造廠即需解決之問題。
資料庫中心(Data center):
將收集到的資料分析與整理，並結合其它電力科技系統，提供更多控制功能。
其基本裝置包括了中央大型主機、龐大的資料庫及分析工具，另外也設有通訊模組 與不斷電系統。
近年來資料中心龐大的能源消耗量也不斷被提起，如 2006 年總消耗量占美國 電力 1.5%，因此若繼續採用傳統集中式運算，將遭遇到兩個嚴重問題：
第一是運算設備的成本，以台電採購高壓用戶測試(30000 戶規模)時，陽春 型(僅 具備 AMR 基本功能)外商所提出的價碼是數千萬新台幣，當低壓用戶(1200 萬戶規 模)進入系統，以百億為單位的初期運算設備建置費用將是可以預期的。每年的維 護費用以及軟體費用，可能是另一個百億。
第二是系統反應問題：這是資料流量的倍數問題，以 AMI 十五分鐘的單位時 間紀錄資訊(目前是兩個月一筆)，單一表的資料流量將是目前的 4x24x60 = 5760 倍 (智慧電網的需求是 Now is Now，以秒為時間解析度的話，這將再放大 900 倍。不 過，以 ms 為單位的需求也可能會出現，假如是這樣的時間解析度，資料流量將會 是目前資料流量的 52 億倍 )，這個資料流量的衝擊，將會大幅延宕系統反應時間，
也將降低系統的可靠度以及服務品質。
就智慧電網為架構，雲端運算為服務的觀點來看：智慧電網的節點將會回饋海 量的資料並冀求高速的運算平台提供服務，而雲端運算平台是非常合適的服務提供 者，因此建立電力公司階層式私雲(Hierarchical Private Cloud)可能解決方案之一。
下圖 4-10 為 AMI 與雲端運算結合之架構圖。
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圖 4-10 AMI 與雲端運算結合之架構圖 資料來源：Tarry, S. & Pavan, K. V. (2009).
應用服務(Solutions and Application)：
各種創新應用服務，依據不同的顧客需求所發展而出，追求更有效率的使用電 力。許多廠商目前也積極投入到應用服務開發，隨著用戶端不同，其開發重點也有 所不同，如高壓工業用戶要求高穩定性、不斷電系統服務等，而低壓家庭用戶則在 於需求反應、即時電價等。各種應用服務的開發時程大致來說依循下列的順序進行，
Billing Reads、Outage Detection、System Operation、Customer Response、Demand Management。
貳、產業價值鏈
圖 4-11 AMI 產業價值鏈 資料來源：本研究整理
全球各國也都加緊腳步投入資金到先進電表基礎建設，全球智慧電網帶來的商機是 無限大。一般來說，AMI 整體產業可分為軟體與硬體兩個部分作為說明，建置 AMI 所 需要的技術主要包括 Wireless/Telecom（12%）、IT Software（25%）與 IT Hardware（30%）。
資策會指出，這三個主要技術組成佔全部技術的 67%，而這些技術都是台灣廠商的強項，
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因此台灣電子產業在分食全球電網市場很有競爭力。台灣在硬體方面，電表產業原本就 較為成熟，偏向傳統製造業流程。因此目前高壓數位電表的零組件，如通訊模組、電池，
電表資訊管理系統等，台灣廠商均可自行開發生產。但是電力量測晶片（含軟體）台灣 技術尚無法達到，必須仰賴國外技術。電表介面配合所需要之功能來設計，並組裝生產，
由技術人員裝配安裝，測試維修。軟體方面，目前仍在開發階段，但主要會有個龐大資 料中心，並配合平台的建立、資料的傳遞處理，開始尋求客戶、創新應用服務的發展，
如提供即時價格服務、斷電預警、客戶回應機制，以動態電價降低尖峰時刻用電，或以 配電管理系統等創新服務。為爭取智慧電網產業鏈的龐大商機，台灣廠商應積極投入用 電端管理服務系統、電動開關與配電變壓器等輸配電產品、智慧電表相關網通設備、晶 片組與感測控制元件等領域的發展
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