智慧電表設計要求高 開發門檻持續墊高

智慧電表需具備高彈性、多模網通連結支援，才能在部署電表時有效減省成本與時間。OVO Energy

有別於傳統電表，智慧電表可以是發展未來智慧電網的重要發展門檻，而智慧電表也能銜接物聯網、智慧家庭等進階應用場域，不只提供更具智慧的電力配置最佳化效益，同時提升更具效率的能源應用智能管理機制，對導入綠能源或是降低居家能耗方面均有重要的存在價值...

發展智慧電網、智慧能源應用環境，最大的關鍵在於在用戶端的能源應用計量裝置，就是一般提到的智慧型電表(Smart Meter)量測終端，以智慧型電表的應用方向，相較舊款非智慧設計的電表，除了單純數位化的用電量監測、數據量測？記錄外，亦會有針對電力控制的相關智慧型功能，與可讓電表紀錄資訊保存、傳送的網通系統或架構，建構滿足智慧電網(Smart Grid)基本終端應用需求。

電表智慧化難度高  須兼顧成本與多模網通支援彈性

因為電表智慧化，不單純僅是將用電計量機制轉數位化、跟電表整合網通功能，而是除了數位化原有的電表架構外，必須針對智慧型電表銜接智慧電網所需的進階智能與網通功能整合，甚至對於未來智慧電網需要的進階多模支援、高靈活性的架構設計，進行電網終端的智慧電表開發，而因應智慧電表的部署需求，整合智慧應用與能適時銜接不同場域的網路環境，高彈性的設計架構就成為智慧電表必須兼顧料件成本與多模支援的最大設計挑戰。

基本上，智慧電表本身須定位在實用基礎、同時具成本效益、滿足現在與未來應用需求的系統架構，若以智能電網的網路架構觀察，新一代智慧電網所需的多模(Multi-mode)架構支援，對於實際部署智慧電表的現場工作相當重要，因為實際進行電表部署時，若是傳統電表，只須使用常規計量裝置便可支援不同裝設環境、場域的電表設置需求，但智慧型電表的裝設條件卻大不相同，因為實際裝設時會遭遇到設置現場支援的基礎建設條件差異、網通品質、地理環境與是否需因地制宜的設置差異，導致安裝需求產生差異。

部署智慧電表  選用連網技術需因地制宜

為了便於部署智慧電表，較合宜的方式是在電表設計部分，即整合可因地制宜的彈性多模網通技術支援功能，例如可以因應家用區域網路(Home Area Network；HAN)、建築區域網路(Building Area Network；BAN)，或採用短距離無線網通標準，如藍牙(Bluetooth)、無線區域網路(Wi-Fi)、Thread或ZigBee網通方案，甚至直接銜接家庭的電力線載波(Power Line Carrier；PLC)或鄰近區域網路(Neighborhood Area Network；NAN)、使用基於GPRS/3G/Lte(Long term evolution)銜接的機器對機器(Machine to Machine；M2M)通訊網路支援。

在實際部署智慧電表，可能選用的網通方案甚至還會有MTC(machine type communications)、NB-IoT(NarrowBand IOT)、LPWAN(Low-Power Wide-Area Network)等網路拓撲選項，銜接雲端系統透過網路擷取終端資料，甚至還會採行PLC、IEEE 802.15.4g等將區域內的智慧電表節點進行資料聚集點(Data Aggregation Point；DAP)整合，再將區域DAP的資料透過如GPRS/3G/LTE MTC等無線數據傳輸通訊架構的M2M網通方案，將區域DAP數據轉送到數據中心或雲服務進行再處理。

高擴展性、高彈性網通連接設計  可簡化部署難度與降低成本

為了將電表部署時間、成本壓低，較合宜的方式為將智慧電表採取更彈性、高擴展性的方向整合，讓第一線的部署電表工程可以因地制宜進行最適當的網通連接整合，而電表的對應解決方案就必須針對不同網通架構支援預留足夠的靈活彈性，才能在實際安裝部署上因應多元的網通技術標準。

而且，除了標準支援可能還不夠，網路通訊技術可能一個季度就有跳躍式的改版進展，除了硬體架構方面的多標準支援彈性外，在網通技術的軟體、韌體支援與擴充性，必須在考量硬體支援彈性時一併考量，尤其在較新穎的網通技術，如電力線網路等，在標準異動頻繁下，智慧電表的網通整合支援必須具備因應通訊協定改版的彈性，以便減少後續系統維護或擴充上的成本開銷。

另一個關注重點則是在智慧電表所建構的網絡下，如何在電表終端擴充對應的系統維護機制，透過更智慧的遠端監控、軟體？韌體升級，簡化維護電表終端的維護程序甚至降低維運成本，是導入智慧型電表的重要考量。例如，對應智能電表可能因應服務或是家庭用電配置調整需求，而需要在電表端的軟體？韌體進行更新時，則需要避免外派專員進行手動更新，而應該開發對應的遠端維護系統與軟體更新機制，透過後台排程規劃自動化進行區域電表的核心系統更新，此外，維護平台的網通傳輸必須針對網路通訊環境可能存在的安全隱患，進行防毒、防駭與防止阻斷式攻擊影響監控終端的資料傳輸，必須在設計階段進行整體考量，或提供對應網路安全方案為後續擴充應用。

智慧電表終端之所以在網通功能整合方面，仍未能有一套完整的互通標準，其實並非無標準可依循，而是針對智慧電網的通訊應用至今仍未有一套通用的標準可選，反而是因地制宜選用部署環境或區域最有效益的網通方案進行整合，作為電表節點整合的方向。

智慧電表功耗要求高  成本亦不可差距過大

另一個智慧電網發展下的電表終端設計考量，會將重心放在壓低智慧電表本身的功耗、製作料件成本方面，也就是說電表終端在運行過程中幾乎超過九成的時間都處於閒置，因為在電表整天運行狀態下，只會進行用電配置與電力用量的數據採集，除非進行電表軟體？韌體更新，或是智慧電表向中央伺服器交換資訊進行密集網路通訊，才會有較高耗能產生，但畢竟智慧電表對比傳統電表必須在不增加過多額外功耗下、提供進階智慧電網衍生的智慧電表應用外，對於組構電表本身的零配件必須壓低成本，才能在市場有足夠的競爭能力。

以現有智慧電表設計觀察，如果數位電表本身為採行兩個3號電池供電的話，至少智慧電表需維持5年以上不接市電便可運行的省電能力，同時針對閒置與尖峰用電期間，都能維持最佳化的耗能要求。在成本方面，傳統與智慧電表使用的料件有極高近似，智慧電表僅多了用電數據採集、網絡連結模組與可程式化的智能運行模組會產生能耗，若能導入優化耗能的微控制器系統，將可發展極低功耗的智慧電表的終端發展平台，一般若採低成本微控制器實踐智慧電表設計，成本約在20美元上下。

電表多模整合應用成為趨勢  無縫銜接智慧家庭應用

而為了迎合低成本、多模支援、彈性支援最新穎的通訊協定要求，在整合多模網通技術支援方面，常會因為需要多組通訊模組整合，才能達到設計要求。但問題來了，為了因應多支援的網通架構，反而要組構不同的網通硬體因應其實是相當不智的，反而使用可軟體定義的數據機(SDM)與預留高擴展性的網通連接模塊，對於智慧電表產品面對多種網通應用整合，規劃與部署會更有效率、並降低成本。

智慧電表的多用途應用亦是一大技術門檻，隨著電表智慧化整合方向，居家的各種資源儀表會朝向整合或依附在智慧電表下提供原有計測應用，例如智慧電表結合水表計測、瓦斯計測、暖氣計測等應用，這類類比儀表僅需依循原有計測架構，將採集數據轉換成數位化透過智慧電表數據處理架構彙整，定時傳回後端資料庫，等於一次性將家庭電量、水量、瓦斯用量等資源使用狀態全部數位化處理，而這些資源用量本身的數據量每日僅數位元組，為了單一資源計量需求開發智慧採集儀表其實並不划算，讓這些家庭資源耗用計量統籌以智慧電表彙整後送數據，成為目前智慧電表開發重要方向之一。