智慧电表是智慧电网的神经细胞

智慧电网的架构核心便是先进智慧电表基础建设（AMI），作为自动读表平台角色的AMI，第一步就是换装数位电子式且具有网路传输功能的智慧电表（smart meter）。 AMI的重要环节还包括电子监控系统、电表资讯管理系统（Meter Database Management；MDMS）、网通设备与通讯网路骨干、伺服器与终端运算系统、发电厂、用电管理系统（EMS）和分散式能源资源（DER）等。从整个智慧电网的架构来看，AMI是整个智慧电网的神经系统，而智慧电表就是其关键的神经细胞。

《图一　工研院、士林电机与全家三方合作，共创『能源资通讯产业』新商机》 - BigPic:800x533

智慧电表规格不一但用途单纯

智慧电表目前有各种不同的规格标准，包括美国的ANSI C12、IEC的IEC 6205x、欧盟的EN 50470-X、澳洲的AS 1284.x等，中国也有订出自己的Q/GDW37x系列规格。一般而言，智慧电表架构设计可以大概分为高压三相和低压单相预付费设计两种类别，由电子电表和通讯模组所构成，以控制器晶片模组为核心，多采用液晶显示萤幕，分为单、三相预付费设计。三相式智慧电表以商用为主，主要是以需量功能和瓦时计量功能为核心：单相式则以一般家户民用为主，台湾主要采用的是美规的单相三线。

注重双向多功能远端通讯设计

智慧电表主要功能是建立按使用时间计算电价（TOU）的智慧系统，并且支援可远端遮断或复归等功能，因此智慧电表也需进一步内建电表通讯介面（MIU），与用电管理系统EMS有效连结。不同于以往传统的机械式电表，智慧数位电表强调使用寿命长和多功能设计架构，主要功能包括可以即时双向量测；更为准确的量测精度；可分时段计算用电量；可量测并纪录电力品质参数，例如谐波和无效功率等；读表自动化的无线通讯功能；还有远端监控断电和复电功能；以及一表多卡等的架构设计。简言之，「时间电价」、「通讯界面」、「电力品质量测」、「负载曲线记录」等，是电子式智慧电表的主要特色。

电表要耐受极端环境 产业链稳定性高

智慧电表表体的制造技术门槛虽不高，但进入市场门槛很高。智慧电表的主要客户就是电力公司或是公共事业单位，其高度要求电表零组件架构设计的技术稳定性与安全性，智慧电表也需具备极端环境的耐受能力，表体和内部关键零组件的一致性就更为重要，才能因应各种恶劣气候和极端温湿度等多变环境的挑战，继续维持高精度的数位电子电表功能。因此智慧电表供应厂商往往青睐于长期稳定投入电表零组件的厂商，能够提供完整智慧电表解决方案的厂商，往往也是提供智慧电表关键技术的厂商。

老鸟新手纷纷投入智慧电表晶片领域

国外主要开发智慧电表的厂商，也是以往在各类型电表领域的供应大厂，包括瑞士的兰吉尔（Landis+Gyr）、美国的Itron、GE energy、Echelon、比利时的Elster 、西班牙的Circutor和ZIV 、德国的Diehl Metering、英国的Entity Group、丹麦的Kamstrup和法国的Sagem Communications等。国外投入智慧电表晶片技术核心关键的厂商，仍以Landis+Gyr为马首是瞻。不过越来越多晶片厂商正积极投入智慧电表核心晶片的开发行列。像是飞思卡尔（Freescale）便已推出单相和三相电表控制器解决方案，16位 SAR ADC模组不仅可支援三相电能计量，也能驱动低成本电能计量或用于电能监控。其中的即时时钟（RTC），便提供时间电价功能，此外，RTC具有篡改检测机制，可检测偷电情况，向电力公司发送触发或错误通知；若产生主电源故障问题，其还能具备自有电池电源独立运行。

美商亚德诺（ADI）也推出可针对多相位组态包括三导线与四导线所设计的电表IC，能够以超过能源计量器Class 0.2规格、以0.1%的精确度与动态范围，量测总体的实功与虚功电能。其产品亦能够监测能源品质的参数，诸如SAG、峰值、周期、角度量测、与相位序列等。同时ADI的智慧电表晶片可侦测各种窃电状况，同时又能够维持正常运作的能力，能减少现场通话与计量器问题排除的时间。

意法半导体（ST）也推出可有效降低智慧电表功耗的微控制器系列，藉由130奈米制程的低功耗技术，可有效降低漏电流，提升微控制器在动静态模式下的效能，可在作业模式下节省能源，进而达到能源之星80Plus规范，符合国际高效能电源推广计画及待机功耗限制。德州仪器（TI）也推出适合智慧电表的低功耗微控制器，具备优于 0.1% 的能源量测精准度和具备窜改防护功能的安全能源监测功能。类比混合讯号晶片大厂Maxim也斥资约3.15亿美元现金，收购未上市公司Teridian Semiconductor进军智慧电表晶片市场，以此取得Teridian在能源量度系统单晶片技术应​​用上的影响力。

台湾开发智慧电表晶片不遑多让

台湾在开发智慧电表晶片的努力一直没有停歇，工研院能环与环境研究所长期研发智慧电表量测晶片，与士林电机合作多年的三相电子式电表设计技术，便协助士林电机生产自制智慧电表。工研院能环与环境研究所之前研发完成的「三相电子式电表讯号处理晶片」，内建六组「三阶Σ-Δ16位元类比数位转换器」，搭配工研院自动增益控制电路的专利，讯号杂讯对比（SNR）超过85dB，可有效增加电表电力量测范围。应用此晶片之智慧型电表可同时显示电流、电压、实/虚功率、功因等资讯，并可加以储存计算，或透过通讯网路提供远距离遥控接断电、远距离遥控读表、故障自动侦知、电力品质监控、时间电价、即时电价传输及负载控制等功能。工研院能环所也计画进一步开发单相电子电表讯号处理晶片。

亚力、士林电机和旺玖共同合资成立的玖鼎电力资讯，也在单相智慧电表晶片上有突破性的成果。玖鼎的单相智慧电表晶片强调超过IEC62053-21/ANSI C12.20标准，精度达到2000:1动态范围内误差值小于0.1%，将真时时钟、快闪记忆体、LCD驱动、温度感测器、通讯埠及能量管理，全部整合成单一晶片，可提供低成本高功能的电表解决方案。晶片内部内建之高SNR比AD转换器配合自动增益控制（AGC）电路，信号噪音比SNR超过80dB，可在宽广的量测范围内达成优于0.5级的精度需求，并支援停电时电表读取的能量管理功能。目前工研院正在开发一款高规格的插座式电表，所使用的电表晶片也将由玖鼎来提供。

台厂智慧电表产业链逐步成形

台湾投入参与智慧电表的厂商，也以玖鼎最受瞩目，目前已成为台电家用型电表先行案候选供应商二家之一，玖鼎科技也已切入中国青岛电力供应链。其他主要生产智慧电表的厂商还包括大同和中兴电工，齐硕科技也推出三相电子式多功能表，具有宽量程全数位电能电量测量功能，可设定为单相三线、三相三线或三相四线式电表，能够测量实功率、虚功率、累积实功率及累积虚功率等，不但同时具有瓦时表、乏时表、需量表之计费功能外，亦能将各相电压、电流及实功率、虚功率等资讯，一并储存在记忆体内，可经由光学头读取电表资料，达到电力使用过程全程监控和纪录的目的。

智慧电表所需的感测元件、网通模组、通讯晶片等零组件，台湾厂商也参与其中，包括讯舟生产智慧电表无线通讯模组、旺玖生产家电通讯晶片、盛达电业提供智电力线内建通讯模组、康舒开发智慧电表表头和电力线传输、正文和中磊提供智慧电网传输设备等。

智慧电网势在必行 智慧电表小兵立大功

根据经济部能源局评估，国内建构智慧型电表基础建设，预计每年投入成本62.8亿元，可创造出68亿元的电业效益，带动国内产业781.9亿元总产值，具有相当高的成本效益。台电近日也已经表示，为着手进行AMI智慧电表基础建设，第一阶段将针对科学园区、工业区等制造业厂商约2万3千家高压用户电表，以及1万户低压用户从今年下半年开始更换智慧电表，预计在民国101年底前全数更换完毕。这代表台湾已经正式跨出建设智慧电网的第一步。要实现智慧电网，还需要引进许多新的技术，包括新的ICT技术、电力电子技术、储能技术、自动化电力系统技术、微电网、操作性技术，以及电压和回应性电力控制技术等。但这些技术没有智慧电表的普及化与稳定性，智慧电网的基础也会不够扎实。 「小兵要立大功」，可说是智慧电表最贴切的形容了。