自从电被发明以来，它就成为现代生活的基本组成部分之一。人们无法想象一个没有电的世界。现代世界中几乎所有的东西都依赖电力来高效工作，它推动技术走向更美好的未来。即使是短暂的停电也会严重影响交通和通信等行业的运营。因此，持续稳定供电的可靠性在当今变得非常重要。与此同时，电力的使用量大幅增加，因此可持续能源方面也受到了一些关注。因此，电力和能源系统(EPES)正在发生变化，以提供清洁的分布式能源，为全球经济的持续增长做出贡献。物联网可以在改变EPES方面发挥重要作用，因为它能够将互联网连接到几乎任何日常物品。物联网使实时监控、预测性维护、智能控制、网络安全等技术成为可能，将现有的EPES转变为智能网络化的EPES。当前的技术已经发展到可以在边缘设备上执行繁重计算的程度。这减少了通过网络传输的数据量，使设备即使在网络连接较弱或较慢的情况下也能高效工作。以下是物联网如何改变EPES行业，以及应对与之相关挑战的实用解决方案。利用物联网打造更智能的电力网络从广义上讲，任何电力系统都可以分为三个主要部分：发电、输电和向消费者输送（工业、住宅和商业）。所有组件对于电网的正常运行都同样重要，并且具有广泛的性能改进空间。智能电网使用物联网技术，包括高级计量基础设施(AMI)、监控和数据采集(SCADA)，以提供增强的可靠性、弹性、适应性和能源效率等优势。提高发电能力分布式能源发电将主导新的发电基础设施，物联网可以提高发电效率。智能系统可以通过实时收集数据进行负载预测和状态预测，甚至可以从输配电等其他资产收集数据。收集的数据也有助于电厂发电组合的最佳平衡。IoT软件解决方案还可以利用基于云的高级分析来实时了解发电厂及其所有资产。这提供了整个发电厂的可见性，并有助于确保最佳运行、可持续发电和预测性维护。对于依赖环境因素运行的太阳能、风能和其他发电厂，物联网可以通过云计算和运行天气模拟算法来帮助预测天气状况。在改进输配电(T&D)发电后，如何处理和高效分配所产生的电能已成为电网中最关键的任务之一。这里最重要的两项任务是恢复停电和进行负荷预测。停电可能由多种原因引起，其中最常见的是系统故障。故障非常突然且具有破坏性，这使得定位故障点变得困难。通过物联网，添加了一个智能监控系统，有助于减少电力损失和数据盗窃。这是通过实时调整电压、电流等电气参数，并根据获得的监测数据追踪窃电源头来实现的。因此，物联网通过使电力输送服务更加稳健和响应迅速来改善电力输送服务。电力消费数字化随着新建筑和工业的建立，对电力的需求不断增加。这就需要以可持续的方式消耗能源，因为大多数电力最终都来自可耗竭的自然能源。微电网或智能电网是新兴技术，与物联网一起，可以使任何消费者利用太阳能和风能等可再生能源发电，并创建分布式储能系统。消费者也可以参与与主电网的电力交换。因此，当一次发电量低于需求时，消费者产生的电力可以用来填补缺口，反之亦然。智能负载利用物联网传感器为消费者提供有关发电和利用的有用信息，使他们能够更有效地使用电力、减少浪费和管理费用。使用物联网的智能负载示例（图片来源：ieee.org）与在EPES中部署物联网及其解决方案相关的挑战将物联网应用于EPES带来了一些优势，但也带来了一些弱点，例如连接性、电源管理、传感复杂性和安全性。为了克服这些挑战，采用了各种方法来帮助实现“智能网络安全电力网络”的愿景。连接性挑战物联网设备包含多种用于传输数据的连接协议，例如Wi-Fi、ZigBee和BLE。这些协议在相同的频段2.4GHz上运行，这可能会造成干扰并导致网络质量显着下降。为了克服这一挑战，部署了无线融合模块，可以处理多种协议并避免共存的挑战。电源管理挑战管理IoT设备的功耗是关键任务之一，因为它们依赖电池电源独立运行。有时，这些数据监控物联网设备需要放置在难以接近的位置，因此难以更换电池或提供稳定的电源。因此，设备上需要存在某种形式的能量收集系统，以延长设备的使用寿命。网络安全挑战物联网设备通常在处理能力方面受到限制以节省能源，一旦连接到互联网，它们就会成为攻击者的易受攻击目标。最常见的网络攻击类型包括分布式拒绝服务(DDoS)攻击和勒索软件。过去曾发生过多次类似Mirai僵尸网络攻击的事件，影响超过100,000个物联网节点。此类DoS攻击可以通过使用气隙网络、大管道、异常检测方法和流量过滤等安全技术来缓解。总而言之，电力网络的数字化是前进的方向，因为它提供了金钱和可持续性方面的好处。物联网在改变EPES方面发挥着重要作用，这也为研究人员开辟了一个激动人心的创新领域。
