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。最后，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，参与重量科技项目包括：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。

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
3.2.2CPS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