电力物联网概论

　　电力物联网的研究与应用已经成为潮流和趋势。电力物联网是能源互联网发挥基础设施、平台效应和价值创造作用的支撑。基于这样的认识，本书对电力物联网的相关技术与应用进行概述。 本书首先从宏观上介绍互联网、物联网、智能电网、能源互联网等技术的演进背景和国内外发展现状；然后分析电力物联网建设原则与要求、技术体系及应用，并从传感控制、通信网络、平台架构和应用服务四个方面阐述电力物联网总体架构；接着详细讨论电力物联网所涉及的关键技术和典型应用场景。Z后，本书展望未来信息技术在电力物联网中的应用发展，并给出发展建议。 本书可供能源电力行业的从业人员使用，也可供能源电力和信息技术相关的研究生参考，同时适用于任何对新技术和未来趋势感兴趣的读者。

　　曹军威，清华大学信息国家研究中心研究员、信息技术研究院副院长，兼任中国电机工程学会电力信息化专业委员会委员，中国能源研究会能源互联网专业委员会副秘书长，中国自动化学会能源互联网专业委员会常务理事，中国机械工业联合会能源互联网设备与技术分会专&家，国家电力投资集团专&家委员会委员，北京智中能源互联网研究院首席科学家等。 曹军威带领团队长期从事物联网关键技术及其在能源电力领域的应用研究，参与国家科技项目包括：国家科技973计划课题“物联网运行支撑平台和实证研究”（2011CB30285）、“源-网-荷协同的智能电网EMS研制与示范应用”（2013CB228206），国家自然科学基金委重点项目“智能电网信息系统的体系结构和验证环境”（61233016）、工信部物联网专项“物联网中间件及海量信息处理平台研发及产业化项目”、“物联网应用中间件研发及产业化”、国家自然科学基金委面上项目“能源互联网建模、分析与优化理论研究”（61472200）等，部分成果已经在电网公司等开展了示范应用和成果转化。

目录
前言
第 1 章 电力物联网背景介绍 1
1.1 背景与意义 1
1.2 互联网与物联网 2
1.2.1 互联网 2
1.2.2 物联网 3
1.3 智能电网与能源互联网 4
1.3.1 智能电网 4
1.3.2 能源互联网 5
1.4 电力物联网与信息通信技术 7
1.4.1 电力物联网对信息通信能力的需求和特点 7
1.4.2 电力物联网的信息通信关键技术 9
1.5 国内外发展现状 15
1.5.1 美国发展情况 15
1.5.2 欧盟发展情况 17
1.5.3 日本发展情况 18
1.5.4 国内发展现状 18
第 2 章 电力物联网总体架构 20
2.1 建设原则与要求 20
2.1.1 建设原则 20
2.1.2 建设要求 22
2.2 技术体系及应用分析 26
2.2.1 技术体系 27
2.2.2 技术应用分析 30
2.3 传感控制 34
2.3.1 传感装置 34
2.3.2 适配控制 35
2.3.3 功能分析 38
2.4 通信网络 41
2.4.1 网络层次结构 41
2.4.2 通信需求分析 43
2.4.3 通信方式 45
2.4.4 组网方式 50
2.5 平台架构 52
2.5.1 功能架构 52
2.5.2 计算架构平台 53
2.6 应用服务 58
2.6.1 线路多维感知在线监测系统 58
2.6.2 配电巡检系统 58
2.6.3 变电站设备状态在线监测系统 59
2.6.4 电力设施防护及安全保电支撑平台 60
2.6.5 配电现场作业监管系统 60
2.6.6 智能用电服务系统 61
2.6.7 用电信息采集系统 61
2.6.8 基于 RFID 的电力物联网设备管理系统63
本章小结64
第 3 章 电力物联网关键技术 65
3.1 物联网 65
3.1.1 基本概念 65
3.1.2 发展趋势 65
3.1.3 创新 2.0 模式67
3.2 信息物理融合系统 67
3.2.1 基本概念及架构 67
3.2.2 CPS 的特点 69
3.2.3 电网 CPS 的技术特征 70
3.3 云计算 71
3.3.1 云计算的概念 71
3.3.2 云计算的特点 73
3.3.3 云计算技术 73
3.3.4 云计算的应用 74
3.3.5 云计算所面临的挑战 75
3.4 大数据 76
3.4.1 大数据的概念 76
3.4.2 大数据的特征 77
3.4.3 大数据分析过程 78
3.4.4 电力系统大数据 80
3.5 移动计算 80
3.5.1 概念及系统组成 80
3.5.2 移动计算模型 81
3.5.3 移动计算关键技术 82
3.5.4 移动计算的应用 82
3.6 边缘计算 83
3.6.1 边缘计算的概念及架构 83
3.6.2 边缘计算的使能技术 84
3.6.3 边缘计算应用场景 85
3.6.4 边缘计算技术发展带来的影响 86
3.7 人工智能 87
3.7.1 人工智能的概念 87
3.7.2 人工智能的应用方法 87
3.7.3 人工智能在电力系统中的发展趋势 89
3.8 区块链 90
3.8.1 区块链的含义及基础架构 90
3.8.2 区块链基础技术特点 91
3.8.3 区块链基础技术价值 92
3.8.4 区块链基础技术潜在的应用 92
3.9 信息安全 93
3.9.1 信息安全的意义和重要性 93
3.9.2 信息安全的影响因素 94
3.9.3 安全策略 95
3.9.4 相关技术 95
本章小结97
第 4 章 电力物联网典型应用场景 98
4.1 信息能源基础设施一体化 98
4.1.1 信息能源基础设施一体化的形成 98
4.1.2 基础设施一体化设备—能量路由器 99
4.1.3 融合途径 101
4.1.4 电力物联网在本场景中的作用 102
4.2 多能互补与综合能源服务 102
4.2.1 能源互联网与多能互补 103
4.2.2 综合能源服务 105
4.2.3 电力物联网在本场景中的作用 106
4.3 能量管理、调度与优化 106
4.3.1 园区能量管理系统 106
4.3.2 协同优化控制技术 108
4.3.3 风光储协同优化 110
4.3.4 电能质量治理 111
4.3.5 电力物联网在本场景中的作用 111
4.4 企业经营管理 112
4.4.1 企业上云 112
4.4.2 数据监测系统安装 114
4.4.3 数据质量评估与治理 116
4.4.4 绿色金融 117
4.4.5 电力物联网在本场景中的作用 118
4.5 用户服务平台 118
4.5.1 系统架构 118
4.5.2 服务平台功能 119
4.5.3 该场景下的电力物联网建设 123
4.6 电力需求侧管理与虚拟电厂 124
4.6.1 电力需求侧管理实施背景 124
4.6.2 实施意义 125
4.6.3 发展方向 126
4.6.4 电力需求响应技术 128
4.6.5 电力需求侧管理实施主体 129
4.6.6 虚拟电厂 130
4.6.7 电力物联网在本场景中的作用 130
4.7 数据资产与运营 131
4.7.1 内部数据应用 131
4.7.2 外部数据服务 135
4.7.3 合作伙伴 136
4.7.4 电力物联网在本场景中的作用 137
4.8 能源互联网金融 137
4.8.1 融资模式 137
4.8.2 创新融资模式 139
4.8.3 能源互联网交易机制 140
4.8.4 能源互联网金融 142
4.8.5 电力物联网在本场景中的作用 144
4.9 电力市场与商业化运营 144
4.9.1 能源互联网商业模式特点 144
4.9.2 具体运营模式 145
4.9.3 分布式能源交易 147
4.9.4 电力物联网在本场景中的作用 148
4.10 能源互联网业态与生态 148
4.10.1 未来典型的能源互联网应用 148
4.10.2 互联网化的能源应用特征 149
4.10.3 典型能源互联网模式下的应用场景 149
4.10.4 分散式的能源互联网 152
4.10.5 电力物联网在本场景中的作用 152
本章小结 153

第 5 章 未来与展望 154
5.1 未来技术发展 154
5.1.1 增强虚拟现实 154
5.1.2 数字孪生（Digital Twins） 155
5.1.3 智物（Intelligent Things） 155
5.1.4 未来信息技术 156
5.2 未来应用趋势 156
5.2.1 智能家居与“源—网—储”的实时互动 156
5.2.2 面向能源互联网的“云—边—端”协同运行 158
5.2.3 基于特征分析的自适应用能策略调整 159
5.2.4 数字能源供应链金融 160
5.3 展望 160
5.3.1 发展阶段和内涵 160
5.3.2 发展面临的问题 161
5.3.3 发展建议 162
本章小结 163
附录 名词术语一览表 164
参考文献 169