台灣優奎士有限公司: 電網智慧化ZigBee通信技術將扮演關鍵性角色

智慧電網近年來成為科技產業中相當熱門的概念技術，不論是歐美或是亞洲，均將其視為一大商機。根據統計，目前世界各國均將智慧電網視為重要政策項目，甚至在2010年即開始規劃大規模的投資；目前，大陸已投入超過73億美元，其次是美國的71億美元投資，顯示智慧電網因政策性的考量，需求大增。

但縱觀全球，目前沒有看到一個國家有很成熟化的智慧電網發展經驗，雖然沒有統一的定義，但一致的目標幾乎是節能、穩定供電並逐漸增加再生能源的使用比重，在電網把集中供電的傳統模式轉為分散型、儘可能自給自足的微電網，在規劃的過程中同時導入智慧電錶、通信傳輸、儲能(電)、穩定電壓及控制系統等技術整合。

通信是電網智慧化的關鍵

智慧電網的建構和訊息通信技術的應用，可提供自動調控、需量管理、即時測量和最佳化用電配置等功能，有助於電力部門進行電力供應整合及調度管理，也便於消費端從事電力使用管理。

雖然系統涵蓋完整的通信網路和精密的系統軟體，可用來分析處理電力供需資料，但實際應用時必須先完成最基礎化的智慧電錶建設，才能收集完整且即時的能源使用訊息，作為電力自動化供給調度和需求面管理的基礎；通過電錶的架構，完整的系統涵蓋電力部門、智慧電錶和終端使用三者間的系統，成為一個完整的整體智慧電網架構。

當電網智慧化後，其中的訊息傳遞首當其衝，成為重要的議題。過去若用戶停電，得派人到現場檢查線路，通過智慧電網，可即時發出信號通知電力公司，說不定用戶尚未發現停電，電力公司已派工程人員修好了。電力公司可通過檢測供電障礙、阻止障礙蔓延，還能通過網路，對欠費的用戶遠程斷電，連偷電的用戶也很容易查得出來。

雖然智慧電網涵蓋範圍相當廣泛，但由於電網系統本身涉及計費與安全系統，必須以封閉系統進行，加上ICT技術整合智能家電系統，從通信技術出發，就已包涵WiMAX、ADSL、GPRS、WCDMA、ZigBee、乙太網、電力線通信與RS-485等技術，與家庭區域網產生更多的互動與連接，再與互聯網結合，等於將封閉系統打開了一個突破口，這對電網的發展，將造成不小的影響。訊息安全問題，絕對不能等閒視之，尤其是電力安全，所有的電子設備與基礎建設都與電息息相關，一旦失去電力，最嚴重的情形是會癱瘓國家的運作機能。

圖1. 智慧電網示意圖 (資料來源：EPRI)

家庭智能網路端

在和一般民眾息息相關的家庭智能網路端的普及上，飛思卡爾半導體(Freescale)智慧能源行銷總監Derek Philips認為，必須讓消費者感覺到智慧電網可以幫他省錢，為消費者提供附加服務，才能提高使用意願，進一步加快智慧電網的部署速度。

儘管全球各地政府都開始思考佈建智慧電網，但實際採用的腳步卻不見加快。真正原因就在於“大多數用戶並不知道自己的電費費率，所以，何時應該節省用電？何時適合做耗電量大的工作，對一般消費者來說並沒有太大感覺。所以，Philips提議，未來無論是要推動智慧電表，或是所謂家用能源管理(HEM)系統的業者，事實上可以參考蘋果的例子，思考如何為消費者提供附加服務，讓終端用戶更有願意開始在家庭中使用智慧型能源管理系統。

Derek Philips也指出，Zigbee在智慧電網極具發展潛力，因為它功耗低，干擾少，而且相對穩定。它使用智慧能源架構2.0，能在同一層應用上支援其他無線應用，不必再使用其他的轉碼器，就能讓兩個無線裝置直接對話。進而擴展其在智慧電網整體架構的重要性，特別是在家庭智能網路端，將是其展露光芒的舞台。

目前在智慧電網的連接應用上，電力線通信及ZigBee兩種技術成為當中的佼佼者，以其在各項通信功能支持的能力，包括電能顯示器(IHD)、智能調溫器(Smart Thermostat)、負載控制(Load Control)、連接介面，以及新增的能源管理系統、電動車Plug-in、電源逆變器等支持，都將有助提升ZigBee陣營的競爭力。

台灣優奎士推出的ZigBee無線感測網路實驗系統，採用TI CC2530 ZigBee晶片，符合ZigBee 2007/Pro 協議。由於無線感測網路的相關通訊堆疊太過於複雜，牽涉的技術層面甚廣，相對的其學習門檻也甚高，因此將無線感測網路的相關設計與應用變成易學易用的技術，是本實驗系統設計的精神。ZigBee無線感測網路實驗系統備有專屬的教材，透過Visual Basic 開發應用程式，初學的使用者可以不用理會底層的相關協議，即可快速上手快開發相關的應用，教材並整合五個情境應用專題，可供實作如智慧型無線窗簾遙控系統、情境燈光控制系統、太陽光能監控系統、居家照護系統專題及數位家庭智慧型無線門禁系統。

此外，由於嵌入式系統的普及和物聯網的熱潮，亦有結合ZigBee和嵌入式系統 UBIKIT 6612的相關應用，UBIKIT 6612採用TI DM3730 ARM 核心，NAND 512 MB 及RAM 256MB，系統為Android 2.3 版本，Android 為目前智慧型手機市場最廣泛使用的系統。透過兩者的搭配，不僅可以學習無線感測網路相關的應用，並能夠學習Android 開發的相關技巧，有別於單純利用Android 手機開發，透過UBIKIT 6612其多樣化的輸出入埠，使用者可以去開發如物聯網、車聯網等在智慧型手機上無法開發的應用，並可以透過UBIKIT 6612多樣化的連網方式，如3.5G、WIFI、ETHERNET等，將採集到的資料透過雲端送出。當使用者具備相關的知識後，即可結合如智慧電錶等，去實作家庭智能網路端的相關應用。