對於一個已運作超過100年，且勢必還要再繼續運作數個世紀的行業而言，智慧型電表在其部署和使用普及的程度上，相對來說，還只能算是處於起步階段。對於公用設施業者來說，電表是位於前端的收銀機，因此，其準確性的重要程度無庸置疑。針對這類計量設備及公共設施，目前已存在很多的相關要求、規格和規定，用來確保其準確度。然而在實際上，一旦電表的設計經過認證、製造、並部署到現場之後，大多數電表的準確性把關，其實只仰賴最初生產測試時的確認。要如何讓在現場的電表能夠正確的計費直到退役，目前只能依靠統計式的抽樣樣本測試。

從電子和機械式電表轉換到智慧型電表，最主要的變化是加入了連線能力。透過智慧型電表，不僅可以實現使用電量的遠程回報，還可藉由電表本身狀態、健康狀況和性能的回報，實現電表的診斷功能。這個新的可能性，提供了一種可以當電表在現場工作的同時，就可獲取許多有用資訊的方法，而不需要人為的干預、斷開連線，或另備專用的設備等做法來因應。

全訊號鏈的準確性和知識是關鍵

其他的一些具有關鍵任務的領域業界，如汽車業和工業界等，都已將功能安全性的概念整合到其診斷需求中，本質上，就是要求對於其產品，在先前、使用需求期間和之後，都能檢查其功能是否正確的在運作中。

對於公用事業的計量行業而言的，如此的功能之一，就是當此電表被部署時的準確性。雖然業界目前都是採用現場抽樣測試，並依賴於電表內部元件的隱含精密度（implied precision）在部署到現場時仍維持在校準狀態，但這種方法有其風險。最近Metering International的一篇文章中，討論了為何進行現場準確度監測是必要的[1]。造成準確度變化很重要的原因之一是在於感測器，這些感測器經常暴露於高電流和電壓事件，以及惡劣的環境。因此，很重要的一點是，任何診斷能力都應包含~對於用來量測電力的全訊號鏈進行監控，如感測器和電子電路或元件。

大數據分析的機會

對於資訊系統架構師來說，一個好問題是，「如果你可以定期取得每個部署於現場的電表的準確度，你會怎麼利用這些資訊？」，排除故障和異常值會是一可能得到的答案，但更有可能得到的答案，是收集整個部署電表部署的相關資訊，並進行某種形式的大數據分析。

遠程監控整個電表部署的準確性，此一概念並不會違反任何的法條規定，而大量積累出來的數據，可依據不同規劃管理電表的方式，帶來很大的好處。每小時或每天所收集到的數據量並不會很巨大，但其應用的可能性卻是無限的。在圖1所示的情境中，可以監視整個部署群的準確性到達相當細微的解析程度，且可提取出這些電表於使用壽命期間的差異度。此資訊可提供不同製造批、供應商、部署地區或不同的電力網拓樸所造成的差異。另外，也可以將此資料與其他類的量測值加以關聯化，如季節性、溫度、濕度和電力使用等，以判定是否存在一些特定的趨勢，可有利於規劃未來的電表規格，以實現更高可重複性的現場測量。

此外，如果能了解整個電表部署的表現情況，有助於深入了解樣本測試的可期望值，而這會是監管機構所要求的。對於整個電表部署進行大數據分析，將能夠更好的掌握公用事業所承擔的責任風險。

解決方案：mSure

迄今為止，尚未出現過任何測試，能真正涵蓋完整訊號鏈、原位動作（operate in situ），以及自檢準確性（self checks accuracy）。因此，目前還沒有機制，可以識別並回報電表設備的準確性變化。然而，ADI早在15年前，即率先開始發展電子式電表用的量測IC，且已被使用在全球將近五億個部署的電表中。目前ADI更開發出一種用於電表的新型監測技術mSure。該系統可原位連續監測電表的準確性，以提供內建的自檢能力，負責在電表的整個使用壽命期間檢查電表的性能。

圖1 : 傳送到雲端的電表準確度測量的圖表數據分析一例，顯示電表部署與其他參數的關聯化可如何地創造出附加價值。

mSure可測量準確度，且最重要的是，它可以在電表運行時使用，而不會影響電表的量測功能，因此無需斷開連線。圖2為一個採用了mSure的電表的前端方塊圖，就像一般傳統的量測前端，其中有一個感測器（橘色）和一些用於將電壓或電流訊號加以數位化的電路（藍色），但除此外，該IC還整合了一些額外的功能區塊（綠色），包括參考訊號產生器、檢測器、和去除電路（removal circuit），以實現mSure的功能。

圖2 : mSure的概念方塊圖

在製造過程中，電表供應商會透過使用感測器量測一已知電流或電壓的方式，對感測器和電子元件的準確度進行校準，以確保整個電表能符合規格。之後電表便可依靠這些元件的精度，來維持電表在其部署壽命期間的準確性。電表在使用壽命期間和環境中所發生的任何錯誤，幾乎都會是由感測器及這些電子元件中隨後發生的問題所導致。

mSure系統藉由將一已知的參考訊號注入感測器路徑（sensor path），來連續監測該訊號路徑的響應。藉由疊加（superposition）效果，感測器會同時感測到參考訊號和負載訊號。由於此組合訊號會從相同的路徑來獲取，因此在電子電路的尾端處會出現該組合訊號的數位代表值。檢測電路會從負載訊號中提取出參考訊號的成分，一旦完成時，mSure系統就可使用完整訊號鏈（從感測器一路到數位代表值）的傳遞函數。依據疊加理論，同樣的傳遞函數也適用於負載訊號一直到數位代表值，如此我們就能夠判斷準確度是否出現了變化。為了保留電力的數據，mSure訊號可透過數位方式，從計量的訊號路徑中被移除。

為了要能被普遍接受，mSure系統的設計具有以下的優點：高成本效益、電力效益、能在一長壽命週期中非常穩定的動作、並且能穩固的對應各種負載和干擾。它可以藉由設定來適用於業界中各種主要類型的感測器上，包括分流器（shunt）、變流器（current transformer）、分壓器（potential divider）、和Rogowski線圈等。其監測功能並不會干擾到計量認證（metrology certification），也不需要任何配套的法規更改，因為它不會改變校準或準確度的設定。

營業收入的保護

電表篡改是公用事業收入損失的主要原因之一。雖然通常這被視為是發展中經濟體的一個較大的問題，但實際上在許多已開發國家中，它其實也是重要的議題，並且情況不斷地在惡化當中。根據英國的天然氣和電力市場辦事處（Office of Gas and Electricity Markets）最近提出的一份報告估計，每年被盜用的電力規模超過2億歐元，另外還有2500萬歐元則是被花費在公用事業公司調查電力盜用、維修、或更換篡改的現場設備上[2]。儘管mSure本身並不能防止每一種類型的篡改方法，但它獨特的感測器和電子元件的監測功能，使其能夠檢測出目前防篡改電表所無法識別的一些篡改嘗試，例如更改感測器的轉移函數。即使公用事業只預防了所有篡改事件中的一小部分，對於營業收入來說，都能有顯著的助益。

結論

現今的電表，都是事先經過生產工廠中認證、校準和測試後，才提供到市場並進行安裝部署，以確保能符合不同地區標準所規定的一整套準確性和性能條件，而接下來就只能信任（元件品質和統計測試）這些電表都將保持準確。ADI所推出的mSure新技術，能夠善用智慧型電表的連線，實現無干擾式的現場原位準確度測試（noninvasive in situ accuracy testing in the field）。它可以帶來諸如大數據分析這類的好處，供業者了解整個電表部署的準確性，並判定出任何的篡改嘗試，這將有助於改這些善業者的業務收入。

在未來，mSure解決方案除了能量測電力以監測電力網設備外，還可用來提供更廣泛的效益，特別是在設備資產健康、故障位置隔離、以及服務復原（FLISR）等領域上。

（本文作者Jed Hurwitz任職於ADI亞德諾半導體）

參考文獻

[1] Bal Mukund Vyas. “The Importance of Sustained Accuracy—Commercial Implications of Inaccurate Meters.” Metering International, Issue. 2, 2015.

[2] “Tackling Electricity Theft—Consultation.” Ofgem, July 2013.

**刊頭圖**（source：Enterprise IoT Insights）