自(zì)電(diàn)被發明(míng)以來(lái)，已成為(wèi)現(xiàn)代生(s∑hēng)活的(de)基本組成部分(fēn)之一(yī)，人(rén)們無法想象沒有(yǒu)電(diàn)的(de)世界。現(xiàn)代世界π中幾乎所有(yǒu)事(shì)物(wù)都(dōu)要(yào)依靠電(diàn)力才能(néng)有(§yǒu)效地(dì)工(gōng)作(zuò)，且其也(yě)推動著(zhe)科(kē)技(jì)朝著(zhe)更美(m↓ěi)好(hǎo)的(de)未來(lái)發展。

即使是(shì)短(duǎn)時(shí)間(jiān)的(de)停電(diàn)也(yě)會(huì)嚴重影(yǐng)響交通(tōn₹g)和(hé)通(tōng)信等行(xíng)業(yè)的(de)運作(zuò)。因此，電(diàn)力持續穩定的(d↕e)可(kě)靠性在當今已變得(de)非常重要(yào)。與此同時(shí)，電(diàn)力的(de)使用(yòng)量大(dà)幅增加，因此可(kě)持續能(néβng)源方面也(yě)得(de)到(dào)了(le)一(yī)些(xiē)關注。因此，電(diàn)力和(hé)能(néng)源系β統(EPES)正在發生(shēng)變化(huà)，提供清潔的(de)分(fēn)布式能(néng)源，以促進全球經濟的(de)持續增長(cháng)。

物(wù)聯網可(kě)以在改變EPES方面發揮重要(yào)作(zuò)用(yòng)，因為(wèi)其能(néng)夠将互聯網連接到(dào)幾乎任何日(rì→)常物(wù)品。物(wù)聯網使實時(shí)監控、預測性維護、智能(néng)控制(zhì)和(hé)網絡安全等技(jì)術(shù)成為(wèi)可(kě)能(néng)，可(k₹ě)以将現(xiàn)有(yǒu)的(de)EPES轉變為(wèi)智能(néng)的(de)網絡型EPES。目前的(de)技(jì)術(shù)已經發展到(dào)此等地(dì)步，即使是(sh£ì)繁重的(de)計(jì)算(suàn)也(yě)可(kě)以在邊緣設備上(shàng)進行(xíng)。這(zhè)減少(sπhǎo)了(le)網絡上(shàng)傳輸的(de)數(shù)據量，即使在網絡連接較弱或速度較慢(màn)的(de)情況下(xià)，設備也(yě)能(néng)高(gāo)效工(gōng)作Ω(zuò)。

下(xià)面來(lái)看(kàn)看(kàn)物(wù)聯網是(shì)如(rú)何改變EPES行(xíng)業(yè)，以及與之相(xiàng)關的(de₹)挑戰的(de)實際解決方案。

利用(yòng)物(wù)聯網構建更智能(néng)的(de)電(diàn)力網絡

從(cóng)廣義上(shàng)講，任何電(diàn)力系統都(dōu)可(kě)以分(fēn)為(wèi)三個(gè)主要(yào)部分(fēn):發電(d←iàn)、輸電(diàn)和(hé)供電(diàn)給消費(fèi)者（工(gōng)業(yè)、住宅和(hé)商業(yè)）。所有(yǒu)組件(jiàn)對(duì)電(diàn)網的(d♦e)正常運行(xíng)都(dōu)同等重要(yào)，并且具有(yǒu)廣泛的(de)性能(néng)改進空(k↓ōng)間(jiān)。智能(néng)電(diàn)網使用(yòng)物(wù)聯網技(jì)術(shù)，包括先進的(de)計(jì)量™基礎設施(AMI)、監控和(hé)數(shù)據收集(SCADA)，以提供增強可(kě)靠性、彈性、适應性和(hé)能(néng)源效率等好(hǎo)處。 '

提高(gāo)發電(diàn)能(néng)力

分(fēn)布式能(néng)源發電(diàn)将主導新型發電(diàn)基礎設施，物(wù)聯網可(kě)以提高(gāo)發電(diàn)效率。智能(néng)系統可(↔kě)以通(tōng)過實時(shí)收集數(shù)據，甚至從(cóng)其他(tā)資産(如(rú)輸電(diàn)和(hé)配電(diàn))進行(xíng)負載♦預測和(hé)狀态預測。收集的(de)數(shù)據還(hái)有(yǒu)助于發電(diàn)廠(chǎng)發電(diàn)組合的(de)最佳÷平衡。

物(wù)聯網軟件(jiàn)解決方案還(hái)可(kě)以利用(yòng)基于雲的(de)高≤(gāo)級分(fēn)析，來(lái)獲得(de)對(duì)發電(diàn)廠(chǎng)及其所有(yǒu)資産的(de)實時(shí)洞察。這(zh♠è)提供了(le)整個(gè)發電(diàn)廠(chǎng)的(de)可(kě)見(jiàn)性，并有(yǒu)助于确保最佳運營、可(kě)持續發電(diàn)和(hé)預測性維護。 對(duì)于依賴環境因素運行(xíng)的(de)太陽能(néng)、風(fēng)能(néng)等發電(diàn)廠(chǎng♣)，物(wù)聯網可(kě)以通(tōng)過雲計(jì)算(suàn)和(hé)運行(xíng)天氣模拟算(su àn)法幫助預測天氣狀況。

改善輸配電(diàn)(T&D)

電(diàn)力産生(shēng)後，如(rú)何對(duì)産生(shēng)的(de)電(diàn)力進行(xíng)處理(lǐ)和(hé)∞有(yǒu)效分(fēn)配，成為(wèi)電(diàn)網中最關鍵的(de)任務之一(yī)。這(zhè)裡(lǐ)最重要♣(yào)的(de)兩項任務是(shì)恢複電(diàn)力中斷和(hé)執行(xíng)負載預測。斷電(diàn)可(kě)能(néng)是(shì)由許多(→duō)原因造成的(de)，其中最常見(jiàn)的(de)是(shì)系統故障。故障是(shì)非常突然且具有(yǒu)破壞性的(de)，這(zhè)使得(d¥e)定位故障點很(hěn)困難。

借助物(wù)聯網，添加了(le)智能(néng)監控系統，有(yǒu)助于減少(shǎo)電(diàn)力損失和(hé)數(shù)據盜竊。這(zhè)是δ(shì)通(tōng)過實時(shí)調整電(diàn)壓、電(diàn)流等電(diàn)氣參數(shù)，并根據獲得(de)的(d¶e)監測數(shù)據追蹤竊電(diàn)來(lái)源來(lái)實現(xiàn)的(de)。因此，物(wù)聯網通(tōng)過使其更強大(dà)和(hé)更快(kuài)的(↑de)響應來(lái)改善電(diàn)力輸送服務。

電(diàn)力消耗數(shù)字化(huà)

随著(zhe)新的(de)建築和(hé)工(gōng)業(yè)的(de)建立，對(duì)電(diàn)力的(de)需求日(rì)益增加。這(zhè)就☆(jiù)産生(shēng)了(le)以可(kě)持續方式消耗能(néng)源的(de)需求，因為(wèi)大(dà)部分(fēn)電(diàn)力最終是ε(shì)由可(kě)耗盡的(de)自(zì)然能(néng)源資源産生(shēng)的(de)。微(wēi)電(diàn)網或智能(néng)電(d≈iàn)網是(shì)新興的(de)技(jì)術(shù)，其與物(wù)聯網一(yī)起，可(kě)以使任™何消費(fèi)者使用(yòng)太陽能(néng)和(hé)風(fēng)能(néng)等可(kě)再生(shēng)能(néng)源發電(diàn)，并創建分(fēn)布式↓能(néng)源存儲系統。

消費(fèi)者也(yě)可(kě)以參與與主電(diàn)網的(de)電(diàn)力交換。因此，當主發電(diàn)量低(dī)于需求時(∞shí)，消費(fèi)者産生(shēng)的(de)電(diàn)力可(kě)以用(yòng)來(lái)填補短(duǎn)缺，反之亦然。智能(néng)負載∞利用(yòng)物(wù)聯網傳感器(qì)為(wèi)消費(fèi)者提供有(yǒu)關發電(diàn)和(hé)利用(yòng)的(de)有(yǒu) 用(yòng)信息，使之能(néng)夠更有(yǒu)效地(dì)使用(yòng)電(diàn)力、減少(sh♣ǎo)浪費(fèi)，并管理(lǐ)費(fèi)用(yòng)。

使用(yòng)物(wù)聯網的(de)智能(néng)負載示例(圖片來(lái)源:ieee.org)

在EPES中部署物(wù)聯網相(xiàng)關的(de)挑戰及其解決方案

将物(wù)聯網應用(yòng)于EPES帶來(lái)了(le)一(yī)些(xiē)優勢，但(dàn)也(yě)存在一(yī)些(xiē)弱點，如(rú)連接性、電(diàn)源管理(lǐα)、傳感複雜(zá)性和(hé)安全性。為(wèi)了(le)克服這(zhè)些(xiē)挑戰，采用(yòn€g)了(le)各種方法來(lái)幫助實現(xiàn)“智能(néng)網絡安全電(diàn)力網絡”的(de)願‍景。

連通(tōng)性的(de)挑戰

物(wù)聯網設備包含多(duō)種連接協議(yì)，如(rú)Wi-Fi、ZigBee和(hé)BLE，用(®yòng)于傳輸數(shù)據。這(zhè)些(xiē)協議(yì)運行(xíng)在相(xiàng)同的(de)頻(pín)段上(shàng)，即2.4 GHz，這(zhè)可(kφě)能(néng)會(huì)産生(shēng)幹擾并導緻網絡質量顯著下(xià)降。為(wèi)了(le)克服這(zhè)一(yī)挑戰，部署了(le)無線融合模塊，這‍(zhè)可(kě)以處理(lǐ)多(duō)個(gè)協議(yì)并避免共存的(de)挑戰。

電(diàn)源管理(lǐ)的(de)挑戰

管理(lǐ)物(wù)聯網設備的(de)功耗是(shì)關鍵任務之一(yī)，因為(wèi)要(yào)依靠電(diàn)池供電(diàn)獨立∑運行(xíng)。有(yǒu)時(shí)，這(zhè)些(xiē)數(shù)據監控物(wù)聯網設備需要(yào)放(fàng)置在不(bù)易接近(jìn)₩的(de)位置，因此更換電(diàn)池或提供穩定的(de)電(diàn)源變得(de)困難。因此，設備上(shàng)需要(yào)有(yǒu)某種形式的(de)能(néng)量收集系統，以延σ長(cháng)設備的(de)壽命。

網絡安全的(de)挑戰

物(wù)聯網設備為(wèi)節約能(néng)源，通(tōng)常在處理(lǐ)能(néng)力上(shàng)受到(dào)限制(zhì)，這(zhè)使得(de)設備一(yī)旦連接到(<dào)互聯網，就(jiù)很(hěn)容易成為(wèi)攻擊者的(de)弱小(xiǎo)目标。最常見(jiàn)的(de)網絡攻擊類型包括分("fēn)布式拒絕服務(DDoS)攻擊和(hé)勒索軟件(jiàn)。過去(qù)發生(shēng)過很(hěn)多(duō)類似Mir¶ai僵屍網絡攻擊的(de)事(shì)件(jiàn)，影(yǐng)響了(le)超過10萬個(gè)物(wù)聯網節點。通(tōng)過使用(yòng)氣隙網絡、大(dà)管道(dào)、異常檢測 方法和(hé)流量過濾等安全技(jì)術(shù)，可(kě)以減少(shǎo)此類DoS攻擊。

總而言之，電(diàn)力網絡的(de)數(shù)字化(huà)是(shì)前進的(de)道(dào)路(lù)，因為(wèi)其提供了(le)利益，無論是(shì)在貨币方面<還(hái)是(shì)在可(kě)持續性方面。物(wù)聯網在改變EPES方面發揮著(zhe)重要 (yào)作(zuò)用(yòng)，這(zhè)也(yě)為(wèi)研究人(rén)員(yuán)開(kāi)辟了(≈le)一(yī)個(gè)令人(rén)興奮的(de)創新領域。