电力物联网相关的挑战及其解决方案

将物联网应用于EPES带来了一些优势，但也存在一些弱点，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。

连通性的挑战

物联网设备包含多种连接协议，如Wi-Fi、ZigBee和BLE，用于传输数据。这些协议运行在相同的频段上，即2.4 GHz，这可能会产生干扰并导致网络质量显著下降。为了克服这一挑战，部署了无线融合模块，这可以处理多个协议并避免共存的挑战。

智能电机控制

空调（图 1）是电网中的主要耗电设备。虽然具体的能效标准因地区而异，但所有设计都需要实施先进的电机控制和功率因数校正 (PFC) 算法，以达到目标额定值并满足功率因数规格。

控制空调中的每个电机（压缩机、冷却风扇）可能需要一个以高达 20kHz 的频率运行的控制环路。另一方面，PFC 通常需要高达 50kHz 的工作频率。因此，为了可靠地实施多个高频控制环路，微控制器(MCU) 必须能够在几乎无延迟的情况下迅速高效地处理计算。​

智能数字电源

对于数字电源，目标是更高效地创造可再生能源，以及更高效地转换和使用能源。例如，太阳能市场趋向于从集中式大功率光伏逆变器转向分布式低功率太阳能系统，例如微型逆变器和功率优化器。通常，每几个太阳能电池板安装一个此类微型逆变器和功率优化器，用于在复杂的日光条件下产生更低的能量损失和更高的效率。当在太阳能系统中添加更多此类模块级电力电子设备时，实时 MCU 需要具有低成本，但仍要足够强大，以便对其控制下的每个太阳能电池板执行最大功率点跟踪。

全球范围内能源利用需求不断增长，因此需要高效、紧凑和稳定的电源。这一要求已经给电源转换系统的设计人员带来了挑战：既要提供功率密集型设计，又要满足“尺寸足够小但性能高”系统的效率和快速瞬态响应需求。此外，推动将现有的模拟设计数字化以提高可扩展性，也引发了对低成本、高性能实时 MCU 解决方案的需求。

网络安全的挑战

物联网设备为节约能源，通常在处理能力上受到限制，这使得设备一旦连接到互联网，就很容易成为攻击者的弱小目标。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。过去发生过很多类似Mirai僵尸网络攻击的事件，影响了超过10万个物联网节点。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道路，因为其提供了利益，无论是在货币方面还是在可持续性方面。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令人兴奋的创新领域。​