SEP 2标准出炉　智能电网装置沟通无障碍

近年来由于物联网(Internet of Things, IoT)相关技术的发展日渐成熟，企业用户正开始思考如何透过智慧联网设备发展相关能源管理应用服务，以及如何整合不同通讯技术的能源管理设备传输资料。目前统一能源设备通讯协议最受注目的便是ZigBee联盟所发展的Smart Energy Profile 2.0(SEP 2)，SEP 2透过IPv6架构可进行ZigBee、无线区域网路(Wi-Fi)及电力线网路等技术资料交换工作，并可有效应用于智慧能源公共应用规范所规定的八类能源设备。

通讯技术标准化　能源设备提高管理效能

当世界各国由于能源成本提高与温室效应影响等因素开始积极推动节能减碳相关政策时，提高能源使用效率已成为各界致力达成的目标，期盼藉由降低能源浪费，进而达到节能减碳的最终目标；为达到此一目标，能源管理与资通讯系统进行整合运用即成为必然的发展趋势。

能源可以多种形式加以运用，其中最广泛使用的能源形式便是电力，目前国际上智慧化能源管理系统也多以电力系统做为主要发展目标，智慧联网应用中的智慧电网便是一例。智慧电网于透过导入资通讯技术后，电力公司便可透过整合分析所属用户端用电资讯，制定发电、输电及配电策略，避免发电过量或发电不足等情形。此外，在能源成本逐渐提高的情形下，用户端也逐渐导入智慧化节能技术，如智慧化控制及智慧能源管理技术等，透过能源设备耗能资讯分析，制定设备节能规画，期望可有效降低电力浪费状况并提高能源使用效率，减低能源浪费所造成的额外支出状况。

如要达到智慧化节能技术的妥适执行，能源设备间使用异质通讯技术的情形亟待解决，因此首要工作便是发展能源设备间的能源通讯网路共通通讯标准。为了解决上述问题，ZigBee联盟所制定的智慧能源规范，便是期望透过此一规范提供能源设备资料互通技术开发依循，提供设备耗能需求资讯，并且利用智慧化控制方式调整能源设备运作模式，以满足用户端能源管理需求。

能源设备互通　构筑智慧能源管理

ZigBee联盟致力推动能源设备厂商可应用智慧能源规范中所制定的八类能源设备，包括能源服务入口(Energy Service Portal)、计量装置(Metering Device)、预装显示设备(In-Premise Display)、可程式化通讯温控器(PCT)、负载控制器(Load Control Device)、智慧家电(Smart Appliance)和预付式终端设备(Prepayment Terminal)等，并进行互通性能源设备产品开发设计，期望可透过能源管理设备进行能源使用效能调控，如能源闸道器、智慧电表(Smart Meter)及家用能源显示器(In-home Display)等，以达到自动化资料交换技术支援的目标，有效满足能源管理系统智慧调控的目标。

为达到上述目标，ZigBee联盟所推动的智慧能源规范在2013年4月所发布的SEP 2标准，便是为了提供能源设备可横跨异质通讯技术(如ZigBee、电力线通讯及Wi-Fi)进行互通性能源资料交换工作，SEP 2采用IPv6的架构(图1)，致使采用不同实体层通讯技术(如802.15.4及802.11)的能源设备，设计人员可透过SEP 2的互通特性，降低异质通讯技术资料介接所造成的影响，因此，各界均期盼SEP 2所提供的能源设备资料互通性技术，可有效提升能源管理系统效能表现。

图1　SEP 2应用IPv6架构图

提升设备效率　智慧能源管理协议立功

SEP于2009年被美国能源部(DOE)和国家标准技术研究所(NIST)选为家庭区域网路设备初步互通标准，同时支援电力线通讯及Wi-Fi等不同数位家庭传输技术。美国于2009年所完成的智慧电网互通标准框架1.0版中，已将SEP认可做为新一代输电网计划使用的标准规格，并于2010年为美国家电制造商协会(AHAM)评定SEP 2为最高等级智慧能源管理资讯规范，更于2011年8月由HomePlug Alliance、Wi-Fi Alliance、HomeGrid Forum及ZigBee Alliance等四个家庭联网组织正式宣布以SEP 2为未来智慧电网在应用层的共同规范标准。

此外，在HomeGrid Forum、HomePlug Powerline Alliance、SAE International、IPSO Alliance、SunSpec Alliance、Wi-Fi Alliance及ZigBee Alliance等通讯协议联盟的通力合作下，SEP 2已于2013年4月完成标准的制定工作，提供能源管理设备厂商开发依循；由于各大通讯联盟均投入制定SEP 2的通讯互通性标准协议，SEP 2对于能源管理系统的效能提升也令人期待。

[@B]通讯协议统一　有助提升能源管理效率[@C] 通讯协议统一　有助提升能源管理效率

在各个能源通讯协议联盟所规画建构能源资讯与沟通架构(EICF)中，期望能源管理设备可透过网路互通、资讯语法互通等技术发展，透过整合能源系统调控的方式，有效降低能源浪费并提升能源使用效率；其中，自动化资料交换(Automated Data Exchange, ADE)及自动化需量反应(Automated Demand Response, ADR)即为EICF的两大重点制定技术。

在各大能源通讯协议联盟的合力制订下，SEP 2采用IPv6的协议架构，使ZigBee不再受限于IEEE 802.15.4的实体通讯技术，并可支援Wi-Fi与电力线通讯等技术，突破原先设备数量限制及传输速度等缺陷，提升能源管理设备资料介接效能，达成能源管理系统自动化资料交换的目标(图2)。

图2　ZigBee Smart Energy Profile 2.0通讯层架构图

另一方面，SEP 2也改进SEP 1.x主要提供给先进读表基础建设服务的情形，提供多样化的能源设备通讯使用，并且透过上述自动化资料交换技术的开发，自动化需量反应技术可以透过能源设备回报的能源使用需求资讯，透过设备的能源使用需求资讯进行整合分析，于能源供给端方面，则以提供适切的能源生产量、配置规画，提高能源使用效率；于能源使用端方面，则可提供能源设备的卸载管理规划及切换再生能源系统支援等，避免超额使用能源之情形，进而提升系统效率。 [!--empirenews.page--]

SEP 2制定的共通通讯协议中，由于自动化资料交换技术及需量反应技术等，便可提供多样能源设备管理及控制服务开发设计，例如能源负载管理、智慧电网系统监控(如发电、输电与配电)、智慧住宅系统等，有效提升能源使用效率，进而达到节能减碳的目标。

ZigBee IP助阵　能源系统网路IP化

为符合SEP 2中通讯互通性的目的，ZigBee联盟发展ZigBee IP通讯协议，ZigBee IP为全球第一个基于IPv6无线网状网路解决方案的公开标准(表1)，增加网路安全层以及IEEE 802.15.4标准的应用服务架构，可提供无缝、点对点网路连线架构，以有效控制具低能耗、低成本设备。由于ZigBee联盟先前所制定的ZigBee规范(如ZigBee RF4CE与ZigBee Pro)，并无法提供IP化的通讯服务，导致采用ZigBee通讯技术的能源设备须透过额外转换介面进行管理，无法提供具通透性的能源设备管理系统。

ZigBee IP为提供低能耗的设备与IPv6通讯技术设备进行无缝式资料交换工作，支援相关标准网路协定，如6LowPAN、PANA、RPL、TLS、TCP及UDP等。此外，ZigBee IP为提供点对点的通讯安全，亦支援TLS 1.2协定，于连结层采用AES-128-CCM演算法提供讯框安全，并采用X.509 v3 certificates与ECC-256 cipher suite建构公钥架构。

如图3所示，透过ZigBee IP规范的制定，能源设备制造便可利用SEP 2标准设计具互通性的能源管理解决方案，ZigBee IP特性包括可运作于2.4GHz(全球)/915MHz(美国)/868MHz(欧洲)/920MHz(日本)的IEEE 802.15.4、结合节能机制、支援搜寻机制(Discovery Mechanism)与成对机制(Pairing Mechanism)、支援星状拓扑及个人区域网路通讯、提供单点与多点传输、提供金钥更新机制、采用企业标准的AES-128-CCM安全机制与支援联盟制定标准及生产商的新设备设计。

图3　ZigBee IP规范

SEP 2打造无缝能源资料通讯

SEP 2所提供的互通性通讯架构，使能源管理系统打破原先由于设备通讯技术不同，须透过通讯介面转换以进行资料传输的状况，亦可整合智慧电网相关应用服务。在智慧电网应用服务中包含能源使用端、能源供给端及应用服务提供端三种角色，三者可透过能源管理设备资料交换技术，进行所需的能源调控工作；其中，可应用SEP 2的能源应用服务如家用能源管理系统(HEMS)、建筑能源管理系统(BEMS)、先进读表基础建设(AMI)与需量反应(Demand Response)。

以家用能源管理系统为例，HEMS可透过SEP 2的互通性技术，将家用能源设备的能源资讯传输至管理系统，如智慧家电、智慧电表、再生能源系统、储能系统、智慧温控设备以及充电式电动车等，并且透过能源管理系统进行能源设备运作调控；举例来说，倘若太阳能发电的能源产量大于家庭所需用电时，即可将剩余发电储存至储能系统或将电能转卖给电力公司。

在SEP 2统一智慧电网通讯的情形下，智慧电网原先须透过多种不同通讯技术所造成的资料交换不便情形已获得大幅改善，能源管理设备与能源管理系统设计便可依循SEP 2的规范架构进行研发设计，并透过自动化资料交换技术的可行性，致使智慧电网设备间进行无缝式通讯，提升智慧电网执行效益，亦扩大能源管理系统的管理范畴，加速智慧电网应用市场发展，从而达到节能减碳的目标。

(本文作者任职于资策会智通所)