物联网与智能电网关键技术

第1 章　概述　/ 1
　1.1　物联网的基本概念　/ 1
　　　1.1.1　物联网的愿景与定义　/ 1
　　　1.1.2　物联网的主要特征与面向服务的物联网功能愿景　/ 2
　　　1.1.3　物联网机遇　/ 4
　1.2　物联网架构、元素与标准　/ 5
　　　1.2.1　物联网架构　/ 5
　　　1.2.2　物联网元素　/ 7
　　　1.2.3　物联网标准　/ 9
　1.3　物联网关键技术　/ 13
　　　1.3.1　应用域、中间件域、网络域和对象域技术　/ 13
　　　1.3.2　互操作性和集成技术　/ 14
　　　1.3.3　可用性与可靠性技术　/ 16
　　　1.3.4　数据存储、处理与可视化技术　/ 17
　　　1.3.5　可扩展性技术　/ 18
　　　1.3.6　管理与自配置技术　/ 19
　　　1.3.7　建模与仿真　/ 20
　　　1.3.8　标识的唯一性　/ 20
　　　1.3.9　安全与隐私　/ 21
　1.4　物联网在中国的应用与发展　/ 22
　　　1.4.1　物联网在中国的主要应用领域　/ 23
　　　1.4.2　物联网在中国的发展　/ 24
　1.5　物联网与智能电网　/ 25
　　　1.5.1　智能电网的基本概念　/ 26
　　　1.5.2　智能电网中的物联网　/ 27
　1.6　智能电网中的物联网关键技术　/ 29
　　　1.6.1　基于智能电网的物联网架构层次　/ 29
　　　1.6.2　智能电网中的物联网关键技术　/ 30
　1.7　智能电网诞生与政策推动　/ 32
　　　1.7.1　智能电网的诞生　/ 32
　　　1.7.2　主要国家对智能电网的政策推动　/ 32
　1.8　智能电网面临的挑战　/ 35
　　　1.8.1　信息和通信　/ 35
　　　1.8.2　感知、测量、控制　/ 36
　　　1.8.3　电力电子与电量存储　/ 38
　1.9　小结　/ 40
　参考文献　/ 41

第2 章　智能电网基础　/ 54
　2.1　电力系统构成　/ 54
　　　2.1.1　电力系统结构　/ 54
　　　2.1.2　发电与电网结构　/ 54
　2.2　电力自动化系统　/ 57
　　　2.2.1　电力自动化的目标、新技术与内容　/ 57
　　　2.2.2　变电站综合自动化系统　/ 60
　　　2.2.3　电力调度自动化系统　/ 64
　　　2.2.4　配电网综合自动化系统　/ 66
　　　2.2.5　电能自动抄表系统　/ 68
　2.3　新信息通信技术在电力系统中的应用　/ 69
　　　2.3.1　云计算与边缘计算的状态估计架构　/ 70
　　　2.3.2　智能电网中的大数据分析　/ 78
　2.4　小结　/ 87
　参考文献　/ 88

第3 章　感知技术　/ 91
　3.1　智能传感器　/ 91
　　　3.1.1　智能传感器的构成　/ 91
　　　3.1.2　智能传感器的软件系统　/ 94
　　　3.1.3　MEMS　/ 96
　3.2　无线生化传感器　/ 97
　　　3.2.1　无线电化学传感器　/ 98
　　　3.2.2　无线电子化学传感器　/ 100
　　　3.2.3　无线光学传感器　/ 101
　　　3.2.4　其他转导机制的无线传感器　/ 104
　　　3.2.5　无线化学传感器的挑战与关键技术　/ 105
　3.3　智能电表　/ 106
　　　3.3.1　智能电表的发展与基本构成　/ 106
　　　3.3.2　智能电表的构成模块　/ 108
　　　3.3.3　谐波对智能电表的影响及智能电表的安全与隐私及攻击类型　/ 110
　3.4　RFID 与无线传感器网络　/ 112
　　　3.4.1　RFID　/ 112
　　　3.4.2　无线传感器网络　/ 115
　　　3.4.3　IEEE 802.15.4 标准及ZigBee 协议规范　/ 117
　　　3.4.4　RFID 与WSN 的集成　/ 119
　3.5　NB-IoT 与LoRa 技术　/ 121
　　　3.5.1　NB-IoT　/ 122
　　　3.5.2　LoRa 技术　/ 136
　3.6　定位技术　/ 145
　　　3.6.1　基于无线信号的定位技术　/ 147
　　　3.6.2　基于WLAN 信道状态信息的室内定位技术　/ 149
　　　3.6.3　5G 定位技术　/ 154
　3.7　小结　/ 157
　参考文献　/ 158

第4 章　物联网通信与安全技术　/ 167
　4.1　物联网对通信与安全要求　/ 167
　　　4.1.1　物联网通信系统的构成　/ 167
　　　4.1.2　对通信及安全的要求　/ 168
　4.2　无线网络技术及其分类　/ 170
　　　4.2.1　物理层技术　/ 170
　　　4.2.2　媒质访问控制层技术　/ 173
　　　4.2.3　网络层技术　/ 179
　4.3　物联网的无线通信标准　/ 181
　　　4.3.1　超短距离通信标准　/ 181
　　　4.3.2　短距离和低数据速率的标准　/ 181
　　　4.3.3　WiFi 标准　/ 183
　　　4.3.4　低功耗广域网标准　/ 184
　　　4.3.5　蜂窝移动通信标准　/ 185
　4.4　物联网的通信协议　/ 187
　　　4.4.1　应用协议　/ 187
　　　4.4.2　服务发现协议　/ 194
　　　4.4.3　基础设施协议　/ 195
　　　4.4.4　其他协议　/ 198
　4.5　物联网架构的安全　/ 199
　　　4.5.1　典型的商业物联网架构　/ 200
　　　4.5.2　典型的商业物联网架构的安全功能　/ 207
　4.6　5G 与物联网　/ 214
　　　4.6.1　5G 物联网的能力与要求　/ 214
　　　4.6.2　5G 物联网的关键使能技术　/ 216
　　　4.6.3　5G-IoT 面临的技术挑战与发展趋势　/ 218
　4.7　智能电网的通信技术　/ 221
　　　4.7.1　通信系统结构　/ 221
　　　4.7.2　有线通信技术　/ 222
　　　4.7.3　无线通信技术　/ 223
　4.8　智能电网的安全问题　/ 224
　　　4.8.1　智能电网安全挑战和目标及一些相关工作简介　/ 224
　　　4.8.2　威胁智能电网安全的技术来源　/ 226
　　　4.8.3　清除智能电网安全威胁的参考框架　/ 228
　4.9　小结　/ 230
　参考文献　/ 230

第5 章　智能电网中的大数据与物联网的边缘计算　/ 244
　5.1　智能电网与大数据　/ 244
　　　5.1.1　智能电网的大数据源及大数据分析带来的益处　/ 244
　　　5.1.2　智能电网中的大数据应用　/ 246
　5.2　智能电网大数据分析的技术　/ 249
　　　5.2.1　大数据分析的平台　/ 249
　　　5.2.2　对电能大数据的分析及其关键技术　/ 251
　5.3　物联网中的边缘/雾计算　/ 253
　　　5.3.1　基本概念　/ 253
　　　5.3.2　雾/边缘计算架构　/ 256
　　　5.3.3　雾/边缘计算提供的服务　/ 258
　5.4　物联网雾/边缘计算域内的协议与模拟技术　/ 260
　　　5.4.1　物联网雾/边缘计算域内的协议　/ 261
　　　5.4.2　物联网雾/边缘计算域内的模拟技术　/ 264
　　　5.4.3　安全与隐私　/ 266
　5.5　小结　/ 269
　参考文献　/ 270

第6 章　AMI 与DR 及其智能电网中信息处理的使能技术　/ 279
　6.1　高级计量基础设施AMI　/ 279
　　　6.1.1　AMI 与智能电网　/ 279
　　　6.1.2　AMI 的子系统　/ 281
　　　6.1.3　AMI 的安全　/ 284
　　　6.1.4　AMI 的相关标准和协议　/ 288
　6.2　需求响应（DR）　/ 289
　　　6.2.1　DR 基本概念与实施DR 的益处　/ 289
　　　6.2.2　DR 中的用户分类及用户域的概念模型　/ 291
　　　6.2.3　DR 计划　/ 295
　　　6.2.4　DR 的使能智能技术　/ 296
　6.3　智能电网中信息处理的使能技术　/ 298
　　　6.3.1　智能电网中信息处理技术面临的挑战　/ 298
　　　6.3.2　智能电网优化模型　/ 299
　　　6.3.3　在线电压控制　/ 301
　　　6.3.4　在线安全分析　/ 302
　　　6.3.5　广域监控、保护和控制　/ 303
　　　6.3.6　电力市场预测　/ 303
　　　6.3.7　自适应风电预测　/ 304
　6.4　小结　/ 305
　参考文献　/ 306

第7 章　可再生能源与微电网　/ 314
　7.1　中国的可再生能源与减排　/ 314
　　　7.1.1　水电　/ 315
　　　7.1.2　风电　/ 315
　　　7.1.3　太阳能　/ 316
　　　7.1.4　生物能　/ 317
　　　7.1.5　其他可再生能源　/ 317
　　　7.1.6　中国可再生能源发展的前景　/ 317
　7.2　智能电网与微电网的集成　/ 318
　　　7.2.1　微电网与混合AC/DC 微电网　/ 319
　　　7.2.2　混合AC/DC 的组件及其模型　/ 320
　7.3　微电网的优化运行问题　/ 325
　　　7.3.1　微电网的优化运行模型　/ 325
　　　7.3.2　微电网的优化运行模型解的概述　/ 329
　7.4　小结　/ 330
　参考文献　/ 331

附录　/ 336