電力物聯(lián)網技術標準體系初探

李國慶，成 龍，王振浩，劉禹彤，王 鶴，辛業(yè)春，葛維春

（1. 東北電力大學 現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術教育部重點實驗室，吉林 吉林132012；2. 國網遼寧省電力有限公司經濟技術研究院，遼寧 沈陽110015；3. 國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽110004）

0 引言

在2020 年3 月底公開發(fā)布的《國家電網有限公司2019 社會責任報告》中明確了統(tǒng)籌輸變電、配電臺區(qū)和綜合能源服務的物聯(lián)感知需求，推進云平臺、數(shù)據(jù)中臺的技術驗證和物聯(lián)網IoT（Internet of Things）相關產品落地，加快電網的“平臺+生態(tài)”建設，統(tǒng)一物聯(lián)管理，不斷推進具有中國特色且國際領先的能源互聯(lián)網企業(yè)的建設進程。另外，2020 年4月2 日，國家電網有限公司“新基建”工作領導小組第一次會議提出了“三個加快、一個加強”的“新基建”重點項目建設要求，其中也包括加快現(xiàn)代信息通信技術推廣應用，加強大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網等配套技術研究等具體內容［1-2］。建設發(fā)展電力物聯(lián)網PIoT（Power Internet of Things）能夠為推進能源轉型與信息技術深度融合、提升電力企業(yè)精益管理和優(yōu)質服務、開拓數(shù)字經濟市場找到一個新的方向。

PIoT是物聯(lián)網技術在電力行業(yè)的具體表現(xiàn)形式和應用落地，是以電網基礎設施、人員及所在環(huán)境等電力生產各環(huán)節(jié)為對象，充分利用現(xiàn)代先進信息通信技術，通過識別、感知、互聯(lián)與控制，實現(xiàn)任何時間、任何地點、任何人／機／物互聯(lián)互通的電力生產全壽命周期萬物互聯(lián)和人機交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活等特征的廣域智慧服務系統(tǒng)。因此，PIoT 可理解為物聯(lián)網［3］、智能電網［4-5］、可再生能源［6］、電網互聯(lián)以及電力信息通信等各專業(yè)及各領域的相互交叉，重點突出廣域設備應用和全業(yè)態(tài)服務的電力-信息生態(tài)系統(tǒng)。

PIoT作為能源供給、電力服務發(fā)展的重要方向，將有力帶動相關的技術進步、產業(yè)發(fā)展。標準化工作是促進PIoT健康有序發(fā)展的重要支撐，標準體系是指導PIoT標準制定的一項戰(zhàn)略性、綱領性工作，是PIoT技術標準的頂層設計［7］。因此，構建PIoT 標準體系，通過標準化手段提高PIoT建設、服務質量，已成為促進行業(yè)規(guī)范管理、推進電網高效發(fā)展的重要保障。

目前，PIoT 的相關研究工作主要集中在釋義解析、關鍵技術、業(yè)務適配、應用示范等方面，鮮見PIoT標準體系的相關研究報道。本文從PIoT 標準體系建設的需求和原則入手，設計了基于三維空間標準對象分析的PIoT 標準體系構建方法，簡要分析了現(xiàn)有相關標準的適用性，初步提出了PIoT 標準體系構架，為今后開展PIoT的標準化工作提供一定參考。

1 相關標準現(xiàn)狀

世界各主要國家、國際和地區(qū)合作機構及各國際標準組織等已在物聯(lián)網、智能電網、可再生能源、電網互聯(lián)以及電力信息通信等領域開展了大量的研究工作，形成了相應的標準體系或標準系列，為PIoT標準體系的研究和制定奠定了良好的基礎。

1.1 物聯(lián)網標準

2005 年11 月27 日，國際電信聯(lián)盟（ITU）在突尼斯召開信息社會峰會，發(fā)布了《ITU 互聯(lián)網報告2005：物聯(lián)網》，正式提出了物聯(lián)網的概念。隨后，這一新興的技術革命在工業(yè)發(fā)展和民生改善等領域的優(yōu)勢迅速突顯，直接引導了產學研各界為創(chuàng)造一個充滿活力的物聯(lián)網發(fā)展環(huán)境，在理論儲備、科研立項、技術創(chuàng)新、標準制定等方面開展了集中探索。

在2018 年1 月召開的ITU 遠程通信標準化組織（ITU-T）物聯(lián)網和智慧城市研究組（SG20）WP1 全會上，中國信通院與中國聯(lián)通共同主導的《物聯(lián)網邊緣計算》國際標準成功立項，這是ITU-T 在物聯(lián)網領域的首個邊緣計算項目。另外，我國全國信息技術標準化技術委員會（China National Information Technology Standardization Network）承擔了“物聯(lián)網標準體系建設及關鍵技術標準研制”國家物聯(lián)網應用示范工程建設，提出了我國物聯(lián)網標準體系架構，開展了47 項物聯(lián)網標準、16 項傳感網標準的研制工作；建立了射頻識別（RFID）標準體系，制定了40余項國家標準、16 項行業(yè)標準；發(fā)起成立了傳感器網絡工作組（ISO／IEC JTC1／WG7），提出并立項1 項國際標準。這些工作都為物聯(lián)網應用示范工程的順利實施和物聯(lián)網產業(yè)的健康發(fā)展提供了有力保障。特別地，我國主導的《ISO／IEC 30141物聯(lián)網參考架構標準》于2018 年7 月被國際標準化組織（ISO）采納，成為全球物聯(lián)網發(fā)展的重要指針［8］。

2019 年5 月21 日，美國電氣和電子工程師協(xié)會標準協(xié)會（IEEE-SA）獲批出臺了最新的IEEE Std 2413—2019《物聯(lián)網結構體系標準草案》［9］，該草案定義了符合國際標準ISO／IEC／IEEE 42010—2011的物聯(lián)網體系結構框架，全面描述了全社會共同關注的輸變電設備物聯(lián)、智能電網物聯(lián)等領域的焦點問題，不僅定義了物聯(lián)網組成要素的概念基礎和不同網域間的縱向關系，還對關于物聯(lián)網主體結構的共性觀點集進行了詳細闡述，促進了技術的跨域交互，提升了系統(tǒng)的互操作性和功能兼容性，進一步推動了物聯(lián)網市場的發(fā)展。

2019 年10 月15 日，IEEE P2144《基于區(qū)塊鏈的物聯(lián)網可信數(shù)據(jù)管理標準》的制定工作在粵港澳大灣區(qū)正式啟動，結合區(qū)塊鏈技術提出了3 項物聯(lián)網管理相關標準，均歸口于IEEE 消費技術協(xié)會區(qū)塊鏈標準委員會（CES-BSC）。IEEE P2144標準的具體內容如表1所示。

表1 IEEE P2144標準的具體內容Table 1 Specific content of IEEE P2144 standards

1.2 智能電網標準

智能電網是一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網絡，通過電力和信息的雙向流動實現(xiàn)信息的實時交換以及設備層次上近乎瞬時的供需平衡［10］。而智能電網標準體系是智能電網規(guī)劃和建設的重要制度保障，國際大電網會議（CIGRE）、國際電工委員會（IEC）、IEEE等國際組織均對此高度關注。

IEC 標準化管理局（IEC-SMB）于2009 年4 月底在法國巴黎正式啟動智能電網戰(zhàn)略工作組SG3（Strategy Group：Smart Grid），并于2010 年發(fā)布包含38個標準系列共295項標準的《IEC智能電網標準化路線圖（1.0版）》［11］，將IEC 62351、IEC 62357等5個標準系列共54項標準推薦為IEC智能電網的核心標準［12-13］。隨著不斷地整合和發(fā)展，重新修編后的IEC TR 63097版本路線圖于2017年發(fā)布［14］，其集中關注的領域為智能電網信息自動化模式、環(huán)境標準及市場和管理需求等。2009 年5 月，IEEE 也成立專門工作組開展智能電網標準、互通原則的研究工作，旨在推動電力、信息通信技術的高效互動，并于2011年9 月發(fā)布了IEEE P2030—2011《支持電力系統(tǒng)（EPS）、最終應用和負載的能源技術和信息技術操作的智能電網互操作性指南》，為理解和定義電力系統(tǒng)與終端應用及負荷的智能電網互操作性提供了重要方向［15］。目前，部分IEEE智能電網相關技術標準已轉化為IEC標準，如：IEEE C37.111《暫態(tài)數(shù)據(jù)交換COMTRADE格式標準》已轉化為IEC 60255-24，IEEE 1588《精確時間協(xié)議標準》已轉化為IEC 61850-9-3等［16］。由歐洲電工標準化委員會（CENELEC）于2018年6月批準的BS／EN 50491-12-1歐盟標準則著重從用戶角度定義了用戶能源管理器CEM（Customer Energy Manager）與智能樓宇內智能設備之間應用接口的一般要求和體系結構［17］。

我國國家電網公司也派員參與了SG3 和IEEE P2030 工作組的標準研究工作，組織或參與制定的標準分別歸口IEC-SMB 和IEEE-SA。同時，國家電網公司成立了智能電網技術體系研究專家工作組，在梳理八大類共779 項國際標準和772 項國內標準的基礎上，于2010年6月底發(fā)布了《國家電網公司智能電網技術標準體系規(guī)劃》（下文簡稱為《規(guī)劃》），用于指導國家電網公司堅強智能電網企業(yè)標準的編制，并取得了積極反響。《規(guī)劃》涵蓋了綜合與規(guī)劃、智能發(fā)電、輸電、變電、配電、用電、智能調度和信息通信這8個專業(yè)分支，26個技術領域，92個標準系列的若干具體標準，包含274 項堅強智能電網技術標準，其中有168 項電網智能化標準［18］。全部標準的制定工作已于2014年基本完成。

另外，美國國家標準技術研究所（NIST）、日本經濟產業(yè)?。∕ETI）等國際組織或機構，以及德國、意大利、圣地亞哥、澳大利亞和韓國等世界主要國家也對輸配電系統(tǒng)廣域感知、需求響應及管理、智能及自動化樓宇、電氣化交通、高級量測和電動汽車等智能電網領域的技術標準制定工作給予了重點關注，并不斷推進其發(fā)展［19-20］。

1.3 可再生能源標準

無論是智能電網還是能源互聯(lián)網，均以高效大規(guī)?？稍偕茉聪{或輸送為重要導向［21］。2016年7月，美國紐約州公共服務委員會（PSC）正式批準CES 清潔能源標準，明確承認核電廠的“零”碳排放，這意味著紐約州到2030 年將實現(xiàn)50%的可再生能源電力來源。而國內外現(xiàn)行可再生能源標準主要集中在發(fā)電、儲能及其相關設備方面，例如IEC／TS 62257《農村電氣化用小型可再生能源和混合系統(tǒng)的建議》、IEEE 1561《遠程混合動力系統(tǒng)中鉛酸電池性能和壽命優(yōu)化指南》、GB／T 50801—2013《可再生能源建筑應用工程評價標準》等［22-24］，鮮有大規(guī)?？稍偕茉醇皟δ懿⒕W、運行控制及與系統(tǒng)互動等方面的要求和規(guī)范［25］。

2016 年，由國家電網公司牽頭編制的IEC 標準《分布式電源與電網互聯(lián)》正式獲批，填補了IEC 分布式電源并網標準的空白，將為引導世界范圍內可再生電源與電網優(yōu)化互動技術的應用發(fā)揮重要的作用。目前，IEC 和IEEE 正在不斷繼續(xù)推進可再生能源并網類標準的制定工作，如IEC／TS 62738 系列、IEC 61400 系列以及IEEE 1547 系列和IEEE P2030系列等，分別對光伏及風電并網設計、仿真和測試、儲能接入和互操作進行了規(guī)范［13，26］。事實上，在可再生能源大規(guī)模開發(fā)環(huán)境的驅動下，英國、美國、德國、加拿大、巴西、丹麥和西班牙等國家均已制定了自身的可再生能源并網規(guī)程或發(fā)展計劃。

2018 年10 月30 日，我國國家發(fā)展改革委員會、國家能源局聯(lián)合印發(fā)了《清潔能源消納行動計劃（2018—2020 年）》，其中明確要求：到2020 年，基本解決清潔能源消納問題，確保全國平均風電、光伏和水能利用率均達到95%以上；全國核電實現(xiàn)安全保障性消納［27］。這就需要多措并舉，科學調整可再生能源發(fā)展規(guī)劃，建立健全除發(fā)電和設備標準外的中長期電力交易中非水可再生能源的電價標準和核算標準，完善電力現(xiàn)貨市場準入、多種能源聯(lián)合運行調度以及煤改清潔能源等相關國家標準。

1.4 電網互聯(lián)標準

電網互聯(lián)能夠有效實現(xiàn)源荷供需結構優(yōu)化，增強資源配置的精度和靈活性，同時能夠協(xié)調不同區(qū)域自身的容量約束，平衡必要的緊急功率支援，提升整個電網的安全運行水平。電網互聯(lián)的相關標準主要涉及互聯(lián)電網的安全穩(wěn)定性分析、監(jiān)測與評價、控制與保護、調度與交易等方面。

IEEE 針對電網互聯(lián)相關標準的制定開展了大量的工作。在電力系統(tǒng)穩(wěn)定性方面，IEEE P1110 系列標準對同步發(fā)電機的直軸、交軸模型和暫態(tài)電抗模型進行了詳細分類，給出了發(fā)電機／系統(tǒng)接口的基本概念和數(shù)學方程，概括了系統(tǒng)穩(wěn)定性的屬性判定、辨識方法和模型應用場景［28］；IEEE P421系列標準描述了包含激勵限值和輔助控制在內的、適用于大電網穩(wěn)定性分析的勵磁系統(tǒng)控制器模型，使現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)成為控制器參數(shù)獲取的重要手段［29］。在電能質量方面，提出了IEEE P1159《電能質量監(jiān)測推薦實施規(guī)程草案》系列標準、IEEE P1250《用于識別和改善電力系統(tǒng)電能質量的指南草案》系列標準以及IEEE P519《電力系統(tǒng)諧波控制的建議實施規(guī)程和要求草案》系列標準等相關標準近30 項。在控制與保護方面，提出了IEEE 94—1991《電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制定義推薦標準》、IEEE 1676—2010《用于輸配電系統(tǒng)的大功率（1 MW 以上）電子器件控制架構指南》、IEEE 1826—2012《100 kW 以上額定功率分區(qū)配電系統(tǒng)的電力電子開放系統(tǒng)接口標準》以及“電力系統(tǒng)保護試驗”IEEE C37系列標準（其中部分標準在原有標準的基礎上進行了修訂，如IEEE C37.17—2012 標準在ANSI C37.17—1997 標準的基礎上進行了修訂；部分標準已轉化為IEC 標準，如IEEE C37.111—2013 標準已轉化為IEC 60255-24標準（2.0 版））等。部分現(xiàn)行IEEE C37 系列標準見附錄中表A1。在電網互聯(lián)方面，IEC 主要制定了電磁兼容方面的IEC 61000 系列標準以及包含歐洲和北美2 個分支的電力市場方面的IEC 62325 系列標準［13］。歐盟各國現(xiàn)行電力系統(tǒng)安全標準和電能質量標準分別為NGC SQSS和EN 50160—2007，電力系統(tǒng)運行的聯(lián)絡線控制性能評價類CPS（Control Per‐formance Standards）系列標準在北美洲影響廣泛［26］。

我國在電網運行控制方面主要參考北美CPS系列標準，形成了以GB／T 31464—2015《電網運行準則》、GB／T 35682—2017《電網運行控制數(shù)據(jù)規(guī)范》、DL 755—2001《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》、DL／T 1092—2008《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)通用技術條件》等為代表的電力系統(tǒng)安全運行標準體系；在電能質量方面，制定了包括GB 12325—2008、GB／T 35726—2017、NB／T 31005—2011等17個國家標準系列及包括DL／T 1053—2007、DL／T 1194—2012、DL／T 1208—2013等7個電力行業(yè)標準系列；在電力市場方面，制定了國家標準GB／T 2900.87—2011及DL／Z 885—2004、DL／T 1008—2006、DL／T 1033.12—2006這3個電力行業(yè)標準系列。

1.5 電力信息通信技術標準

電力信息通信技術是電網安全、可靠、穩(wěn)定運行的重要支撐，電力信息通信網絡的建設水平關系“萬物互聯(lián)”和“全面協(xié)同”的成敗，因此以標準化手段提高電力通信網絡的建設和服務質量，已成為促進行業(yè)規(guī)范管理、推進網絡高效發(fā)展的重要保障［30］。

在公網通信技術標準體系的研究方面，國際互聯(lián)網工程任務組（IETF）、ITU-T 和中國通信標準化協(xié)會（CCSA）等機構或組織走在了前列［31］，而隨著智能電網概念的興起，電力信息通信技術專業(yè)標準的研究受到了越來越多的關注和重視。

目前，IEC 共成立了13 個與信息通信技術直接相關的標準化工作組，尤其是于1987 年與ISO 共同建立的JTC1 聯(lián)合技術委員會，代替了TC97 工作組專門從事信息技術領域的國際標準化工作，制定了ISO／IEC 26907《信息技術 系統(tǒng)間通信和信息交換》系列、ISO／IEC 8208《信息技術 系統(tǒng)間的電信和信息交換》系列、ISO／IEC 15423《信息技術自動識別和數(shù)據(jù)采集技術》系列等逾百類相關國際標準，其秘書處設在美國國家標準學會（ANSI）。依托ISO／IEC 8802-3和ISO 9506-1、ISO 9506-2 標準，IEC 建立了以IEC 61850 為廠站（子站）端基礎、以IEC 61968和IEC 61970為主站（控制中心）端基礎、以IEC 62351 為信息安全基礎的智能電網通信標準體系架構［32］。2017年初，IEC《IoT 2020：智能安全的物聯(lián)網平臺》白皮書發(fā)布，闡述了智能安全物聯(lián)網發(fā)展的“平臺的平臺”化概念，其中第五代蜂窩接入系統(tǒng)（5G）標準、下一代衛(wèi)星／裝置間通信傳輸層協(xié)議標準以及物聯(lián)網設備能夠升級至新連接標準能力的標準被確立為信息通信領域重要的未來標準［33］。

1991年7月，我國電力行業(yè)信息標準化技術委員會（以下簡稱為信息標委會）成立，其始終致力于為電力行業(yè)制定基礎性共用的電力信息標準。目前，信息標委會下設信息規(guī)劃設計、信息應用系統(tǒng)、物聯(lián)網等10個工作組，其標準體系收錄了7個標準系列，共1 382 項，包括279 項國際標準、344 項國家標準、759項行業(yè)標準，另外還有27項在研標準［34］。信息標委會的標準體系分類統(tǒng)計結果見圖1。

圖1 信息標委會收錄標準的分類統(tǒng)計結果Fig.1 Classified statistical results of standards recorded by Information Standardization Technical Committee

2018 年12 月10 日，信息標委會印發(fā)了國家標準《電力物聯(lián)網信息通信總體架構（征求意見稿）》，從概述、實體描述和接口3 個方面分別對PIoT 的通信和信息架構進行了全面闡述，對指導PIoT 信息通信標準體系建設具有重要的意義［35］。

2 PIoT標準體系架構設計

2.1 需求分析及設計原則

2.1.1 PIoT標準體系需求分析

全面推進“新基建”重點項目，加快具有中國特色、國際領先的能源互聯(lián)網企業(yè)建設的重要物質基礎之一是：建設能夠實現(xiàn)廣域數(shù)據(jù)關聯(lián)、信息檢索和通信，實現(xiàn)設備集成和互操作，并具有安全、隱私和可信等特征的PIoT。這是物聯(lián)網技術在電力行業(yè)的具體應用落地，二者的關鍵都是實現(xiàn)實時高效的信息采集、傳遞和處理，其最本質的區(qū)別則在于應用場景的不同。PIoT的發(fā)展目標就是使物聯(lián)網成為基礎設施，實現(xiàn)無處不在的電以及無處不在的連接。

PIoT 是充分應用“大-云-物-移-智-鏈”等現(xiàn)代信息通信技術的全業(yè)態(tài)智慧服務系統(tǒng)，PIoT 建設應以廣域感知為基礎，以高效信息通信為媒介，通過物聯(lián)管理實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一規(guī)?；尤耄⒁灾信_聚合復用數(shù)據(jù)提供全面共性的電力服務，將在統(tǒng)一感知、實物ID 應用、營配貫通、鏈式物資供應、精準主動搶修、虛擬電廠、一站式智慧能源服務、大數(shù)據(jù)應用以及新能源云、車聯(lián)網等領域，為電網企業(yè)和新興業(yè)務主體賦能服務。

建立PIoT 標準體系首先要了解電力企業(yè)當前的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，深入分析不同專業(yè)領域的技術標準化需求，明確標準短板和現(xiàn)行標準差異，順應PIoT發(fā)展趨勢，全方位、多角度地契合和指導生產發(fā)展實際。根據(jù)文獻［33］中的ITU-T Y.2060 概述，PIoT 的主體架構也應包括設備層、網絡層、服務和應用支持層以及應用層4 個層級。梳理分析PIoT 所包含4 個層級的標準化需求，具體如下。

（1）在不同的應用場景下，設備層業(yè)務終端有各自的技術、功能、檢測等標準和規(guī)范，但標準差異較大。業(yè)務終端的邊緣計算能力已逐漸受到重視并實現(xiàn)應用，但業(yè)務終端的標準化工作尚未開展。

（2）從技術功能角度來看，網絡層可分為傳輸網、數(shù)據(jù)網、接入網3層。為了支撐PIoT 海量數(shù)據(jù)的實時接入和傳輸需求，在平臺和終端裝置間實現(xiàn)“高寬帶、低時延、廣覆蓋、大連接”的一體化全業(yè)態(tài)通信網絡標準體系建設勢在必行。

（3）服務和應用支持層也可稱為平臺層，其主要涉及物聯(lián)管理平臺、資源和數(shù)據(jù)中臺、人工智能平臺及云平臺等，除云平臺已有系列標準（例如于2020年3 月1 日實施的國家標準GB／T 37740—2019《信息技術云計算云平臺間應用和數(shù)據(jù)遷移指南》）外，其他三者目前均未有任何國家標準、行業(yè)標準、團體標準和企業(yè)標準發(fā)布。隨著PIoT 建設的規(guī)劃與開展，應盡快開展相應標準的制定或修訂工作。

（4）對于電力企業(yè)而言，PIoT的應用層主要分為內部業(yè)務和外部業(yè)務兩方面。其中內部業(yè)務標準相對比較完善，包括電網運行、企業(yè)經營、客戶服務等；外部業(yè)務中的電動汽車充換電、分布式能源及其并網方面也已完成標準制定工作，而智慧能源綜合服務、新能源大數(shù)據(jù)平臺、光伏云網、客戶用能服務平臺等新興業(yè)務相關的標準亟待制定。

2.1.2 PIoT標準體系設計原則

GB／T 13016—1991《標準體系表編制原則和要求》要求標準體系的研究與編制要做到全面性、系統(tǒng)性、先進性、預見性、可擴充性5 個方面［36］。文獻［13］借鑒生物學“門-綱-目-科-屬-種”的分類體系，將標準體系的架構原則概括為系統(tǒng)性、繼承性和擴展性3 個方面。而文獻［37］則將標準體系構建的價值性原則劃分為開放性、協(xié)調性、先進性、系統(tǒng)性和實用性5個方面。

雖然上述標準體系構建原則的具體分類方法不同，但根本思想是一致的、相通的，其重點在于：標準體系建設要能夠達到橫向標準分類全面、縱向上層指導標準和下層支撐標準齊全，體系完善；要保證體系內、外標準邏輯清晰且相互協(xié)調，避免同一體系或不同體系下同領域標準的標準對象及標準內容交叉、重復或矛盾；要能夠適應專業(yè)領域內的需求變化和技術創(chuàng)新，做到動態(tài)更新，持續(xù)改進，保持必要的先進性。除以上通用原則外，PIoT 標準體系制定還應突出電力行業(yè)特色，滿足PIoT 相關政策和技術的發(fā)展需要，因此需另外考慮以下幾點要求。

（1）政策先導，創(chuàng)新驅動。PIoT標準體系建設要全面貫徹新發(fā)展理念，堅持落實“四個革命、一個合作”國家能源安全新戰(zhàn)略，堅決履行電力體制改革和供給側結構性改革義務，持續(xù)推動我國能源轉型，推動智能電網、能源互聯(lián)網和PIoT長遠發(fā)展。

（2）依托主業(yè)，全面高效。PIoT標準體系建設要緊密圍繞主業(yè)主責，充分引入互聯(lián)網思維和市場化理念，兼顧電力生產的各環(huán)節(jié)，以擴大終端覆蓋、提升傳輸支撐、強化數(shù)據(jù)資產管理和綜合應用、改善服務質量、確保電網安全高效運行為重要目標，使PIoT標準體系真正實現(xiàn)“橫向互聯(lián)、縱向貫通”，引領和指導上下游企業(yè)及用戶實現(xiàn)價值共創(chuàng)、互利共贏。

（3）經濟實用，聚焦價值。PIoT標準制定的關鍵是堅持需求導向，明確標準體系建設需求的實際內容或修訂理由，聚焦價值作用發(fā)揮，充分考慮實用性、經濟性和基層應用的便捷性，在實用、實效上下功夫；加強PIoT 標準體系實體建設，推動實體標準的廣泛應用。

2.2 PIoT標準體系構建方法

2.2.1 標準體系構建方法

PIoT 的相關研究起步不久，其標準體系尚屬空白。與能源互聯(lián)網類似，PIoT 同樣以智能電網為核心技術基礎，且目前國內各科研機構在研究PIoT 的過程中仍沿用智能電網的標準體系。隨著PIoT的不斷發(fā)展、推進，現(xiàn)有標準框架難以滿足快速增長、變化的新興業(yè)務需求，因此適時在已有相關標準體系的基礎上，啟動PIoT標準體系的制定工作勢在必行。

PIoT 標準體系構建方法論的實質是電力企業(yè)、電力用戶和未來可能參與電力生產、電力交易的各個實體在逐步探索PIoT 發(fā)展的過程中，提升自身認知水平根本方法的綜合，是所需標準的合理組成方案和建立的標準資源的集合［38］。統(tǒng)一的標準體系是保障PIoT 產能高效發(fā)揮的關鍵，也是保障PIoT 技術先進性的重要基礎?；跇藴鼠w系構建方法論確立的標準體系全壽命周期邏輯應具有標準體系全壽命周期過程的全面覆蓋性和多種類型標準體系的普遍適用性，同時還應兼具嚴格的流程化、結構化特征。

在PIoT 標準體系的構建過程中，應首先考慮體系的目標對象以及影響體系結構框架的橫向和縱向因素。橫向因素決定了標準體系對象需要實施標準化的“面”，即范圍維度，以及在標準化同一對象上可選擇的范圍，即類別維度；而縱向因素則定位了標準體系整體水平的高低程度，即水平維度，涵蓋了技術水平和管理水平2 個層面。根據(jù)標準體系目標對象分析的三維關系（2個橫向因素和1個縱向因素），參考現(xiàn)有相關標準體系，確定PIoT 的核心標準或核心領域，進而建立細化的PIoT 全要素概念模型，并對標準體系的需求和現(xiàn)有物聯(lián)網、智能電網、可再生能源、電網互聯(lián)以及電力信息通信等相關標準的適用性進行分析，最終確定PIoT 的標準框架［37］。PIoT 標準體系的構建方法如圖2所示。

圖2 PIoT標準體系的構建方法Fig.2 Construction method of PIoT standard system

2.2.2 全要素概念模型

根據(jù)業(yè)務層次和隸屬關系，結合標準體系構建的需求和原則，可以對PIoT 標準體系進行細致的劃分和歸納。本文參考現(xiàn)有相關標準體系、標準規(guī)劃方案和技術發(fā)展路線圖，將其所包含的龐大、復雜、且相互關聯(lián)的各專業(yè)領域及其相關子域打破重組，“先破后立”，建立以PIoT 主體架構的4 個層級為基礎的PIoT全要素概念模型。

PIoT 全要素概念模型如圖3 所示，分為感知控制域、物聯(lián)集總域、網絡通信域和用戶域4個領域。

圖3 PIoT全要素概念模型Fig.3 Total element conceptual model of PIoT

（1）感知控制域是各類獲取感知對象信息與操控對象的系統(tǒng)集合，可實現(xiàn)對物理對象的本地化感知、協(xié)同和操控，并為其他領域提供遠程管理和服務接口，包括邊緣物聯(lián)代理和感知控制系統(tǒng)2個子域。

（2）物聯(lián)集總域是實現(xiàn)PIoT 運行維護監(jiān)控、信息和數(shù)據(jù)資源交換共享、信息和服務集中交易的系統(tǒng)集合，能夠對感知數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)以及服務關聯(lián)數(shù)據(jù)進行加工、處理和協(xié)同，并為PIoT 的信息流、服務流、資金流交換提供保障，包括物聯(lián)管理系統(tǒng)、業(yè)務中臺和數(shù)據(jù)中臺3個子域。

（3）網絡通信域是PIoT 的重要基礎，用于實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的實時接入和傳輸需求，并接駁其他3 個領域實現(xiàn)PIoT 的多領域協(xié)作，具有強大的紐帶作用，其包括傳輸網、數(shù)據(jù)網和接入網3個子域。

（4）用戶域是不同類型PIoT 用戶和用戶系統(tǒng)的集合，是PIoT 的用戶接口，通過分析處理后的數(shù)據(jù)為用戶提供豐富的特定服務。需要說明的是，只要涉及“人機交互”的應用都可以歸入用戶域的范疇，從電力企業(yè)角度可將其分為內部用戶業(yè)務和外部用戶業(yè)務2 類。由于用戶域涵蓋的具體業(yè)務非常廣泛，且包括許多新興（包括正在出現(xiàn)的）業(yè)務形式，其標準制定很難面面俱到，因此本文從技術角度將用戶域概括為數(shù)據(jù)驅動的業(yè)務建模、多源信息融合和全業(yè)態(tài)物聯(lián)應用3個子域。

2.3 現(xiàn)有相關標準適用性分析

標準的適用性分析是為了充分利用已有標準資源而進行的一項重要的甄別性工作，由于PIoT 屬于創(chuàng)建型標準體系，因此其適用性分析范圍僅限于PIoT體系外的國內和國際／國外相關標準。標準的適用性分析包括分析標準對實施對象的適用性、分析標準內容的適用性兩方面［37］。

分析標準對實施對象的適用性就是根據(jù)標準名稱進行“初篩”（篩選結果見第1 節(jié)），確定以物聯(lián)網、智能電網、可再生能源、電網互聯(lián)及電力信息通信技術5 個方面的標準作為PIoT 標準的對比對象；關于分析標準內容的適用性，本文采用如圖4 所示的全標準矩陣判別方法，在給出與目標標準相關的適用性分析項、判據(jù)指標的基礎上［37］，設定縱坐標為標準目標對象，橫坐標為現(xiàn)有標準的待分析項，矩陣中的元素表示根據(jù)標準對象對相應分析項的適用性判定意見而進行分區(qū)的具體標準。圖中，元素集A為僅隸屬于目標對象的標準集合，為需制定的標準；元素集B 為僅隸屬于待分析項的標準集合，其中除無關標準外還包含部分修訂后可采用的標準，即元素集D所包含的標準；元素集C 為交叉集，既屬于目標對象，又屬于待分析項，為可直接采用的標準；E為無關元素集。本文所提全標準矩陣判別方法能有效地清理問題標準，輔助主觀判斷，提供標準再利用依據(jù)，在一定程度上提高了標準適用性分析工作的效率。

對于篩定的5 個方面的標準對比對象而言，其均屬于與PIoT 關聯(lián)程度很高的現(xiàn)行標準，標準體系中都有很大一部分標準可直接吸收到PIoT 標準體系的建設中，例如物聯(lián)網標準體系中的智能傳感標準和數(shù)據(jù)挖掘技術標準、智能電網標準體系中的高級量測體系標準和電能替代標準等。這些現(xiàn)有標準的直接引入避免了部分標準制定流程的重復執(zhí)行，在一定程度上節(jié)省了人力、物力的投入。同時，為了適應PIoT 的特定需要，上述現(xiàn)有標準體系中也存在需要修訂的相關標準，例如電網互聯(lián)標準體系中的IEC 61850 和IEEE C37.233 標準、智能電網標準體系中的IEC 62052-53 和IEC 62055 標準等。當然還有部分領域的PIoT標準尚屬空白，需開展制定。

本節(jié)僅針對現(xiàn)有PIoT 相關標準的適用性進行了定性的概括說明，并未給出詳細的理論或量化分析，也未說明標準能否納入PIoT 標準體系的具體技術原則。事實上，要實現(xiàn)對標準適用性的精確分析是困難的，主要體現(xiàn)在以下2個方面。

（1）現(xiàn)行標準數(shù)據(jù)樣本過于龐大，很難完全統(tǒng)計，因此在對現(xiàn)行標準對實施對象的適用性研究過程中，現(xiàn)有標準待分析項的選取類似于“抽樣”過程，無法實現(xiàn)目標對象相關標準的全部篩選，縮減了現(xiàn)有標準待分析項的樣本空間，導致樣本缺失。例如：圖4 中無關元素集E 并不包含在待分析項范圍內，但其中可能含有與元素集D等價的修訂后可采用的標準。

（2）若要量化現(xiàn)有標準待分析項對目標對象的適應程度，就要制定正確及精確的標準適應性指標判別依據(jù)，包括標準化對象指標、標準化對象期望指標等。而指標判別依據(jù)的制定目前大多以主觀因素為主導，尚無科學全面的統(tǒng)一標準。

2.4 PIoT標準體系構架

根據(jù)PIoT 標準體系的構建需求和原則以及全要素概念模型的劃分方法，并參考對現(xiàn)行相關標準體系的“篩選結果”，本文設計了包括另外增設的通用共性標準在內的5個專業(yè)領域、16個子域、41個標準系列、若干條具體標準的四層級PIoT 標準體系構架（見附錄中圖A1），用于指導和規(guī)范PIoT相關的科學研究、實踐創(chuàng)新和技術開發(fā)。

通用共性標準領域包括術語及定義、通用符號、總體要求、全要素概念模型、規(guī)范用例5 個子域，描述了PIoT 相關的電力設備、信息通信網絡、應用場景等要素的通用屬性，是整個標準體系的概括。感知控制域、物聯(lián)集總域、網絡通信域和用戶域4 個領域的基本特點和地位以及相應子域的分布已在2.2.2節(jié)說明，此處不再贅述。

PIoT的技術定位是貫穿發(fā)、輸、變、配、用、調控、保護等各個專業(yè)領域或電力生產全壽命周期的智慧能源生態(tài)系統(tǒng)，重點突出廣域設備應用和全業(yè)態(tài)電力服務，因此各子域下屬的標準系列中的很大一部分是直接將作為PIoT 標準體系核心的物聯(lián)網和智能電網的相關標準吸收采用或在其基礎上進行修訂后采用，如物聯(lián)代理、邊緣計算、傳感器網絡以及中臺技術、云技術等；發(fā)展PIoT 的本質應該是應用于電力行業(yè)的信息通信技術的一次重大革命，將北斗衛(wèi)星通信、低軌衛(wèi)星組網技術、網絡虛擬化等目前最先進的理念和技術應用于電力生產全過程，能夠有效促進和推動整個電力工業(yè)生產、消費、服務形態(tài)的巨大轉變；PIoT也是解決可再生能源并網消納、改善傳統(tǒng)電力供需交易結構、提高電力用戶主動參與程度、實現(xiàn)電力需求響應的有效手段，因此可再生能源和電網互聯(lián)的部分現(xiàn)有相關標準也被直接吸收或修訂后采納并應用于相應的標準系列，例如可再生能源方面的IEC 61400、IEC 62116、IEEE 1547 等，電網互聯(lián)方面的IEC 60255、IEEE C37.90 等。另外，為了適應PIoT 的自身特點和需求，除直接吸收或修訂后采用的標準外，還有一部分標準需重新制定，這部分標準主要分布在網絡通信域和用戶域這2 個子域，大多為隸屬于各標準系列的具體標準，例如可歸屬于電力無線專網的信息互聯(lián)標準、可歸屬于面向個人應用的分布式能源即插即用標準等。

鑒于整個PIoT 標準體系涉及的各級、各類具體標準數(shù)量眾多，尚無法逐一列出，本文僅給出考慮到標準系列層級的PIoT標準體系構架，見附錄中圖A1。

3 PIoT標準化工作建議

全面推進PIoT、PIoT標準體系建設，能有效加強信息通信技術創(chuàng)新與電力生產深度融合，適應電力新業(yè)態(tài)發(fā)展需求，能有效促進電力服務提質增效。目前，PIoT 標準體系建設剛剛起步，正處于探索階段。因此，應緊密圍繞行業(yè)發(fā)展方向，加強頂層設計，通過以下四方面途徑促進PIoT標準化工作強化提升。

（1）關注重點，力求全面。深入開展PIoT 標準建設需求分析，梳理現(xiàn)有相關標準，重點開展關鍵領域的標準研究，建立覆蓋全面的PIoT 標準體系；緊密跟蹤PIoT 技術相關的最新前沿成果，持續(xù)開展頂層設計，加強動態(tài)更新，堅持持續(xù)改進。

（2）高效協(xié)同，科學公開。著力突破傳統(tǒng)體制機制束縛，加快和完善PIoT 標準管理平臺建設，實現(xiàn)歸口PIoT 標準的調研、立項、申報、質監(jiān)、發(fā)布、宣貫以及管理等工作高度兼容，保證PIoT 標準信息實時公開、共通共享。

（3）成果轉化，加強培育。加快PIoT 研究成果轉化，持續(xù)推進新方法、新技術的標準化應用落地；就PIoT 標準規(guī)劃的中長期關鍵問題和核心方向深入開展理論和實踐研究，給出具體建議，有重點、有計劃地開展標準培育。

（4）國際合作，開放共享。積極組織專家學者參與國際標準化工作，充分分析和梳理國際標準缺失，科學建立標準化成果開放共享機制，努力推動關鍵領域標準的國際化轉化，推進成果“走出去”，提升我國在PIoT領域的國際影響力。

4 結語

PIoT 是物聯(lián)網技術、現(xiàn)代先進信息通信技術在電力行業(yè)的一次重要實踐，PIoT 的提出和推進為智能電網、能源互聯(lián)網的發(fā)展帶來新契機。而標準體系是指導PIoT 發(fā)展的重要技術基礎，標準化工作在一定程度上決定了PIoT 最終的發(fā)展高度。本文基于PIoT 標準體系建設需求和原則，初步提出了包括通用共性標準、感知控制域、物聯(lián)集總域、網絡通信域和用戶域5個專業(yè)領域、16個子域、41個標準系列的四層級PIoT標準體系構架，并圍繞行業(yè)發(fā)展態(tài)勢、發(fā)展方向，對PIoT 標準化工作的實施和推進提出了合理化的建議。需說明的是，本文所提PIoT 標準體系尚不夠全面，還需進一步研究更加細致的標準化工作。

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