自从电力发明以来，它就成为现代生活的重要组成部分之一，人们无法想象没有它的世界。现代世界中的几乎所有事物都依赖于电力来高效工作，并为技术世界提供动力，使其走向更美好的未来。即使是短时间的停电也会严重影响交通和通讯等行业的工作。因此，持续稳定供电的可靠性现在变得非常重要。与此同时，电力的使用量大幅增加，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，以促进全球经济的持续增长。
物联网可以在EPES的转型中发挥重要作用，因为它能够为几乎所有日常物品提供互联网连接。物联网使实时监控、预测性维护、智能控制和网络安全等技术成为可能，物联网可以将现有的EPES转变为支持网络的智能EPES。当前的技术已经到了可以在边缘设备上进行繁重计算的地步。这减少了网络上传输的数据量，即使在网络连接较弱或较慢的情况下，设备也可以高效工作。
让我们来看看物联网如何改变EPES行业以及应对与之相关挑战的实用解决方案。
利用物联网构建更智能的电力网络
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（工业、住宅和商业）的配电。所有组件对于电网的正常运行都同等重要，并且具有广泛的性能改进空间。智能电力网络使用物联网技术，包括高级计量基础设施(AMI)和监控和数据收集(SCADA)，以提供增强的可靠性、弹性、适应性和能源效率等优势。
改善发电
分布式能源发电将主导新的发电基础设施，而物联网可以提高其效率。智能系统可以通过实时收集数据来执行负荷预测和状态预测，甚至可以从其他资产（即输配电）收集数据。收集的数据还有助于优化平衡发电厂的发电组合。
物联网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和风能等发电厂，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
改善输配电(T&D)
电力产生后，处理和有效分配电力成为电力网络中最关键的任务之一。这里最重要的两个任务是恢复停电和进行负荷预测。停电可能由于多种原因而发生，其中系统故障是最常见的。故障非常突然且具有破坏性，因此很难定位故障点。
借助物联网，添加了智能监控系统，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，并根据获得的监控数据追踪窃电源来完成的。因此，物联网通过使其更加稳健和响应来改善电力输送服务。
用电数字化
随着新建筑和工业的建立，对电力的需求与日俱增。这产生了以可持续方式消耗能源的需求，因为大部分电力最终来自可耗尽的自然能源资源。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从太阳能和风能等可再生能源中发电，并创建分布式储能系统。
消费者还可以参与与主电网的电力交换。因此，当主发电量低于需求时，消费者产生的电力可用于供应短缺，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、减少浪费并管理费用。
与在EPES中部署物联网相关的挑战及其解决方案
将物联网用于EPES带来了几个优势，但它也有一些弱点，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。
连通性挑战
IoT设备包含多种连接协议，如Wi-Fi、ZigBee和BLE用于传输数据。这些协议在相同的频段（即2.4 GHz）中运行，可能会受到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，因为它们可以处理多种协议并避免共存挑战。
电源管理挑战
管理物联网设备的功耗是一项关键任务，因为它们通常依靠电池供电独立运行。有时，这些数据监控物联网设备需要放置在不易接近的位置，因此更换电池或提供稳定的电源变得困难。因此，这些设备需要在其上安装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上受到限制以节省能源，一旦设备连接到互联网，这就使其成为攻击者的薄弱目标。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。过去曾发生过许多事件，例如影响超过100,000个物联网节点的Mirai僵尸网络攻击。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，可以减少此类DoS攻击。
总而言之，电力网络的数字化是前进的方向，因为它在货币方面和可持续性方面都带来了好处。物联网在转变EPES方面发挥着重要作用，这也为研究人员的工作开辟了一个令人兴奋的创新领域。
