Architecture design and demand analysis on application layer of standard system for ubiquitous power Internet of Things

The ubiquitous power Internet of Things(UPIoT)is an intelligent service system with comprehensive state perception,efficient processing,and flexible application of information.It focuses on each link of the power system and makes full use of the mobile internet,artificial intelligence,and other advanced information and communication technologies in order to realize the inter-human interaction of all things in all links of the power system.This article systematically presents to the national and international organizations and agencies in charge of UPIoT layer standardization the status quo of the research on the Internet of Things(IoT)-related industry standards system.It briefly describes the generic standard classification methods,layered architecture,conceptual model,and system tables in the UPIoT application layer.Based on the principles of inheritance,innovation,and practicability,this study divides the application layer into customer service,power grid operation,integrated energy,and enterprise operation,emerging business and analyzes the standard requirements of these five fields.This study also proposes a standard plan.Finally,it summarizes the research report and provides suggestions for a follow-up work.

Advanced Sensors Towards Ubiquitous Power Internet of Things

The ubiquitous power Internet of Things(UPIoT)uses modern information technology and advanced communication technologies to realize interconnection and human-computer interaction in all aspects of the power system.UPIoT has the characteristics of comprehensive state perception and efficient information processing,and has broad application prospects for transformation of the energy industry.The fundamental facility of the UPIoT is the sensor-based information network.By using advanced sensors,Wireless Sensor Networks(WSNs),and advanced data processing technologies,Internet of Things can be realized in the power system.In this paper,a framework of WSNs based on advanced sensors towards UPIoT is proposed.In addition,the most advanced sensors for UPIoT purposes are reviewed,along with an explanation of how the sensor data obtained in UPIoT is utilized in various scenarios.

Distributed sensing and cooperative estimation/detection of ubiquitous power internet of things

The rapid development of Internet Plus Smart Energy requires further strengthening of three kinds of interconnections based on traditional power systems: physical interconnection, information interconnection, and commercial interconnection. Due to the integration of renewable energy, the reform of the electricity market, and the deployment of the Smart Grid, a large amount of data will be generated. Thus, it is necessary to establish a Ubiquitous Power Internet of Things (UPIoT) to realize connections among people and things, things and things, and people and people in power systems. This paper studies the concept and architecture of the UPIoT and indicates the deployment of the perception layer and network layer as the key to building UPIoT in the initial stage. As UPIoT tends to cover a wide area and produce massive and distributed data, signal processing and data analytics theories and techniques are needed to handle the data and observe the state of the large-scale system. Further studies on distributed sensing and cooperative estimation theories and techniques of UPIoT are also required. Finally, the application prospects of UPIoT and the directions for future research are discussed.

EdgeKeeper: a trusted edge computing framework for ubiquitous power Internet of Things

Ubiquitous power Internet of Things(IoT)is a smart service system oriented to all aspects of the power system,and has the characteristics of universal interconnection,human-computer interaction,comprehensive state perception,efficient information processing,and other convenient and flexible applications.It has become a hot topic in the field of IoT.We summarize some existing research work on the IoT and edge computing framework.Because it is difficult to meet the requirements of ubiquitous power IoT for edge computing in terms of real time,security,reliability,and business function adaptation using the general edge computing framework software,we propose a trusted edge computing framework,named“EdgeKeeper,”adapting to the ubiquitous power IoT.Several key technologies such as security and trust,quality of service guarantee,application management,and cloud-edge collaboration are desired to meet the needs of the edge computing framework.Experiments comprehensively evaluate EdgeKeeper from the aspects of function,performance,and security.Comparison results show that EdgeKeeper is the most suitable edge computing framework for the electricity IoT.Finally,future directions for research are proposed.

泛在物联网下的电力通信干扰过滤技术研究

由于泛在物联网在电力通信应用中的规模远超普通物联网,导致外界设备的干扰会影响电力通信系统的通信质量。为解决这个问题,提出泛在物联网下的电力通信干扰过滤技术。分析了“互联网+”智慧能源架构和泛在物联网架构更容易受到干扰的原因。通过识别泛在物联网下电力通信采集信号的脉冲干扰信息,获取电力通信脉冲噪声稀疏性,计算出电力通信脉冲噪声干扰估计值。利用设计的电力通信干扰过滤器,实现泛在物联网下电力通信干扰过滤。由泛在物联网下电力通信干扰过滤测试、误码率(BER)测试结果可知,电力通信原始信号和加噪信号波形具有相似性,且原始信号与噪声干扰过滤结果相似度较高。该技术可靠性较强。

多模态马尔科夫决策泛在电力物联网大数据智能挖掘

针对泛在电力物联网结构复杂、数据多样且不确定的问题,提出了一种基于多模态马尔科夫决策的泛在电力物联网大数据智能挖掘方法。该方法构建了一种基于最大熵的马尔科夫决策算法,对电力泛在物联网进行故障诊断和负荷预测,具有标记样本需求量小、置信度高的特点。通过结合电气量信息及开关量信息来提取电网数据特征,从而充分利用多模态数据样本。仿真分析与实验结果表明,相比于传统方法,所提方法能够有效识别出包括信息畸变在内的电网故障,提升电网故障诊断的准确率和电网负荷预测的精度。

基于泛在电力物联网的智能财务系统分析

阐述基于泛在电力物联网的智能财务系统设计,分析它的潜在价值,探讨数据采集和处理、数据分析和预测、财务决策支持系统的建立,提出案例解析。

5G通信技术在泛在电力物联网的应用

物联网是近年来提出的新概念,它是基于互联网延伸生成的,而其在电力行业中所表现出来的万物互联形式,便是“泛在电力物联网”。从本质上讲,这是通信网和电力网相融合的产物,也是推进能源互联网的一项重大举措。随着5G移动通信的出现,因其低功耗、低时延以及高宽带等优势得到了广泛应用,将5G通信技术应用到泛在电力物联网中,可以实现配电系统中的精准控制、动态监测以及降低损耗等效果。

基于区块链技术的微电网系统的自主电力交易模型

区块链技术作为新一代计算机系统和通信技术领域的发展新趋势,是搭建智慧电网的可靠载体。微电网可基于储能系统实现内部电力自主消纳、削峰填谷、平抑波动,能有效缓解大电网的电力供需压力,并实现可再生电能利用率最大化,有效节约资源。基于区块链的底层构建技术,提出建立一种依托混合储能装置的微电网社区点对点的自主电力交易模型,采用订单匹配优化算法将产消节点双方匹配,搭建节点用户间的公开透明、安全可靠的去中心化交易平台,再利用智能合约自动完成交易。基于美国PJM电力市场所采用的利用节点边际电价进行阻塞管理,可有效提升交易质量和电能消纳水平。

电力泛在物联网网关安全接入节点辨识模型构建

在电力泛在物联网网关安全接入节点辨识过程中,由于节点信任度计算结果不准确,导致整体查准率下降,因此构建了一种电力泛在物联网网关安全接入节点辨识模型。利用感知技术采集物联网网关安全接入节点信息,根据采集到的信息对节点信任度进行计算,并汇总成评价列表,结合节点安全等级构建虚拟安全域。在此基础上构建网关接入节点控制模型,将接入节点进行二次扫描与控制,结合节点信任度计算结果完成电力泛在物联网网关安全接入节点辨识。仿真实验结果表明,与传统模型相比,在同样参数条件、节点规模增大、恶意节点规模增大的情况下,文章设计模型的安全接入节点查准率均较高,验证了该模型的优越性。

基于智能算法的煤改电用户负荷识别

建设泛在电力物联网使得为用户提供更加多样化和个性化的服务成为可能,近两年来煤改电工程发展迅速,如何通过用户负荷数据对煤改电用户进行识别成为一个研究热点。论文深入剖析了现阶段煤改电工程取得的成绩以及存在的问题,运用大数据技术与泛在电力物联网技术可以很好地解决煤改电进程中存在的矛盾与问题。以某地区煤改电用户负荷特性为例描述了在采用蓄热式电锅炉取暖后的用电负荷特性的变化,通过构建粒子群优化后的支持向量机模型,对某地区电网冬季典型日用电负荷数据进行识别与分类,通过测试集的验证,论文建立的模型具有较高的识别精度,平均准确率达到98%,具有一定的实际价值。

区块链在电力设备泛在物联网应用的关键技术及方案

随着泛在电力物联网(ubiquitous power internet of things,UPIoT)的建设,将有亿级海量终端设备接入系统,给基于传统中心化分布式网络结构的电力设备泛在物联网带来巨大的挑战。为此,首先分析了泛在电力物联网在网络结构、信息安全、隐私保护、通信壁垒和多主体协同中存在的问题。然后利用区块链思维将区块链技术与物联网(internet of things,IoT)相结合,提出了基于区块链的电力设备泛在物联网建设方案,并重点阐述了在物联网区块链应用中的分区并行高通量联盟链、跨链通信、共识算法、智能合约、加密算法和数据压缩等关键技术。最后讨论了区块链与电力设备泛在物联网融合创新的发展趋势。区块链技术的发展势必深刻影响到社会的方方面面,论文的研究成果可为区块链在电力物联网的应用和实践提供参考。

输配电设备泛在电力物联网建设思路与发展趋势

泛在电力物联网(UPIoT)建设是电网企业转型升级的重要内容和关键环节。为此,论文首先介绍了输配电设备物联网建设的总体架构,概述了应用层、平台层、网络层和感知层4个层级的构成和基本功能;然后从设备的角度分析了输电、变电和配电设备的运行特点和监测需求,提出了其对应的物联网建设方案和应用场景;最后根据泛在物联网的发展情况,分别从管理、应用模式和技术3个层面对其发展趋势进行了分析,指出泛在电力物联网将取代传统的设备巡视和运维手段,围绕数据将衍生出多种应用模式,电力物联网的建设将带动取能、传感、通信、数据应用等多方面的进步。研究结果可为后续泛在电力物联网的研究和实践提供参考。

互联网视角下的泛在电力物联网

泛在电力物联网为能源产业的发展和转型提供了新的契机和环境,融合了智能电网与泛在电力物联网的能源互联网是未来能源发展的必然趋势。泛在电力物联网的本质是通过多元主体的泛在连接形成以数据为驱动的能源互联网,实现业务的持续创新发展和能源产业链的价值提升。在此基础上,首先梳理了泛在电力物联网的演进历程,进而解读了泛在电力物联网的概念及其体系架构,然后从互联网视角分析了泛在电力物联网的思维特征和运营模式特征,最后从数据业务化及综合能源服务等方面提出了互联网视角下泛在电力物联网的发展路线,为能源互联网的建设和发展提供参考。

泛在电力物联网背景下基于联盟区块链的电力交易方法

泛在电力物联网的建设,推进电能的生产消费进一步向分布式发展,出现了更多电力自由双边交易。中心化电力交易模式中,市场主体互信度不够,数据安全性不高。提出基于联盟链技术的电力交易方法以解决这些问题,确保交易高透明度、可追溯性与不可篡改性。联盟链分布式存储与数据共识机制确保电力交易系统安全性。保留交易中心的监管权限、将调度中心安全校核与电网输送电能环节纳入电力交易,提升联盟链技术应用于电力交易业务的可行性。最后设计交易平台中发、用电多方合作博弈交易情景,多发电方共同完成电力需求。该方法有利于灵活调整交易电量,增加合作收益,避免单个发电方无法满足规定时间内过大电力需求的隐患,为未来的弱中心化电力交易模式提供新思路。

基于5G的泛在电力物联网

在大规模分布式发电和储能的接入下,能源行业结构不断调整。能源互联网和泛在电力物联网的概念相继被提出,要实现电力系统数据的泛在连接,电网建设进入新阶段。5G技术飞速发展,有着带宽更大、传输速率更高、时延更低的特点,与泛在电力物联网网络层的建设紧密结合。介绍了泛在电力物联网的概念,结合5G技术的关键技术和特点,探讨5G在泛在电力物联网中的应用场景。最后指出了基于5G的泛在电力物联网面临的安全性挑战和未来发展方向。

基于LPWAN的泛在电力物联网

高比例的可再生能源接入、电力市场化改革和"互联网+"智慧能源的快速发展需要大量的数据支撑,并实现物理、商业、信息的广泛互联、智能互动。关键步骤之一是建立泛在电力物联网(Ubiquitous Power Internet of Things,UPIoT),实现电力系统中人与物、物与物、人与人之间随时随地通信。首先介绍了UPIoT的发展背景与基本概念、主要的低功耗广域网络(Low Power Wide Area Network, LPWAN)技术,然后以LoRa物联网解决方案为例介绍了基于LPWAN的UPIoT的体系架构及性能。最后探讨了UPIoT的应用前景,并指出了UPIoT需重点研究和解决的两个特殊问题,即:低压电力线载波通信(PLC)和强电磁干扰环境下的信号处理。

非侵入式负荷监测关键技术问题研究综述

非侵入式负荷监测(NILM)技术能够利用在总线处单点测量的数据识别用户内部的负荷,是建设泛在电力物联网与透明电网的基础技术之一。在分析NILM基本实现框架和技术体系的基础上,对NILM应用亟需解决的三大关键技术问题进行综述,包括数据源选择、算法精度和可扩展性问题。在数据源选择问题上,分析并总结了低频与高频数据源在NILM中的应用,尤其是智能电表在NILM中的应用;在算法精度问题上,对现有NILM算法模型与算法评估方案进行了回顾与分析;而针对目前少有研究涉及可扩展性问题,通过联动NILM与语音识别和机器学习领域,对去噪识别与新负荷的标记和训练问题进行分析与探讨。最后对NILM的未来发展趋势与应用进行了展望。

利益驱动的泛在电力物联网

建设泛在电力物联网是实现我国能源生产和消费转型目标的关键步骤。从物联网在电力和能源系统中的利益问题出发,论述了利益驱动的泛在电力物联网的意义,提出了实施的关键技术和应用前景,其中,利益是泛在电力物联网发展的动力,经济价值回收是其可持续发展的关键。首先,分析了电力物联网演化到泛在电力物联网的过程,给出了电力物联网在不同文献中的定义,并提炼出泛在电力物联网的核心思想。在此基础上,阐述了泛在电力物联网在建设中所面临的挑战、需要的关键技术以及期望的目标。然后,结合国家电网公司的泛在电力物联网建设大纲,对泛在电力物联网的发展前景、开展形式和经济价值回收方式进行了探讨。最后,对泛在电力物联网在可再生能源高效利用和提高企业收益方面进行了分析和展望。

基于主动学习的电力系统暂态稳定评估方法

随着泛在电力物联网概念的提出,暂态稳定在电力系统运行控制中扮演着越来越重要的角色。由于相量测量单元(Phasor Measurement Unit,PMU)的广泛配置,基于机器学习的暂态稳定实时评估方法展现出了巨大的发展潜力。针对这类方法在应用中离线训练数据生成耗时及造成的难以在网架发生变化后快速更新模型的问题,论文提出了一种基于主动学习的电力系统暂态稳定评估方法。考虑不同运行方式、不同故障下进行短时间仿真(仿真至故障切除时刻)生成无标注样本;随机选取一部分样本进行长时间仿真以标注这些样本的稳定状态,并进一步训练基于支持向量机的暂态稳定评估模型;最后循环选择剩余未标注样本中信息熵较高的部分数据进行标注对模型重新训练,直至模型准确率不再变化。在新英格兰10机39节点测试电力系统的仿真表明,论文提出的方法能够有效降低离线仿真的时间,大大提高评估模型部署的效率,并对广域噪声具有鲁棒性。