微電網（Micro Grid）將使能源管理產業全速邁向智慧化（圖1）。美國、歐洲、日本等先進國家，以及中國大陸、印度及沙烏地阿拉伯等新興國家，正全力布建智慧電網 （Smart Grid）和太陽能系統，以提高能源利用和管理效率。由于電網輸送的是交流電（AC），而再生能源系統則產生直流電（DC），為有效整合兩種不同形式的電力，業界正興起太陽能、智慧電網與儲能叁大系統互相整合的新型微電網概念，激勵相關系統業者投入布局新一代智慧能源管理技術。

　　圖1 智慧微電網建置概念圖　圖片來源：Altera

　　微電網系傳統電網邁向智慧電網的過渡型結構，主要用途為串連分散式再生能源系統與主電網，達成區域性智慧能源管理的目的，因此須與外部電網併網運作，同時也要具備孤島運轉能力。相較于智慧電網須肩負發、輸、配、用的電力傳導流程，微電網規模較小，僅負責區域性的配電與用電管理，初期將應用于動態調節再生能源供應比例，避免主電網電壓浮動等安全問題。

　　現階段，功率元件商與系統廠正加緊改良微電網變電站（Substation）、太陽能逆變器（Inverter）電力控制與資訊運算方案，并導入電力線通訊（PLC）、無線區域網路（Wi-Fi）和ZigBee等聯網模組，以擴展微電網的無線感測節點，建置更即時、有效的配電管理平臺。

　　微電網醞釀新商機　半導體元件需求引爆

　　微電網已成為今年能源產業的發展重點；由于其須具備即時監控、雙向功率控制、區域用電預測與協調等功能，因而也帶動通訊模組、高速開關及隔離功率元件導入需求，吸引相關供應商蜂擁搶市。

　　核能研究所核能儀器組智網分組長張永瑞表示，再生能源系統供電量變動劇烈，且須透過直流對交流（DC-AC）轉換機制才能順利併入主電網，一旦應用比重增加，勢將造成主電網電壓浮動和頻率穩定性不佳等問題；所以，隨著再生能源滲透率持續增長，各國能源主管機關也已配合展開結合主電網、太陽能及儲能系統的微電網試點計畫，以確保供電品質。

　　目前歐美及日本皆正加快微電網布建腳步，其中，歐洲地區裝設的太陽能系統瞬間總發電量已占整體電網40%以上，儘管部分系統備而不用，但平均發電量占比仍趨近10？20%；而美國再生能源發電比重亦超越10%，預計于2020年更將倍增至20%；至于日本則響應非核家園理念，積極推廣再生能源建案。

　　張永瑞也透露，現階段美國施行微電網政策的腳步最快，近期已發布2013？2015年的微電網研究計畫，并已設置六個試點運行示範區，做為未來全面落實智慧電網的試金石。

　　一般而言，電網可分為發輸配用四個階段，而微電網主力負責配電與用電的中后段管理，覆蓋能力大致在100kW~5MW範圍，等同一個千戶等級的區域電網。由于微電網結合太陽能與儲能等直流電系統，以及交流電主電網，故著重于電源切換、雙向控制、聯網管理與電網隔離保護機制，與傳統電網或一般太陽能系統的元件需求不盡相同，可望帶動新的功率半導體與聯網模組需求。

　　張永瑞指出，微電網中的電力轉換與控制設備須導入耐上千伏特高壓的功率半導體、支援實虛功率補償和低電壓穿越（LVRT）功能的拓撲，以及高階脈衝寬度調變（PWM）控制元件，分別因應電力控制與開關需求，才能在大量直流電瞬間涌入主電網時，自動解除併網狀態并切換至孤島運轉模式，改由太陽能或儲能設備直接供電，以確保配用電機制正常運行。

　　此外，微電網基礎設施也須透過PLC技術、ZigBee或Wi-Fi通訊模組，即時監控并回報區域用電，以及再生能源及儲能系統電量資訊，以利進行配電調度，發揮微電網的智慧能源管理效益。

　　瞄準電網通訊需求　PLC技術陣營展開角力

　　意法半導體（ST）技術行銷經理吳玉君表示，智慧電網、微電網須具備支援不同傳輸距離的通訊方案，才能順利與電力公司的電力管理平臺連結；其中，應用低頻段的PLC技術將是各個區域性微電網，以及微電網內部太陽能、儲能系統相互連接的主要方式，因而吸引晶片商爭相卡位。

　　現階段，長距離的PLC傳輸技術大致分為G3和Prime兩種標準，在義大利、西班牙和法國等國家皆有導入，而美國及亞太地區也陸續展開G3或Prime智慧電網的實地測試，主要晶片供應商分別為Maxim與意法半導體。

　　吳玉君強調，意法半導體同步加入G3與Prime標準推廣聯盟，對PLC技術演進及市場需求有完整的掌握，且目前在PLC晶片市場的占有率高達80%，擁有較佳的發展優勢；旗下最新一代PLC SoC已領先業界導入Prime實體層（PHY）和媒體存取控制層（MAC）引擎，有助簡化系統設計，并加速調校過程。

　　Maxim SP&C事業部經理林志良則指出，由于大部分國家都有上百至上千家電力公司，因此相關業者在建設智慧電網基礎設施方面較側重相容性；為此，G3- PLC聯盟正加緊研擬下一代兼容G3和Prime的標準，Maxim亦已啟動相關晶片開發案，可望率先推出全球首款雙模PLC SoC。

　　除兩大PLC技術陣營相互較勁外，近期HomePlug聯盟也加入戰局，力推支援Prime與G3雙模標準的Netricity PLC規範。據悉，該標準主要鎖定新興國家由傳統電網升級為智慧電網的需求，并消弭網路架構不相容的問題，協助較缺乏技術知識的新興國家電力公司和系統業者，加速布建智慧電網通訊機制。

　　顯而易見，智慧電網、微電網布建的重要性激增，相關通訊技術聯盟及晶片商都將跟著受惠。張永瑞更提到，隨著微電網技術成熟，系統架構將愈趨復雜，如達成太陽能、風力與燃料電池等多元分散式電源的并聯設計，或與智慧電網進一步結合，發展智慧城市的大型能源管理方案等，屆時將需要更多新興半導體技術支援，引爆另一波龐大商機。

　　搶攻智慧能源商機　MCU/FPGA廠攻勢不斷

　　瞄準微電網建置需求，包括MCU、現場可編程閘陣列（FPGA）業者均已分頭展開布局。其中，芯科實驗室（Silicon Labs）近期即發動購併攻勢，透過收購Energy Micro補強高效率32位元MCU產品陣容，并計畫以Cortex-M系列核心架構開發兼容多重通訊協定的無線射頻（RF）解決方案，擴張智慧能源市場版圖。

　　芯科實驗室總裁暨執行長Tyson Tuttle表示，芯科實驗室和Energy Micro均擁有堅強的類比混合訊號技術，兩家公司合併后將有助發展更先進的低功耗微控制器，以及支援多種通訊標準的無線通訊SoC方案，以滿足物聯網 （IoT）和智慧能源產業對節能及通訊系統的部署需求。

　　各國持續投入建設智慧電網、微電網和太陽能系統，已掀動節能控制和無線連結方案的強勁需求。據市場研調機構報告指出，在智慧能源管理的風潮帶動下，2015年物聯網連線裝置數量將超過一百五十億個，到2020年更將上看五百億個節點，足見該市場極具前景。

　　因應未來上百億能源管理節點的通訊需求，芯科實驗室亦將結合旗下數位訊號處理器（DSP）、浮點運算技術，以及Energy Micro的32位元低功耗微控制器方案，布局多模無線通訊SoC，讓智慧能源管理系統內部的無線收發器支援sub-GHz到2.4GHz頻段，全面覆蓋低功耗藍牙（Bluetooth LE）、ZigBee、802.15.4（g）、KNX和ANT+等通訊協定，協助系統業者實現更靈活的設計。

　　HSR/PRP協定助力　變電站落實自動化管理

　　無獨有偶，FPGA大廠--Altera也全力衝刺智慧能源市場，近期已攜手芬蘭硅智財（IP）供應商--Flexibilis，共同發布智慧電網變電站自動化設備的高可用性無縫冗余（HSR）和平行冗余通訊協定（PRP）參考設計。

　　Altera亞太區工業業務部市場開發資深經理江允貴表示，開發智慧電網的關鍵需求系達成電網傳輸和變電站設備的雙向通訊和即時控制功能；基于可編程且具強大運算能力的SoC FPGA架構，并搭配Flexibilis符合國際IEC 62439-3規範HSR/PRP的IP技術，將是實現此一目標的捷徑，可支援設備廠打造高性能、高可靠性和長壽命的變電站相關設備，同時降低系統成本。

　　目前變電站內的設備大多無法互通，容易產生封包丟失的情形，影響電網可靠度及穩定性；為此，國際電工委員會（IEC）遂制定IEC 61850標準，并特別針對變電站系統管理，細分出IEC 62439-3的設備互通規範，將以HSR/PRP兩種拓撲結構，實現零丟包（No Packet Loss），以及資料替代傳輸通道的備援方案，全面改善智慧電網、微電網的管理機制。

　　江允貴補充，由于歐洲較早投入發展智慧電網，變電站相關設備難以互通的問題已開始浮現，因此正積極尋求穩定、可靠的站內設備通訊機制。其中，變電站內的智慧電子設備（IED）系把關電網配電品質的首要關鍵，目前ABB、施耐德（Schneider）和西門子（Siemens）等IED供應商正競相投入開發符合HSR/PRP規範的新產品，以構筑冗余通訊網路，確保精確的設備資訊傳輸，并逐步落實自動化管理。

　　江允貴也指出，IEC 62439-3標準更新速度很快，唯有採用可編程的FPGA才能在最短時間內接軌每一代標準規格轉變，并滿足IED廠的客製化需求；此將有助FPGA在智慧能源系統領域崛起，并加速取代特定應用積體電路（ASIC）和特定應用標準產品（ASSP）。

　　四零四科技市場開發部專案副理林恕立則指出，由于全面更換變電站內的IED設備須耗費高昂的先期投資成本，因此系統業者初期將採購支援HSR/PRP協定的冗余通訊設備（Redundancy Box），并透過Gigabit乙太網路（Ethernet）介面串連各種IED裝置，進而以較低投資成本搭建HSR/PRP通訊網路，確保變電站資料傳輸穩定性。

　　至于全球智慧電網的發展，江允貴認為，除歐洲先進國家以外，中國大陸等新興國家將為智慧能源的發展挹注可觀動能。主因系新興國家經濟快速起飛，能源將日益捉襟見肘，政府須儘早投入部署智慧電網、再生能源系統，才能滿足國內所需；另外，由于先進國家已投資大量資源優化電網，因此在基礎建設成本折舊攤提的考量下，新興國家全面導入智慧電網架構的接受度將比先進國家高，也較容易施行，可望成為相關系統和半導體業者未來的迦南美地。

　　江允貴更透露，近期中國大陸不斷有新的變電站招標案出現，足見該國政府推動智慧能源管理的決心。看好中國大陸智慧電網市場發展潛力，Altera已積極展開圈地，將透過HSR/PRP參考設計，拉攏歐系IED大廠在該地區的代工合作伙伴，或轉投資系統廠。

　　新興國家瘋智慧能源　智慧電表需求逐漸涌現

　　除中國大陸正加快智慧能源發展腳步外，***、馬來西亞、菲律賓和泰國等亞太地區國家亦積極建置智慧電網，帶動先進讀表系統（AMI）、智慧電表（Smart Meter）布建需求。

　　資策會MIC產業分析師王怡臻（圖5）表示，以***電力公司為例，已規畫完成高壓及低壓端智慧電表布建計畫，其中，工商業的高壓應用部分已于2012年完成，總共換裝兩萬叁千戶電表。低壓的部分則將分成多個階段執行，總建置量將達百萬戶，截至目前已由大同、康舒共同出貨達成一萬兩千戶電表更新，2014年底臺電將再發包十萬具，并計畫于2015年布建完畢，隨后再逐年擴大採購。

　　王怡臻更透露，義大利和西班牙的智慧電表已使用多年，因此兩國政府已規畫于今年陸續換裝新電表，可望帶動新一波商機，目前***已有廠商開始進行接洽。

　　不過，除義大利和西班牙有設備老舊的換新需求外，由于歐債問題持續發酵，其他歐洲國家推動智慧電網的腳步已有放緩的跡象，因此包括西門子、施耐德和 Honeywell等電力設備大廠正積極轉戰東南亞新興國家，透過與當地的系統整合商及塬始設備製造商（OEM）合作，爭取新的智慧電表標案。

　　王怡臻認為，隨著智慧電網、微電網發展重心從歐洲逐漸移往新興國家，***和中國大陸系統業者將成為國際大廠爭相合作的對象，可望瓜分更多智慧能源發展商機。