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第一部分 通用智能电网3

第1章 智能电网基础设施建议概述3

1.1概述3

1.2IEC TC57参考架构概述4

1.2.1标准化简介4

1.2.2参考架构的主要结构4

1.2.3当前TC57参考架构的结构5

1.2.4无缝集成的未来愿景7

1.2.5业务合作伙伴和应用的集成7

1.2.5.1IEC61970：能源管理系统应用程序接口8

1.2.5.2IEC61968：电力公用事业公司应用集成-配电管理系统接口9

1.2.5.3IEC62325：能源市场通信框架9

1.2.5.4IEC通用信息模型10

1.2.5.5组件接口规范12

1.2.5.6接口参考模型13

1.2.6能源系统的集成14

1.2.6.1收入电表15

1.2.6.2智能电子设备、继电器、电表、开关设备、电流互感器、电压互感器18

1.2.6.3分布式能源和电表23

1.2.6.4其他控制中心24

1.2.7安全和数据管理26

1.2.7.1通过IEC62351-3安全通信26

1.2.7.2通过IEC62351-4安全配置文件27

1.2.7.3IEC62351-5的认证技术28

1.2.7.4IEC62351-6的协议数据单元安全扩展29

1.2.7.5IEC62351-7的入侵检测29

1.3无缝集成架构的应用30

1.4小结与展望33

参考文献33

第2章 智能电网和云计算：最大限度地降低数据中心的功耗和公用事业公司支出39

2.1概述39

2.2服务级协议40

2.3云计算中虚拟机镜像的迁移41

2.3.1数据迁移41

2.3.2网络迁移42

2.4架构43

2.4.1应用管理器43

2.4.2站点代理45

2.4.3混合云代理45

2.5解决方案45

2.5.1应用管理器45

2.5.2站点代理47

2.5.3混合云代理49

2.6智能电表和智能负载50

2.6.1数据中心智能电网50

2.6.2数据中心中的智能设备51

2.7小结52

参考文献53

参考书目54

第3章 建立负载控制的分配机会调度55

3.1概述55

3.2请求响应56

3.2.1电价56

3.2.2请求响应57

3.2.3DR优点57

3.2.4DR指南57

3.3最佳停止规则57

3.4问题陈述58

3.5模拟与结果60

3.6讨论62

3.6.1价格信号模型62

3.6.1.1价格信号的随机模型62

3.6.1.2基于用电的电价63

3.6.2公平63

3.7小结63

致谢63

参考文献64

第4章 高级量测体系（AMI）及其与配电管理系统（DMS）的集成65

4.1概述65

4.2AMI66

4.2.1AMI电表系统66

4.2.2AMI通信网络68

4.2.2.1分层AMI通信网络68

4.2.2.2基于互联网协议的网状AMI通信网络69

4.2.3电表数据管理系统70

4.3标准化AMI70

4.3.1标准AMI通信协议71

4.3.1.1ANSI C12.2271

4.3.1.2IEC6205673

4.3.2标准AMI信息模型74

4.3.2.1ANSI C12.19-200875

4.3.2.2IEC62056-6275

4.4AMI和DMS集成77

4.4.1DMS中的电表数据模型77

4.4.1.1IEC61968-9：CIM中的电表模型77

4.4.1.2多重会话78

4.4.1.3通用电表模型与电力系统、特定领域电表模型的比较78

4.4.2AMI和DMS集成79

4.4.2.1业务注意事项79

4.4.2.2AMI和DMS集成的挑战80

4.5电表数据集成（MDI）层：AMI和DMS集成的统一解决方案80

4.5.1MDI层的背景80

4.5.2MDI层的软件架构80

4.5.2.1MDI层的组件81

4.5.2.2MDI层的行为82

4.5.3MDI架构评估83

4.5.3.1策略83

4.5.3.2测试结果与讨论85

4.6小结85

致谢86

参考文献86

第5章 智能电网认知无线电网络89

5.1概述89

5.1.1认知无线电89

5.1.2IEEE802.22系统90

5.1.2.1系统拓扑90

5.1.2.2服务范围90

5.1.2.3系统容量90

5.2智能电网认知无线网络92

5.2.1认知无线电网络测试平台：认知无线电网络的硬件平台92

5.2.1.1通用软件无线电外设293

5.2.1.2小型封装软件无线电发展平台94

5.2.1.3无线开放访问研究平台94

5.2.1.4微软研究院软件无线电95

5.3认知无线电网络和智能电网创新测试平台96

5.3.1新硬件平台的主板96

5.3.2建立网络测试平台节点的功能架构97

5.3.3创新网络测试平台98

5.4智能电网的认知算法99

5.4.1认知无线电网络中的降维和高维数据处理99

5.4.1.1降维方法99

5.4.1.2使用具有实验认证的降维和支持向量机进行频谱监测100

5.4.2稳健的主成分分析102

5.4.3在强宽带干扰的情况下，用于恢复智能电表无线传输的具有稳健的PCA预处理的独立分量分析106

5.4.3.1独立分量分析信号模型和接收机框图106

5.4.4使用稳健的PCA-ICA方法的模拟结果109

5.5智能电网中的安全通信110

5.5.1通信基础设施的开发111

5.5.2智能电网基于FPGA的模糊逻辑入侵检测112

5.6小结113

参考文献113

第二部分 智能电网的安全与隐私123

第6章 智能电网通信基础设施网络安全的要求和挑战123

6.1概述123

6.1.1背景123

6.1.2高级要求125

6.2漏洞和安全要求126

6.2.1隐私126

6.2.2可用性127

6.2.3完整性127

6.2.4认证128

6.2.5授权128

6.2.6可审计性128

6.2.7不可否认性128

6.2.8第三方保护128

6.2.9信任128

6.3网络安全挑战129

6.3.1网络互联129

6.3.2安全策略和运营129

6.3.3安全服务130

6.4小结130

参考文献131

第7章 有关智能电网安全的规定和标准134

7.1概述134

7.2标准化134

7.2.1国际标准化组织（ISO）/国际电工委员会（IEC）134

7.2.2ISO/IEC27000系列134

7.2.3IEC智能电网战略组135

7.2.4ISO/IEC62351-1～11135

7.2.5ISO/IEC62443138

7.2.6国际自动化学会138

7.2.7电气与电子工程师学会138

7.2.8国际大型电子系统理事会138

7.2.9电力系统信息系统和内联网安全138

7.2.110电力公用事业公司信息安全治理139

7.2.11北美电力可靠性公司139

7.2.12互联网工程工作组140

7.3国家规定140

7.3.1美国国家标准与技术研究所（NIST）140

7.3.2特刊800-53141

7.3.3特刊800-82141

7.3.4特刊1108141

7.3.5NIST IR7628141

7.3.6美国国土安全部141

7.3.7德国能源供应商联合会141

7.3.8欧盟工作组智能电网141

7.3.9欧洲智能电网协调组的结果142

7.4小结143

参考文献144

第8章 变电站自动化系统漏洞评估147

8.1概述147

8.2评估方法148

8.2.1规划149

8.2.1.1控制中心149

8.2.1.2变电站149

8.2.1.3网络协议概述150

8.2.1.4支持协议151

8.2.2检查技术151

8.2.2.1系统配置检查151

8.2.2.2网络配置/规则集151

8.2.2.3网络传播评估152

8.2.3目标识别与分析152

8.2.3.1网络发现153

8.2.3.2漏洞扫描153

8.2.4目标漏洞验证153

8.2.5后期处理154

8.3实践状态检查154

8.4小结155

参考文献156

第9章 智能电网、自动化和SCADA系统安全158

9.1能源网络、SCADA：高级介绍158

9.2能源系统和自动化系统的最新攻击和事故159

9.3SCADA安全161

9.3.1对SCADA系统的威胁163

9.3.2安全的SCADA远程连接164

9.3.3sSCADA协议套件165

9.3.4计数器同步168

9.4小结168

参考文献169

第10章 智能电网安全最后一英里172

10.1概述172

10.2最后一英里智能电网系统架构172

10.3控制系统：智能电网对电力系统稳定性的影响173

10.4安全和隐私规划173

10.5现场网络/邻域网络中的安全威胁174

10.5.1物理层攻击174

10.5.2链路层攻击174

10.5.3网络层攻击175

10.5.4互联网协议寻址特定攻击175

10.5.5传输层攻击175

10.5.6应用层攻击175

10.5.7其他突出的安全威胁176

10.5.7.1后台管理系统威胁176

10.5.7.2电网不稳定性176

10.5.7.3安全性差异176

10.6AMI系统的安全性：AMI问题和当前的缺陷176

10.6.1AMI组件176

10.6.2AMI组件中的安全问题176

10.6.2.1AMI系统的保密性176

10.6.2.2AMI系统的完整性177

10.6.2.3AMI系统的可用性177

10.6.2.4AMI系统的不可否认性177

10.6.2.5AMI系统授权177

10.6.3当前AMI系统的主要漏洞177

10.6.3.1明文NAN流量177

10.6.3.2总线监听178

10.6.3.3错误的加密178

10.6.3.4直接篡改178

10.6.3.5电表认证缺陷178

10.6.3.6拒绝服务威胁178

10.6.3.7存储的密钥和密码178

10.6.3.8加密密钥分配179

10.7采用传感器网络技术解决智能电网的加密和密钥管理需求179

10.7.1数据加密179

10.7.2密钥建立和管理180

10.7.3链路层安全框架181

10.8小结与展望181

参考文献181

推荐阅读184

附录 缩略语表186