嵌入式系统在智能电器和能源管理中的应用

作者简介

当前社会对节能减排的呼声越来越高，国家电网也正在接纳新型清洁能源以及私有发电设备的并网，物联网正逐渐兴起，本书在这样的背景下，针对越来越复杂的能源管理需求，提出将能源管理引入用电端，通过嵌入式系统使电器智能化，与整体电网进行信息连接，共同达到能源管理的目的。与国内同类书相比，本书除概念以外更多关注现实问题，结合欧洲对相关问题的先进探索，从问题解决领域系统化地给出方向和建议。本书的作者通过整理欧洲发达国家在能源管理方面的研究成果和有益尝试，提出了系统的解决方案、内容覆盖配电网络、智能电器的能耗管理、需求—响应管理、超低能耗待机、网络安全以及适用于电力自动化的通信网络。本书既可以供国家电网的管理人员制定策略参考，又可以供相关科研单位针对本书所提出的多种学科的课题展开深入研究，电力、通信、家电、元器件等相关企业还可以参考本书进行细分市场的产品规划与技术储备，还可作为电力工程、通信、家电、嵌入式系统等领域的科研与教学人员以及企业产品开发人员在智能电网、智能电器研究方向的参考资料。

书籍目录

第1章使电网可靠工作的DRM1

1简介1

2电力市场的考量2

2.1原理2

2.2挑战3

3用户的新角色5

3.1用户分类5

3.2DRM活动7

3.3电网的经济性与电网的稳定性9

3.4DR系统的基础功能构成9

3.5具体案例：德国10

3.6管理最后一英里10

4分散式网络管理10

4.1与因特网的相似性11

4.2粗劣的分散式决策模型所产生的效果11

4.3学习因特网的概念14

4.4可用性、有效带宽与公平性16

4.5探讨16

5小结17

参考文献18

第2章IDES19

1简介19

2IDES的定义20

2.1有限IDES实现实例22

3经济压力驱动能源系统转变23

3.1工业与市场结构23

3.2未预料的外部事件24

3.3人口学24

3.4认知的变化24

3.5新知识24

3.6社会需求25

4IDES在未来能源供给中的机遇25

4.1电网基础结构与稳定性的问题25

4.2高峰定价与实时电能市场27

4.3社会级别经济分析27

4.4可持续能源28

4.5可扩展性28

4.6波动性28

4.7成本与经济性29

5关键使能技术30

5.1对于智能小型分散式能源的管理30

5.2能源存储30

5.3能源预测30

5.4能源政策、立法与法规框架的革新30

6未来：虚拟电厂与工业31

7小结31

参考文献32

第3章智能电器的建模设计33

1简介33

2抽象建模34

2.1对公寓或建筑物仿真35

3精化建模与应用场景36

3.1节点内建模与精化36

3.2WSN建模与仿真37

4ESL仿真39

5小结与展望40

参考文献41

第4章建筑自动化所需的无线网络通信标准43

1简介43

2各协议标准概述43

2.1IEEE 802.15.443

2.2ZigBee44

2.36LoWPAN44

2.4无线HART44

2.5ISA 10045

2.6WiMi45

2.7SimpliciTI45

2.8KNX45

2.9EnOcean45

2.10Dash745

2.11WISA46

2.12ANT和ANT+46

2.13WiMax46

2.14ONE-NET46

2.15Z-Wave46

2.16Insteon46

2.17蓝牙46

2.18WiFi47

2.19NFC47

2.20RuBee47

3典型无线应用场景47

3.1低功耗传感器47

4工业应用49

4.1家庭与建筑自动化49

4.2数据传输速率50

5小结51

参考文献52

第5章智能嵌入式电器网络的安全53

1简介53

2智能嵌入式电器网络所面对的攻击54

2.1打补丁56

2.2无线暴露56

3密码学57

3.1MITM60

3.2密钥分发61

3.3安全过程63

3.4端到端加、解密63

4系统是如何被入侵的64

4.1针对具体实现的攻击65

5小结66

参考文献68

第6章可供能源管理的嵌入式集成平台69

1简介69

2精细化能源管理的嵌入式网络平台69

3需求与方法71

4节点架构模型概述72

5EM节点硬件架构75

6EM节点内部的功耗管理79

7小结81

参考文献81

第7章低功耗智能电器的供电82

1简介82

2电容性电源82

2.1限流电容C1和稳压二极管D1的功能与参数83

2.2R1的功能与参数84

2.3R2的功能与参数87

2.4整体效率与整体损耗88

2.5更换负载后的效率93

3电容性电源的集成电路方案95

4基础的降压变换器95

5改进的降压变换器97

参考文献100

第8章智能电表的能耗测量技术101

1简介101

1.1能耗测量单元101

1.2通信接口101

2能耗测量算法102

2.1数学背景102

2.1.1非线性负载的电流消耗：ωn的测量103

2.1.2非线性负载的电流消耗：I0的测量103

2.2算法设计103

2.2.1量化细化105

2.2.2为所需的动态范围进行细化106

2.3ADC的设计106

2.3.1通过参数缩放细化算法110

2.3.2对器件偏差进行算法细化111

3系统构架设计115

3.1PGA/缓冲器的设计116

3.1.1∑-Δ ADC的设计118

4小结121

参考文献122

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