中國制造2025出版工程：物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

第1 章　概述　/ 1
　1.1　物聯(lián)網(wǎng)的基本概念　/ 1
　　　1.1.1　物聯(lián)網(wǎng)的愿景與定義　/ 1
　　　1.1.2　物聯(lián)網(wǎng)的主要特征與面向服務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)功能愿景　/ 2
　　　1.1.3　物聯(lián)網(wǎng)機(jī)遇　/ 4
　1.2　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、元素與標(biāo)準(zhǔn)　/ 5
　　　1.2.1　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)　/ 5
　　　1.2.2　物聯(lián)網(wǎng)元素　/ 7
　　　1.2.3　物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)　/ 9
　1.3　物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)　/ 13
　　　1.3.1　應(yīng)用域、中間件域、網(wǎng)絡(luò)域和對(duì)象域技術(shù)　/ 13
　　　1.3.2　互操作性和集成技術(shù)　/ 14
　　　1.3.3　可用性與可靠性技術(shù)　/ 16
　　　1.3.4　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理與可視化技術(shù)　/ 17
　　　1.3.5　可擴(kuò)展性技術(shù)　/ 18
　　　1.3.6　管理與自配置技術(shù)　/ 19
　　　1.3.7　建模與仿真　/ 20
　　　1.3.8　標(biāo)識(shí)的唯一性　/ 20
　　　1.3.9　安全與隱私　/ 21
　1.4　物聯(lián)網(wǎng)在中國的應(yīng)用與發(fā)展　/ 22
　　　1.4.1　物聯(lián)網(wǎng)在中國的主要應(yīng)用領(lǐng)域　/ 23
　　　1.4.2　物聯(lián)網(wǎng)在中國的發(fā)展　/ 24
　1.5　物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)　/ 25
　　　1.5.1　智能電網(wǎng)的基本概念　/ 26
　　　1.5.2　智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)　/ 27
　1.6　智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)　/ 29
　　　1.6.1　基于智能電網(wǎng)的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)層次　/ 29
　　　1.6.2　智能電網(wǎng)中的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)　/ 30
　1.7　智能電網(wǎng)誕生與政策推動(dòng)　/ 32
　　　1.7.1　智能電網(wǎng)的誕生　/ 32
　　　1.7.2　主要國家對(duì)智能電網(wǎng)的政策推動(dòng)　/ 32
　1.8　智能電網(wǎng)面臨的挑戰(zhàn)　/ 35
　　　1.8.1　信息和通信　/ 35
　　　1.8.2　感知、測量、控制　/ 36
　　　1.8.3　電力電子與電量存儲(chǔ)　/ 38
　1.9　小結(jié)　/ 40
　參考文獻(xiàn)　/ 41

第2 章　智能電網(wǎng)基礎(chǔ)　/ 54
　2.1　電力系統(tǒng)構(gòu)成　/ 54
　　　2.1.1　電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　/ 54
　　　2.1.2　發(fā)電與電網(wǎng)結(jié)構(gòu)　/ 54
　2.2　電力自動(dòng)化系統(tǒng)　/ 57
　　　2.2.1　電力自動(dòng)化的目標(biāo)、新技術(shù)與內(nèi)容　/ 57
　　　2.2.2　變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)　/ 60
　　　2.2.3　電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)　/ 64
　　　2.2.4　配電網(wǎng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)　/ 66
　　　2.2.5　電能自動(dòng)抄表系統(tǒng)　/ 68
　2.3　新信息通信技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用　/ 69
　　　2.3.1　云計(jì)算與邊緣計(jì)算的狀態(tài)估計(jì)架構(gòu)　/ 70
　　　2.3.2　智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)分析　/ 78
　2.4　小結(jié)　/ 87
　參考文獻(xiàn)　/ 88

第3 章　感知技術(shù)　/ 91
　3.1　智能傳感器　/ 91
　　　3.1.1　智能傳感器的構(gòu)成　/ 91
　　　3.1.2　智能傳感器的軟件系統(tǒng)　/ 94
　　　3.1.3　MEMS　/ 96
　3.2　無線生化傳感器　/ 97
　　　3.2.1　無線電化學(xué)傳感器　/ 98
　　　3.2.2　無線電子化學(xué)傳感器　/ 100
　　　3.2.3　無線光學(xué)傳感器　/ 101
　　　3.2.4　其他轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的無線傳感器　/ 104
　　　3.2.5　無線化學(xué)傳感器的挑戰(zhàn)與關(guān)鍵技術(shù)　/ 105
　3.3　智能電表　/ 106
　　　3.3.1　智能電表的發(fā)展與基本構(gòu)成　/ 106
　　　3.3.2　智能電表的構(gòu)成模塊　/ 108
　　　3.3.3　諧波對(duì)智能電表的影響及智能電表的安全與隱私及攻擊類型　/ 110
　3.4　RFID 與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)　/ 112
　　　3.4.1　RFID　/ 112
　　　3.4.2　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)　/ 115
　　　3.4.3　IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)及ZigBee 協(xié)議規(guī)范　/ 117
　　　3.4.4　RFID 與WSN 的集成　/ 119
　3.5　NB-IoT 與LoRa 技術(shù)　/ 121
　　　3.5.1　NB-IoT　/ 122
　　　3.5.2　LoRa 技術(shù)　/ 136
　3.6　定位技術(shù)　/ 145
　　　3.6.1　基于無線信號(hào)的定位技術(shù)　/ 147
　　　3.6.2　基于WLAN 信道狀態(tài)信息的室內(nèi)定位技術(shù)　/ 149
　　　3.6.3　5G 定位技術(shù)　/ 154
　3.7　小結(jié)　/ 157
　參考文獻(xiàn)　/ 158

第4 章　物聯(lián)網(wǎng)通信與安全技術(shù)　/ 167
　4.1　物聯(lián)網(wǎng)對(duì)通信與安全要求　/ 167
　　　4.1.1　物聯(lián)網(wǎng)通信系統(tǒng)的構(gòu)成　/ 167
　　　4.1.2　對(duì)通信及安全的要求　/ 168
　4.2　無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其分類　/ 170
　　　4.2.1　物理層技術(shù)　/ 170
　　　4.2.2　媒質(zhì)訪問控制層技術(shù)　/ 173
　　　4.2.3　網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)　/ 179
　4.3　物聯(lián)網(wǎng)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)　/ 181
　　　4.3.1　超短距離通信標(biāo)準(zhǔn)　/ 181
　　　4.3.2　短距離和低數(shù)據(jù)速率的標(biāo)準(zhǔn)　/ 181
　　　4.3.3　WiFi 標(biāo)準(zhǔn)　/ 183
　　　4.3.4　低功耗廣域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)　/ 184
　　　4.3.5　蜂窩移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)　/ 185
　4.4　物聯(lián)網(wǎng)的通信協(xié)議　/ 187
　　　4.4.1　應(yīng)用協(xié)議　/ 187
　　　4.4.2　服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議　/ 194
　　　4.4.3　基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)議　/ 195
　　　4.4.4　其他協(xié)議　/ 198
　4.5　物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的安全　/ 199
　　　4.5.1　典型的商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)　/ 200
　　　4.5.2　典型的商業(yè)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的安全功能　/ 207
　4.6　5G 與物聯(lián)網(wǎng)　/ 214
　　　4.6.1　5G 物聯(lián)網(wǎng)的能力與要求　/ 214
　　　4.6.2　5G 物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵使能技術(shù)　/ 216
　　　4.6.3　5G-IoT 面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢　/ 218
　4.7　智能電網(wǎng)的通信技術(shù)　/ 221
　　　4.7.1　通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)　/ 221
　　　4.7.2　有線通信技術(shù)　/ 222
　　　4.7.3　無線通信技術(shù)　/ 223
　4.8　智能電網(wǎng)的安全問題　/ 224
　　　4.8.1　智能電網(wǎng)安全挑戰(zhàn)和目標(biāo)及一些相關(guān)工作簡介　/ 224
　　　4.8.2　威脅智能電網(wǎng)安全的技術(shù)來源　/ 226
　　　4.8.3　清除智能電網(wǎng)安全威脅的參考框架　/ 228
　4.9　小結(jié)　/ 230
　參考文獻(xiàn)　/ 230

第5 章　智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)與物聯(lián)網(wǎng)的邊緣計(jì)算　/ 244
　5.1　智能電網(wǎng)與大數(shù)據(jù)　/ 244
　　　5.1.1　智能電網(wǎng)的大數(shù)據(jù)源及大數(shù)據(jù)分析帶來的益處　/ 244
　　　5.1.2　智能電網(wǎng)中的大數(shù)據(jù)應(yīng)用　/ 246
　5.2　智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)分析的技術(shù)　/ 249
　　　5.2.1　大數(shù)據(jù)分析的平臺(tái)　/ 249
　　　5.2.2　對(duì)電能大數(shù)據(jù)的分析及其關(guān)鍵技術(shù)　/ 251
　5.3　物聯(lián)網(wǎng)中的邊緣/霧計(jì)算　/ 253
　　　5.3.1　基本概念　/ 253
　　　5.3.2　霧/邊緣計(jì)算架構(gòu)　/ 256
　　　5.3.3　霧/邊緣計(jì)算提供的服務(wù)　/ 258
　5.4　物聯(lián)網(wǎng)霧/邊緣計(jì)算域內(nèi)的協(xié)議與模擬技術(shù)　/ 260
　　　5.4.1　物聯(lián)網(wǎng)霧/邊緣計(jì)算域內(nèi)的協(xié)議　/ 261
　　　5.4.2　物聯(lián)網(wǎng)霧/邊緣計(jì)算域內(nèi)的模擬技術(shù)　/ 264
　　　5.4.3　安全與隱私　/ 266
　5.5　小結(jié)　/ 269
　參考文獻(xiàn)　/ 270

第6 章　AMI 與DR 及其智能電網(wǎng)中信息處理的使能技術(shù)　/ 279
　6.1　高級(jí)計(jì)量基礎(chǔ)設(shè)施AMI　/ 279
　　　6.1.1　AMI 與智能電網(wǎng)　/ 279
　　　6.1.2　AMI 的子系統(tǒng)　/ 281
　　　6.1.3　AMI 的安全　/ 284
　　　6.1.4　AMI 的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議　/ 288
　6.2　需求響應(yīng)（DR）　/ 289
　　　6.2.1　DR 基本概念與實(shí)施DR 的益處　/ 289
　　　6.2.2　DR 中的用戶分類及用戶域的概念模型　/ 291
　　　6.2.3　DR 計(jì)劃　/ 295
　　　6.2.4　DR 的使能智能技術(shù)　/ 296
　6.3　智能電網(wǎng)中信息處理的使能技術(shù)　/ 298
　　　6.3.1　智能電網(wǎng)中信息處理技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)　/ 298
　　　6.3.2　智能電網(wǎng)優(yōu)化模型　/ 299
　　　6.3.3　在線電壓控制　/ 301
　　　6.3.4　在線安全分析　/ 302
　　　6.3.5　廣域監(jiān)控、保護(hù)和控制　/ 303
　　　6.3.6　電力市場預(yù)測　/ 303
　　　6.3.7　自適應(yīng)風(fēng)電預(yù)測　/ 304
　6.4　小結(jié)　/ 305
　參考文獻(xiàn)　/ 306

第7 章　可再生能源與微電網(wǎng)　/ 314
　7.1　中國的可再生能源與減排　/ 314
　　　7.1.1　水電　/ 315
　　　7.1.2　風(fēng)電　/ 315
　　　7.1.3　太陽能　/ 316
　　　7.1.4　生物能　/ 317
　　　7.1.5　其他可再生能源　/ 317
　　　7.1.6　中國可再生能源發(fā)展的前景　/ 317
　7.2　智能電網(wǎng)與微電網(wǎng)的集成　/ 318
　　　7.2.1　微電網(wǎng)與混合AC/DC 微電網(wǎng)　/ 319
　　　7.2.2　混合AC/DC 的組件及其模型　/ 320
　7.3　微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行問題　/ 325
　　　7.3.1　微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行模型　/ 325
　　　7.3.2　微電網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行模型解的概述　/ 329
　7.4　小結(jié)　/ 330
　參考文獻(xiàn)　/ 331

附錄　/ 336