無線感測技術在智慧型電力系統的應用

Zigbee Alliance亞洲行銷群總監賴鎮堅。

當老舊的電力系統面對日益俱增的電力需求，使得今日全球各地不斷發生電力系統失效的事件。Zigbee Alliance亞洲行銷群總監賴鎮堅舉例指出，在2006年7月時，因熱浪來襲，使得歐洲國家的空調系統過度使用，其中英國首都倫敦更因此發生大跳電；大約同時間，美國紐約部分區域也發生斷電事件，影響戶數超過五萬，而且時間延續了一週以上。

針對這種電力超載所造成的事件，賴鎮堅表示最重要的解決方式是要能對電力負載做出正確的預測，另一個角度則是讓用戶端有辦法自行做用電管理，或同意由電力公司進行適當的終端用電管控。然而，要做出電力負載的預測，首先必須取得立即且大量的用電行為資料，並對這些資料進行分析評估，才能進行計畫性的能源生產與輸配電架構的規劃。

除了供應端的電力負載規劃外，電力公司若也能對需求端的用電戶進行用電管理的話，那就能更有效地預防一些潛在問題的發生；同時也能透過時間費率及預付型合約來建立一套彈性的電費模式。賴鎮堅表示，這一切的基礎需從AMI系統和AMR電錶開始做起，建置一個涵蓋家庭、區域及廣域網路的電力系統。此系統必須符合安全、可靠、容易佈建和維護、不限供應商的開放性標準，以及具備成本效益等條件。

賴鎮堅指出，在智慧電網中採用Zigbee短距離無線技術，正好可以滿足上述的這些需求。Zigbee聯盟是在2002年成立的，這是一個開放且全球化的組織，目前已有來自各地超過350個會員。這個聯盟的目標在於標準的制定、推動認證與相容性計畫，以及品牌、行銷及用戶教育等工作。目前針對家庭自動化、智慧能源、商業建築自動化、醫療保健、電信應用和遠端控等領域，都有應用計畫在推展中。

相較市場常提出來比較的Wi-Fi和Bluetooth技術來說，Zigbee具有更高的可靠性、更低功耗、低成本以及擴充性。賴鎮堅強調Zigbee的最大特色就在於能提供高度的安全性及可靠性，在安全性上為每個封包做到AES 128-bit的加密，並透過Trust Center做認證；其安全性還可因不同的應用而客製設計，關鍵性的密鑰則可以採Hard-wired方式整合到應用當中。

在可靠性上，Zigbee採用Mesh拓墣架構，能夠提供不斷線的傳輸網路，而且因具有多重通道、支援機動性頻率和穩固的調變能力，因此有極佳的抗干擾能力。此外，在成本效益上，Zigbee是一種很容易佈建的無線技術，而無線網路能夠省下大筆的佈線成本以及日後的維護費用，因此是很有吸引力的無線技術。

在智慧電網的應用中，Zigbee也能扮演重要的角色。透過大量且快速的佈建Zigbee智慧性能源設備，可以快速地回報當下的用電狀況；用戶可透過IHD、機上盒或PC來得到電錶所讀取的資料，並可進一步去改變自己的用電行為，再從電費的節約中去感受到智慧電網的好處。

另一種使用情境則是讓用戶能依據時間電費的資訊，設定用電設備能夠自動因應調整用電狀況，或者允許電力公司能夠直接進行管理。在這個架構中，電費訊息透過電力公司的網路送到電錶，電錶再從Zigbee網路將訊息送到用戶設備，並自動進行調整。例如家中的洗碗機、花園的灑水器可在最佳費率的時段運作，冷、暖氣機也可在高電費時調節溫度的設定。

賴鎮堅表示，目前Zigbee已有許多的智慧電網應用成功案例，下一步將進行Zigbee IP堆疊與PLC的整合，以發揮有線與無線網路結合運作的綜效。同時也將運用在新興的能源計畫中，例如電動車和分散式能源系統。