智能电网发展近况
推动“智能型电表基础建设”、“规划智能电网”及“智能电力服务”为智能电网发展重点，很多企业已于近几年进行智能电表的测试与示范计划，国家近几年亦积极协助这些企业推动智能电网发展，其中所运到的通讯技术包含3G/4G、RF Mesh(802.15.4g/e)、PLC、Wi-SUN、Wi-Fi、有线光纤等，而近年来LPWAN的技术已逐渐成熟，而电表数据传输属于低数据量属性的应用，非常适合采用LPWAN作为通讯系统，如LoRa、NB-IoT等技术。而5G则是近期新兴科技及产业的热门议题之一，除了带来更高的传输速度及巨大容量外，其低延迟(Low Latency)、网络切片(Network Slicing)、边缘计算(Edge Computing)等有别于一般电信网络的通讯架构，势必可为多元的智能电网发展带来更多不一样的应用方式。
5G智能电网应用场景与通讯需求
5G系统定义了三大主要切片技术类型，如表1，包含eMBB(Enhanced Mobile Broadband)、URLLC(Ultra-reliable and Low Latency Communications)、mMTC(Massive Machine Type Communications)等应用，可分别满足智能电网各种电力业务应用需求，其中5G网络切片技术可用来承载智能电网多样化业务，以提供电力系统各种不同需求的应用服务。电力网络由传统的输/配/变电等系统转化成智能电网，为了能达到有效管理小型分散的能源系统、安全高效能的输变电、灵活的配电、多样的用电型态等，电力信息通讯网络势必扮演重要脚色，而整个电力系统有这各类型的能源服务应用，而每一种应用有其适合的网络特性。5G的网络切片技术可容纳不同传输等级的应用于同一基站中实现，因此不管是需要大带宽的影像监控应用或小带宽低延迟的配电管理等，皆可支应其各应用不同的特点与需求。以下针对几个电力系统发展中的应用来探讨网络需求与5G可扮演的脚色：
表1 5G系统的三大切片技术类型
分布式能源管理(Distributed Energy Resources，DER)
能源国际趋势为再生能源比重会越来越高，而会从集中式的电厂走向分布式小型多元、小型、分散的能源系统，如：屋顶的太阳能发电、电动机车及家庭能源管理系统等，具体来说，分布式能源的量持续增加，全球DER的容量预计会从2017年的132.4GW成长到2026年的528.4GW，为因应2025国内能源配比目标：燃煤30%、燃气50%、再生能源20%，如何在分布式能源的情境下维持电力系统供需平衡、稳定度与安全，是电力公司势必面对的问题，尤其再生能源发电具不确定性(Uncertainties) 、难以准确预测性 (Difficult to predict)、难以控制性(Less Controllability)，这些高难度需求也为5G技术带来新的机会。
为汇集多元、小型的分布式能源，电力企业需要导入虚拟电厂(Virtual Power Plant)技术，即由5G高效能低延迟网络搭配智能、实时管理，使其整体电力的可用度与可靠度等效于一座传统电厂的水平，足以参与电能与辅助服务市场交易。为确保电网自动调度的实时性，保护讯息及监控讯息都需要达到ms等级的低延迟，如表2所示。
过去相关低延迟的需求是通过搭建光纤网络来达成，但是在分散能源情境下，自行布建光纤的解决方案成本过高，所以可以透过5G
Network Slicing及Edge Computing的技术，建立通讯的专网，并将VPP智慧控制建立在Edge Cloud上，来确保传输的稳定及低延迟；另外通过Network slicing，可以帮助电力企业在现有通讯网络上建立专网，确保电网安全，避免恶意攻击发生。
配电自动化(Distributed Automation, DA)/馈线自动化(Feeder Automation, FA)
早期配电网保护电路只有简单过电流及过电压保护电路设计，并没有建设通讯网络与后端计算机管理系统，因此很难实现分段隔离，每当停电时影响之区域极为广大，故障断电时间需耗时几小时以上。配电自动化(DA)是一种在配电网与设备基础上建立的电力信息管理系统，主要是基于有线或无线通信网络、配电或馈线终端设备和后端计算机管理的配电自动化，以有线或无线通信网络实现故障时的精准定位，并获取相邻配电终端设备之运作信息，可以实现对配电网的监测及快速故障隔离与排除。
另外，馈线自动化(FA)是指从变电站线路到用户变压器设备之间的自动化，包括馈线故障的自动恢复、自动隔离等功能，是配电自动化的重要支线部分。电力系统可靠性要求非常高，事故隔离时间需要缩短至毫秒等级，以保障电力的不间断供应。如此配电自动化/馈线自动化控制要求非常高的场景，需要5G URLLC技术来实现基站与配电/馈线终端设备的低传输延迟来满足需求，5G技术可以替代配电自动化中的现有光纤基础设施，提供毫秒等级网络传输延迟，可作为配电/馈线自动化电网无线通信的更佳解决方案，实现更快更准确的电网控制。配电自动化/馈线自动化系统对通讯应用需求如表2所示。
变电所站内/站外巡检
5G技术中超高速特色在智能电网可能应用的场景，主要是高画质视讯巡检应用；一般可分为变电所站内与变电所站外高画质影像与语音巡检应用。变电所站内应用主要为变电站巡检机器人与配电机房影音巡检应用等；变电站内巡检机器人可整合搭载多路高画质摄影机及各种物联网环境传感器，实时回传高画质影像及物联网相关检测数据至变电所站内控制中心；变电站内配电机房影音巡检可于配电机房重要设备搭载多路高画质影音监视系统，对配电机房重要设备运作状态影像及设备开关状态等相关信息回传至变电所站内控制中心，以提升变电站内人工巡检之自动化。变电所站外应用主要为输电线路无人机巡检等；输电线路无人机巡检主要针对高压输电网的线路检查，例如输电线路损坏或弯曲变形等检视。变电所站内/站外巡检系统对通讯应用需求如表2所示。
先进抄表系统(AMI)
目前各国均积极推动智能电网建设，期望能通过实时控制及需求端管理，来促进电力资源优化配置与运行，达到节能减碳目标。而电表大部分安装于地下室等收讯不佳的地方且城市的电表密集度高，另外一般居民对于装设明显的通讯装置会引起反对等因素，因此厂商所选择的技术必须克服这些难题，目前国际上大部份厂商所采用的技术为RF Mesh搭配PLC进行布建，RF Mesh必须安装大量集中器，有较大空间上的需求，但空间上的取得不易，而PLC则可能因电路规划或负载用电造成信号干扰等。而以新兴的5G技术来说，其属于巨量集中型网络架构(mMTC)，可降低通讯设备建置空间上的需求且电力独立运作不受用户负载用电影响，另外电力系统有较高的稳定性及保密性上的需求，利用切片技术可虚拟出一个无线专网，进行更高强度的安全隔离，提高智能抄表所需要的安全性、稳定性及灵活性等需求。很多科研机构或实验室具备通讯实验网络及丰富的AMI，可提供厂商包含AMI网络环境测试、抄表程序(DLMS client与serevr)测试、AMI通讯产品开发咨询、头端(HES)资料上传测试等，协助投入智能电网领域的厂商测试环境与技术服务，可加速厂商产品化并及时投入市场。
表2 智慧电网应用场景对通讯应用要求
5G技术特性将加速智慧电网的实现
5G网络及智能电网都是IT产业未来发展的重要趋势，5G网络低延迟特性在控制类的应用除了光纤网络外，可为智能电网带来一种新的通讯解决方式；智能电网应用需求广泛，切片技术可同时提供eMBB、URLLC、mMTC等不同的应用场景；网络功能虚拟化(Network-Function Virtualization, NFV)可为智能电网带来类专网的安全隔离网络，为电网数据的传递带来更好的安全保障。因应智能电网多样化的应用，5G网络亦提供不同等级的网络接入方式，提供用户更弹性的配置，也使智能电网能加速实现的脚步。
