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.

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。

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。

电力物联网终端通信协议检测技术研究

电力物联网是现代信息技术发展的重要方向,随着网络通信技术的不断发展,电力物联网终端通信协议检测技术受到了广泛的关注。在科技快速发展的背景下,电力物联网终端通信协议检测技术已经可以实现对电力物联网终端通信协议的检测,保障电力物联网终端通信协议的可靠性,提升电力物联网终端通信协议的应用水平。文中介绍了检测电力物联网终端通信协议的意义,并分析了电力物联网终端通信协议检测技术的应用,旨在为相关人士提供参考。

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。

电力物联网视频安全防护网关的建模与设计

随着电网数字化建设的不断发展,越来越多的视频终端投入到电网各典型业务场景的应用中。但许多视频采集终端存在安全漏洞,给电力物联网终端设备安全管理带来了一定挑战。为解决物联网终端的安全防护问题,文章分析了我国电力物联网视频安全防护面临的主要风险,设计了电力物联网视频安全防护网关。该网关由现场视频采集终端安全防护网关及主站视频采集安全处理网关组成,提供了一种更为安全的视频传输解决方案。

基于流量特征的电力物联终端通信链路故障检测系统

随着网联网技术的广泛应用,电力物联网终端的通信链路稳定性对于整个电网的可靠运行至关重要。文章针对现有电力通信网络可能遇到的稳定性差、数据传输质量低、结构管理复杂等问题,提出一种基于流量特征的故障检测系统。该系统能够有效识别和定位通信链路中的故障,从而提升电力物联网终端的通信安全性和可靠性。

基于电力物联网的继电保护定值智能运维系统研究

针对传统定值运维工作中存在的工作量大、效率低、准确率差等问题,研究基于电力物联网的继电保护定值智能运维系统。首先,以定值智能运维系统为核心,以运维终端为载体,构建电力物联网定值智能运维架构;在此基础上,基于边缘计算研发便携式定值运维终端,实现比对结果就地响应分析,利用深度学习技术实现多源异构定值数据识别;最后,制定定值比对及下装策略,形成继电保护定值智能运维流程,建立云-边-端一体化定值数据闭环管控模式。工程应用表明,所研究的系统有效提高了继电保护设备安全运行及维护水平。

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。

一种基于NB-IoT的无线井下数据采集终端设计

针对城市窨井数量大、位置分散、安全事故频发、管理困难等问题,设计出一种基于窄带物联网技术(Narrow Band Internet of Things,NB-IoT)的井下数据无线采集终端。终端采用低功耗STM32芯片作为主控制器,NB-IoT无线通信模块采用BC26模组,数据采集终端具有自动采集数据、主动预警、初始蓝牙配置等功能。实验结果表明:所设计的无线采集终端功耗低、稳定性高,让城市井盖管理更加智能化,让故障检修更加便捷化,提高城市管理的智能化水平。

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。

雾化零信任组件的5G电力失陷终端威胁检测

5G技术在电力行业的普及推进了海量电力终端接入网络,但众多电力终端暴露在互联网中,攻击者可以先入侵脆弱的电力终端进行远程控制,然后以失陷终端作为跳板,纵向渗透到5G电力物联网内部从而窃取敏感数据。零信任的出现为失陷终端威胁检测提供了可能,然而电力终端分布具有广泛性,致使中心化零信任安全架构无法直接应用于5G电力物联网。提出一种雾化零信任组件的失陷终端威胁检测方案。采用分布式多点方式将零信任组件雾化部署到电力终端周围,并设计一套宕机组件应急响应流程用于及时发现单点失效的零信任组件。建立一种突发信任评估模型,充分利用安装在电力终端的零信任代理持续性地收集终端行为因素,从中提取突发因子并量化反映到信任值,以快速发现和阻断具有突发异常行为的失陷终端。仿真结果表明,该方案能有效缓解零信任组件部署于5G电力物联网时的检测压力,在失陷终端比例为20%的条件下对突变异常失陷终端的检测率高达92.3%,具有较好的非法访问抑制效果。

本地化差分隐私下的电力物联网终端数据隐私保护方法

传统电网的终端数据隐私保护方法由于高开销以及依赖可信第三方数据中心的问题,已不再适用于资源受限的电力物联网环境。针对此问题,提出了一种基于本地化差分隐私的电力物联网终端数据隐私保护方法。在电力物联网的智能终端处添加本地化差分隐私噪声,模糊终端数据,并采用Knuth-Durstenfeld算法对数据随机置乱,破坏终端数据的时序性。理论分析及实验结果表明,该方法在不影响数据可用性的同时有效增强了数据的安全性,与其他方法相比,该方法具有更低的计算开销与通信开销,且无须依赖可信第三方,能够以更加高效的方式保护电力物联网终端的隐私数据。

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。

基于机器视觉的智能抄表系统设计

针对工业领域中存在大量机械式指针仪表无法进行数据自动上传的问题,创新性地设计了一套基于机器视觉的智能抄表系统。该系统采用窄带物联网(NB-IoT)、机器视觉、大数据处理与分析以及多种辅助分析模型等技术,实现了现场定时拍照、云端可视觉读取功能,样本测试识别准确率高达99.6%;终端设备采用低功耗的芯片和电源分时管理方式,保证了电池超长续航;固件更新采用远程升级技术,方便了程序迭代的远程管理。现场使用表明,智能抄表系统终端设计合理、性能稳定、易扩展性好,能定时上传表盘信息;在实现对企业用能远程管理的同时,定时掌握设备用能趋势,及时排除生产过程的安全隐患,降低经济损失,使企业收益颇多,助力了企业能源管理的数字化转型。

基于物联网的集客末端电源设备监控设计与实现

集客专线电源类故障已经成为影响集客专线业务质量的最大因素,为了从根本上解决集客专线末端故障定位难、维护难的问题,通过物联网(Internet of Things,IoT)与移动数据通信网(Mobile data communication Network,MDCN)混合组网技术,利用内蒙古移动动环监控系统标准接入协议,创新实现对全区2200台集客末端电源设备的监控与管理,复用故障处理派单流程,完成对电源故障的闭环管理,从而有效解决了集客专线因电源故障引发的专线中断问题以及故障处理时间长问题,平均故障处理时间比未对集客末端电源设备监控前故障工单处理时长缩短1.28 h。

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。