智慧電表建置現況及應用

李信璋*主筆

*台電公司配電處組長

一、前言

　　智慧電表(為具備通訊功能之現代化電力量測設備，能夠將您每日家庭用電度數，透過通訊系統定期回傳到電力公司後台資訊系統。智慧電表是全世界發展「智慧電網」之核心技術，智慧電表產生之大量數據可有效提昇電力供應可靠度、改善電力傳輸效率並可支持國家發展再生能源。

二、台灣智慧電表建置歷程

　　依據行政院101年9月3日核定之「智慧電網總體規劃方案」，台電公司已於102年完成全國全數高壓以上用戶(約2萬4千戶)智慧電表(AMI)布建，有效掌握全國約60%用電資訊。有關低壓AMI部分，依105年9月22日行政院第3515次院會准予備查之「低壓智慧型電表推動規劃」及106年與109年2月修正之「智慧電網總體規劃方案」，至110年7月底止，已布建完成114萬具。未來將持續以每年50萬具速度布建，預計113年可完成累積300萬戶之安裝數量，屆時高低壓AMI將可有效掌握全國81%用電資訊。
　　台灣布建AMI最須克服現場通訊問題，台電公司於104年辦理低壓AMI前期1萬戶示範建置期間，即發現因我國建築環境複雜、通訊技術及法規等因素致通訊不良，影響布建成效，故104~105年多次與經濟部能源局檢討，台電公司決定採穩健方式分階段推動，於107年起即針對高用電及具節電潛力之區域列為優先布建，並將低壓AMI布建採電表、通訊及電表資料管理系統分開招標方式辦理，且電表之通訊模組升級為可插拔設計，除可招攬更多電表及通訊廠商協助布建外，亦可解決通訊升級事宜及與電表資料管理系統順利介接。
　　108年完成20萬具通訊模組安裝後，其通訊連線成功率達95%以上，顯示通訊模組架構設計確實有利因地制宜，找到最有利通訊技術以提高現場連線成功率。目前主要通訊技術為RF Mesh技術、其次則為NBIOT及4G。

三、智慧電表布建效益

　　透過AMI回傳之計量資料，可對台電公司電網端及售電營運端帶來許多應用效益，在電網端之效益主要為「延緩電力設備新建投資」、「提高電網供電可靠度」、「提高電網運轉效率」及「促進再生能源友善併網」；售電營運端效益則可分為「促進用戶節能用電」、「提高售電服務效率」、「發展需求面管理制度」及「社會發展」。以下將針對這八類效益面進行簡要說明。

(一)延緩電力設備投資及發電成本

 　1.減少新設電廠及輸配電設備投資成本：

　　　 　完成AMI建置後，透過用戶用電資訊的透明化與用戶
　　參與需量管理的績效，可有效降低尖峰負載的用電需求，
　　進而直接減少新設電廠及輸配電設備的投資成本。

 　2.減少夏月尖峰/半尖峰發電成本：

　　　　透過AMI提供用戶更詳盡的用電資訊及擬定適當之需
　　量反應機制，可逐步改變用戶的用電習慣，可以有效降低
　　尖峰負載的用電需求，故應可減少台電公司於夏月尖峰與
　　半尖峰時段以較高燃料成本發電的費用。

(二)提高電網供電可靠度

　　AMI可回傳停復電事件至台電公司電表資料管理系統(簡稱MDMS)，該系統會將事件傳送給停限電管理系統及高等配電網管理系統進行案件自動受理及故障區間預測及調度等作業，可改善停電後故障排除效率。此外MDMS亦會將再生能源發電計量資訊提供給再生能源發電推估及預測系統，以提高再生能源發電模型預測精確度，確保電網供需平衡。最後導入AMI亦可同步發展配電變壓器故障風險預估、高低電壓警報分析等數據分析加值應用，以有效降低配電設備故障次數，提高供電可靠度。

(三)提高電網運轉效率

　　電力損失有分技術性損失及非技術性損失，前者為電力設備物理特性造成，台電公司透過AMI資料分析，找出最佳化配電變壓器裝置容量以避免不必要之線路損失。另因用戶負載特性導致三相負載不均而產生中性線電流亦會造成電力損失，亦可透過AMI資料掌握更細部三相不平衡區域及發生不平衡之時間區間，以利進行後續現場改善。

(四)促進再生能源友善併網

　　再生能源併網牽涉到再生能源發電業者轉直供給公用售電業或用戶之相關計費業務，而AMI可準確紀錄雙向用電及售電計量資訊，將有利於台電公司受理轉直供業務及支持發電綠電憑證市場。

(五)促進用戶節能用電

　　AMI本身並不具備節電功能，但透過每日回傳台電公司之用電數據，用戶可使用「台灣電力App」或「電子帳單服務系統」等台電用戶端服務系統，儘早得知家庭用電資訊，並可透過與歷史用電資訊進行比較，隨時提醒用戶用電行為是否正常，以養成節電習慣。另用戶如評估用電量較大，亦可參加台電公司時間電價方案，AMI可有效計算出尖峰、離峰及半尖峰時段之用電量，可幫助您更有效進行不同時間區段之用電管理。AMI亦可與家庭能源管理系統(HEMS)結合，將更即時之每分鐘用電資訊傳送至HEMS系統，未來對於具備能源管理系統之智慧住宅用戶，HEMS系統可以自動控制家庭電器設備，為您提供自動化自主節電服務。

(六)提高售電服務效率

　　建置AMI後，除可取代原本人工抄表作業，電表計量讀值之自動回傳功能亦可優化電費開票效率、提供即時中抄及欠費遠端斷復電等諸多售電端服務，使整體售電服務因導入AMI而進行流程再造，並可透過分析用戶用電行為，精確抓準用戶需求，提供客製化服務。

(七)發展需求面管理制度

　　建置AMI可發展更多樣化之費率方案，如即時電價方案等可促使用戶積極參與需求面管理業務，降低尖峰負載量及尖峰發電成本，使電力供需平衡調度能夠更加穩定運轉。

(八)社會發展

　　AMI因安裝在用戶住宅，可紀錄用戶用電資訊，在不違反個資及用戶同意下，未來台電公司可利用這些資訊促進國家及社會經濟發展，如家庭老年照護、空屋率計算、協助銀行信貸、提高快遞送貨成功率、估算國家經濟成長率、中大型企業節電計算等，對於整體國家社會發展將會起到一定程度之促進作用。另可預期電動車於未來於社會上將逐漸大量普及，AMI亦會是電動車充電樁能夠快速發展最重要之基礎建設。

四、國外智慧電表應用

　　美國電力研究院(EPRI)曾針對全球27家電力公司進行智慧電表應用之問卷調查，總計有讀表應用、電業運轉、法規應用、用戶端應用、預測及排程、配電建設及標準、分散式能源整合、瓦斯及自來水偵測預防、其他業務等九大類別共86項應用項目。以下針對其中讀表應用、電業運轉、法規應用、用戶端應用、預測及排程、配電建設及標準、分散式能源整合等七類提出簡要說明：

(一)讀表應用(Metering)

　　1.自動讀表(Meter reading)：取代人工現場讀表作業，
　　　以無線或有線通訊科技 自動讀取用戶端電表用電資料，
　　　以利電力公司進行用戶電費開票或轉直供計費。

　　2.非技術性線損(Non-Technical Losses)：智慧電表讀取
　　　用戶端電表所得到之用電資料，可以運用後台分析軟體
　　　研判用戶可能之竊電行為，以利電力公司即時派員前往
　　　取締，進而減少非技術性線損，增加電費收入。

　　3.雙向讀表(Bi-directional metering)：智慧電表可以同
　　　時兼具用戶端向電業購電及售電給電業的雙向計量讀表
　　　功能，可促進再生能源併網發展。

　　4.即時用戶資訊(Real-time customer information)：
　　　智慧電表可以傳送用戶停電及其他服務狀態之相關資
　　　訊，在未接獲用戶電話告知停電訊息時，電力公司即可
　　　進行停電搶修作業。

(二)電業運轉應用(Utility Operations)：

　　1.用戶分岐線連接相位驗證(Connectivity Validation—
　　　Phase)：智慧電表讀取之用戶用電資料可用來分析每一
　　　用戶所連接至分岐線的相位。

　　2.電表至配電變壓器間之關聯性驗證(Connectivity
　　　Validation Meter to Transformer)：智慧電表讀取之
　　　用戶用電資料可以用來分析確認每一用戶所連接至配電
　　　變壓器之關聯性。

　　3.停電修復現場作業結束確認(Closing Verification)：利
　　　用智慧電表可以快速讀取用戶停電後的復電訊息，或傳
　　　送信號至用戶電表端就可以確認是否已復電，並且通知
　　　現場停電修復作業人員結束工作。

　　4.配電系統設備負載監測(Distribution Asset Load
　　　Monitoring)：藉由智慧電表讀取之計量資料可建立配
　　　電變壓器及饋線之負載模型，進而監視重載或過載之配
　　　電變壓器及饋線，以有效提升配電系統之可靠度。

　　5.三相平衡(Phase Balancing)：利用智慧電表可以分析
　　　分岐線路各相負載值及不平衡區域，進而設法平衡三相
　　　間的的電力潮流，以有效降低中性線電流。

　　6.負載平衡與饋線重組(Load Balancing/Circuit
　　　Reconfiguration)：利用智慧電表可有效進行負載預
　　　測，並協助饋線調度人員執行饋線負載轉供作業，包括
　　　支援自動化饋線開關及分段開關之操作。

　　7.改善配電設備維護作業調度(Work Dispatch
　　　Improvement)：智慧電表之用戶負載間隔資料可以用
　　　來評估那些配電設備已經過載或經常滿載，以進行預防
　　　性維護作業，改善配電系統可靠度。

(三)法規應用(Regulatory)：

　　1.電價費率設計(Tariff Design)：智慧電表量測用戶之用
　　　電負載間隔資料可用以計算各類用戶對系統尖峰負載之
　　　貢獻度，並且根據此系統尖峰與離峰時段的全年負載組
　　　成資料確定各類別用戶的供電服務成本，再根據此各類
　　　別用戶的供電服務成本設計公平合理的電價費率結構，
　　　鼓勵用戶改變用電行為降低電費支出。另亦利於讓電力
　　　公司審視各類別用戶對電價的反應，進而重新設計較符
　　　合現況實際之各種電價費率方案。

　　2.即時電價(Real-Time Pricing)：智慧電表可支持電力公
　　　司發展即時電價費率方案，與時間電價費率之主要差別
　　　在於時間電價依夏季及非夏季之尖峰、半尖峰、離峰等
　　　不同時段，依據不同時段的發電成本訂定其電價，而且
　　　不經常變動，而即時電價基本上每小時電價都會進行變
　　　動。

(四)用戶端應用(Customer Operations)：

　　1.配合用戶需求彈性排定計費及電費繳款時間(Flexible
　　　Billing, Bill/Payback Matching)：由於智慧電表每天
　　　會自動讀取用戶之用電資料，因此電業可以配合用戶會
　　　計帳務需求來排定每月電費開票計費週期以及電費繳款
　　　時間。

　　2.遙控驗證用戶停電問題(Remote Issue Validation)：　　
　　　布建智慧電表後，電力公司客服中心(Call Center)當接
　　　獲用戶停電通報時，可以確認係表前是否正常供電或是
　　　表後無電等問題。

(五)預測及排程(Forecasting and Scheduling)：

　　1.需求面管理(Demand Side Management)：當用戶接
　　　收到電業傳送之需量反應信號，用戶即利用所安裝之控
　　　制設備降低負載。國際間有些電力公司之需量反應訊號
　　　是透過智慧電表通訊網路來傳輸，智慧電表在用戶執行
　　　需量反應計畫期間可確實紀錄用電情形。

　　2.負載預測(Load Forecasting)：利用智慧電表每天讀取
　　　之用戶用電資料，可執行由下而上(bottom up)之負載
　　　預測作業。另從雙向計量電表亦可自動進行淨計量負載
　　　計算並進行淨負載發電預測。

(六)配電建設及標準(Construction and Standards)：

　　1.配電設計標準(Design Standards)：藉由智慧電表提供
　　　之完整的用戶負載及需量資料，可估算出較為合理之新
　　　增設設備容量。

　　2.配電設備維護標準(Maintenance Standards)：由於智
　　　慧電表系統可以分析電表至配電變壓器間的相位連接及
　　　用戶分岐線相位連接之正確性，故在配電設備運轉維護
　　　上將可以有效分析配電變壓器等設備重過載運轉情形，
　　　使配電系統維運人員可以較佳方式排定配電設備需要維
　　　護的優先順序。

(七)分散式能源整合(Distributed Resources Integration)：

　　智慧電表可與家庭能源管理系統整合，而一般家庭能源管理系統會將分散式能源及智慧家電等資源作一有效資源分配，如果家庭內有設置儲能系統或電動車V2G時，則家庭能源管理系統可以自動分配是由市電供應或使用儲能系統供應。

五、結語

　　智慧電表布建效益由於須仰賴後台相關大數據分析應用方能將其完整呈現出來，目前台電公司已完成114萬具低壓智慧電表布建數量，並持續擴大布建，預計至113年完成累計300萬具，可預期未來將有許多應用項目會陸續展現成果。另對於家庭能源管理系統等之推廣應用，台電公司亦樂觀其成，只要有裝設家庭能源管理系統之建築，用戶或業者可將經台電公司綜合研究所驗證過之Route B通訊模組安裝在智慧電表上，以接收每分鐘之用電總度數，並結合智慧家電之自動控制功能進行AI自主節電，對居家節能用電起到最大之助益。