物聯網與智慧電網關鍵技術


	物聯網是近幾年發展起來的新型資訊科學技術，是電腦、通訊、自動控制等學科的高度交叉融合。物聯網從概念已落實為具體的行動，全國的物聯網產業、工程示範、應用服務、科研以及相關領域的應用逐漸發展壯大，在當今的社會、經濟和生活中發揮著日益重要作用。　　物聯網是資訊技術發展到一定高度的結果，是以資訊技術、通訊技術和電腦技術為代表的，包括電子技術、自動控制技術、智慧科學等在內的多種技術與科學的融合與擴展，是繼互聯網後的又一次創新。物聯網是一個複雜的系統工程，涉及多個層次與多個領域，其特徵體現為「全面感知、可靠傳送、智慧處理」。　　智慧電網與物聯網作為具有策略意義的高新技術和新興產業，已引起世界各國的高度重視。智慧電網與物聯網的相互滲透、深度融合和廣泛應用，能有效整合通訊基礎設施資源和電力系統基礎設施資源，進一步實現節能減碳，提升電網資訊化、自動化、互動化水準，提高電網運行能力和服務品質。物聯網和智慧電網的發展也將促進電力工業的結構轉型和產業升級。物聯網技術將進一步助力智慧電網的實現，如設備狀態的預測和調控、資產全壽命週期管理的輔助決策、電網與使用者間的智慧互動等。　　本書是以物聯網的架構為基礎展開的，著重介紹了物聯網與智慧電網的關鍵技術和近幾年來發展並得到廣泛應用的新技術，主要包括物聯網架構、感知關鍵技術、通訊與安全關鍵技術、大資料與邊緣計算技術、智慧電網的優化與運行等。　　第1章主要介紹了物聯網的基本概念、物聯網架構、元素與標準及關鍵技術域，並重點討論了物聯網一個非常重要的領域——智慧電網。第2章在分析智慧電網與傳統電網不同的基礎上，介紹了新資訊通訊技術在電力系統中的應用。第3章～第6章著重介紹了物聯網與智慧電網的關鍵技術。　　第3章為感知技術。目前，感測器技術已向智慧感測器方向發展，而RFID 技術向著多功能、多維度、無線化的方向發展。在物聯網中最有廣闊應用前景的是生化無線感測器，它與RFID 和無線感測器網路的結合為其在物聯網中便捷應用帶來了光明的前景。以NB-IoT 和LoRa 為代表的廣域通訊技術將為物聯網的發展注入活力。　　第4章為物聯網通訊與安全技術。5G 作為將要全面應用的移動通訊系統，其廣覆蓋、高速率、低時延和低功耗的特點將使其成為物聯網的首選接入平臺。物聯網所面對的安全性挑戰比傳統的互聯網的安全性挑戰更為嚴峻，其本質是對「實體資訊」的挑戰。這需要採用更為先進的安全技術解決物聯網在互聯網中面對的安全問題。智慧電網作為物聯網的一個應用領域，其通訊基礎設施的構成較為複雜，同樣存在多方面的安全威脅，這需要採用技術性和非技術性的解決方案保障其安全。　　第5章為智慧電網中的大資料與物聯網的邊緣計算。大資料具有許多優勢，可以從中挖掘出新規律、新知識和新價值，從而更好地滿足使用者的用電需求、更好地響應需求側、更好地調度管理電網。邊緣／霧端運算技術是對雲端運算的補充和延展，邊緣／霧端設備的位置接近所產生的資料，使其在資源配置、服務交付和隱私保護表現出了突出性能。　　第6章為AMI 與DR 及其智慧電網中資訊處理的使能技術。在智慧電網時代，由於使用者更多的參與以及波動性較大的分散式可再生能源對電力系統的日益滲透，使傳統的集中式的資訊處理方式難以應對智慧電網的需要。為此智慧電網從傳統的集中式計算向分散的、自組織的、主動的和整體計算方式轉變，其意義旨在支援資料豐富但資訊有限的環境的快速決策，增強智慧電網運行。　　本書的最後一章主要介紹了中國的可再生能源現狀與發展趨勢，及相應的微電網技術。　　本書內容全面，脈絡清晰，文字通俗易懂，方便讀者自學。本書適用於從事物聯網、智慧電網、電力系統研究、開發及應用的工程技術人員、技術管理人員等，也可供高等院校相關專業師生參考。


	目錄第1章概述 1.1 物聯網的基本概念 1.1.1 物聯網的願景與定義 1.1.2 物聯網的主要特徵與面向服務的物聯網功能願景 1.1.3 物聯網機遇 1.2 物聯網架構、元素與標準 1.2.1 物聯網架構 1.2.2 物聯網元素 1.2.3 物聯網標準 1.3 物聯網關鍵技術 1.3.1 應用域、中間件域、網路域和對象域技術 1.3.2 互操作性和集成技術 1.3.3 可用性與可靠性技術 1.3.4 資料記憶體、處理與視覺化技術 1.3.5 可擴展性技術 1.3.6 管理與自配置技術 1.3.7 建模與仿真 1.3.8 標識的唯一性 1.3.9 安全與隱私 1.4 物聯網在中國的應用與發展 1.4.1 物聯網在中國的主要應用領域 1.4.2 物聯網在中國的發展 1.5 物聯網與智慧電網 1.5.1 智慧電網的基本概念 1.5.2 智慧電網中的物聯網 1.6 智慧電網中的物聯網關鍵技術 1.6.1 基於智慧電網的物聯網架構層次 1.6.2 智慧電網中的物聯網關鍵技術 1.7 智慧電網誕生與政策推動 1.7.1 智慧電網的誕生 1.7.2 主要國家對智慧電網的政策推動 1.8 智慧電網面臨的挑戰 1.8.1 資訊和通訊 1.8.2 感知、測量、控制 1.8.3 電力電子與電量記憶體 1.9 小結參考文獻第2章智慧電網基礎 2.1 電力系統構成 2.1.1 電力系統結構 2.1.2 發電與電網結構 2.2 電力自動化系統 2.2.1 電力自動化的目標、新技術與內容 2.2.2 變電站綜合自動化系統 2.2.3 電力調度自動化系統 2.2.4 配電網綜合自動化系統 2.2.5 電能自動抄表系統 2.3 新資訊通訊技術在電力系統中的應用 2.3.1 雲端運算與邊緣運算的狀態估計架構 2.3.2 智慧電網中的大數據分析 2.4 小結參考文獻第3章感知技術 3.1 智慧感測器 3.1.1 智慧感測器的構成 3.1.2 智慧感測器的軟體系統 3.1.3 MEMS 3.2 無線生化感測器 3.2.1 無線電化學感測器 3.2.2 無線電子化學感測器 3.2.3 無線光學感測器 3.2.4 其他轉導機制的無線感測器 3.2.5 無線化學感測器的挑戰與關鍵技術 3.3 智慧電表 3.3.1 智慧電表的發展與基本構成 3.3.2 智慧電表的構成模組 3.3.3 諧波對智慧電表的影響及智慧電表的安全與隱私及攻擊類型 3.4 RFID與無線感測器網路 3.4.1 RFID 3.4.2 無線感測器網路 3.4.3 IEEE802.15.4 標準及ZigBee協議規範 3.4.4 RFID與WSN的集成 3.5 NB-IoT與LoRa技術 3.5.1 NB-IoT 3.5.2 LoRa技術 3.6 定位技術 3.6.1 基於無線訊號的定位技術 3.6.2 基於WLAN頻道狀態資訊的室內定位技術 3.6.3 5G定位技術 3.7小結參考文獻第4章物聯網通訊與安全技術 4.1 物聯網對通訊與安全要求 4.1.1 物聯網通訊系統的構成 4.1.2 對通訊及安全的要求 4.2 無線網路技術及其分類 4.2.1 物理層技術 4.2.2 媒質訪問控制層技術 4.2.3 網路層技術 4.3 物聯網的無線通訊標準 4.3.1 超短距離通訊標準 4.3.2 短距離和低資料速率的標準 4.3.3 WiFi標準 4.3.4 低功耗廣域網路標準 4.3.5 行動網路通訊標準 4.4 物聯網的通訊協議 4.4.1 應用協議 4.4.2 服務發現協議 4.4.3 基礎設施協議 4.4.4 其他協議 4.5 物聯網架構的安全 4.5.1 典型的商業物聯網架構 4.5.2 典型的商業物聯網架構的安全功能 4.6 5G與物聯網 4.6.1 5G物聯網的能力與要求 4.6.2 5G物聯網的關鍵使能技術 4.6.3 5G-IoT面臨的技術挑戰與發展趨勢 4.7 智慧電網的通訊技術 4.7.1 通訊系統結構 4.7.2 有線通訊技術 4.7.3 無線通訊技術 4.8 智慧電網的安全問題 4.8.1 智慧電網安全挑戰和目標及一些相關工作簡介 4.8.2 威脅智慧電網安全的技術來源 4.8.3 清除智慧電網安全威脅的參考框架 4.9 小結參考文獻第5章智慧電網中的大數據與物聯網的邊緣運算 5.1 智慧電網與大數據 5.1.1 智慧電網的大數據源及大數據分析帶來的益處 5.1.2 智慧電網中的大數據應用 5.2 智慧電網大數據分析的技術 5.2.1 大數據分析的平台 5.2.2 對電能大數據的分析及其關鍵技術 5.3 物聯網中的邊緣/霧端運算 5.3.1 基本概念 5.3.2 霧端/邊緣運算架構 5.3.3 霧端/邊緣運算提供的服務 5.4 物聯網霧端/邊緣運算域內的協議與模擬技術 5.4.1 物聯網霧端/邊緣運算域內的協議 5.4.2 物聯網霧端/邊緣運算域內的模擬技術 5.4.3 安全與隱私 5.5 小結參考文獻第6章 AMI與DR及其智慧電網中資訊處理的使能技術 6.1 高級計量基礎設施 6.1.1 AMI與智慧電網 6.1.2 AMI的子系統 6.1.3 AMI的安全 6.1.4 AMI的相關標準和協議 6.2 需要響應（DR） 6.2.1DR 基本概念與實施DR的益處 6.2.2DR 中的使用者分類及使用者域的概念模型 6.2.3DR 計劃 6.2.4DR 的使能智慧技術 6.3 智慧電網中資訊處理的使能技術 6.3.1 智慧電網中資訊處理技術面臨的挑戰 6.3.2 智慧電網優化模型 6.3.3 線上電壓控制 6.3.4 線上安全分析 6.3.5 廣域監控、保護和控制 6.3.6 電力市場預測 6.3.7 自適應風電預測 6.4 小結參考文獻第7章可再生能源與微電網 7.1 中國的可再生能源與減排 7.1.1 水電 7.1.2 風電 7.1.3 太陽能 7.1.4 生物能 7.1.5 其他可再生能源 7.1.6 中國可再生能源發展的前景 7.2 智慧電網與微電網的集成 7.2.1 微電網與混合AC/DC微電網 7.2.2 混合AC/DC的組件及其模型 7.3 微電網的優化運行問題 7.3.1 微電網的優化運行模型 7.3.2 微電網的優化運行模型解的概述 7.4 小結參考文獻附錄