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(xué) 現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制與綠色電能新技術(shù)教育部重點實驗室，吉林 吉林132012；2. 國網(wǎng)遼寧省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，遼寧 沈陽110015；3. 國網(wǎng)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(wǎng)有限公司2019 社會責(zé)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(wù)的物聯(lián)感知需求，推進云平臺、數(shù)據(jù)中臺的技術(shù)驗證和物聯(lián)網(wǎng)IoT（Internet of Things）相關(guān)產(chǎn)品落地，加快電網(wǎng)的“平臺+生態(tài)”建設(shè)，統(tǒng)一物聯(lián)管理，不斷推進具有中國特色且國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的建設(shè)進程。另外，2020 年4月2 日，國家電網(wǎng)有限公司“新基建”工作領(lǐng)導(dǎo)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(shè)要求，其中也包括加快現(xiàn)代信息通信技術(shù)推廣應(yīng)用，加強大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等配套技術(shù)研究等具體內(nèi)容［1-2］。建設(shè)發(fā)展電力物聯(lián)網(wǎng)PIoT（Power Internet of Things）能夠為推進能源轉(zhuǎn)型與信息技術(shù)深度融合、提升電力企業(yè)精益管理和優(yōu)質(zhì)服務(wù)、開拓數(shù)字經(jīng)濟市場找到一個新的方向。

PIoT是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)的具體表現(xiàn)形式和應(yīng)用落地，是以電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、人員及所在環(huán)境等電力生產(chǎn)各環(huán)節(jié)為對象，充分利用現(xiàn)代先進信息通信技術(shù)，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(chǎn)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(yīng)用便捷靈活等特征的廣域智慧服務(wù)系統(tǒng)。因此，PIoT 可理解為物聯(lián)網(wǎng)［3］、智能電網(wǎng)［4-5］、可再生能源［6］、電網(wǎng)互聯(lián)以及電力信息通信等各專業(yè)及各領(lǐng)域的相互交叉，重點突出廣域設(shè)備應(yīng)用和全業(yè)態(tài)服務(wù)的電力-信息生態(tài)系統(tǒng)。

PIoT作為能源供給、電力服務(wù)發(fā)展的重要方向，將有力帶動相關(guān)的技術(shù)進步、產(chǎn)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(dǎo)PIoT標準制定的一項戰(zhàn)略性、綱領(lǐng)性工作，是PIoT技術(shù)標準的頂層設(shè)計［7］。因此，構(gòu)建PIoT 標準體系，通過標準化手段提高PIoT建設(shè)、服務(wù)質(zhì)量，已成為促進行業(yè)規(guī)范管理、推進電網(wǎng)高效發(fā)展的重要保障。

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

1 相關(guān)標準現(xiàn)狀

世界各主要國家、國際和地區(qū)合作機構(gòu)及各國際標準組織等已在物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、可再生能源、電網(wǎng)互聯(lián)以及電力信息通信等領(lǐng)域開展了大量的研究工作，形成了相應(yīng)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(chǔ)。

1.1 物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)報告2005：物聯(lián)網(wǎng)》，正式提出了物聯(lián)網(wǎng)的概念。隨后，這一新興的技術(shù)革命在工業(yè)發(fā)展和民生改善等領(lǐng)域的優(yōu)勢迅速突顯，直接引導(dǎo)了產(chǎn)學(xué)研各界為創(chuàng)造一個充滿活力的物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展環(huán)境，在理論儲備、科研立項、技術(shù)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(wǎng)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(dǎo)的《物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算》國際標準成功立項，這是ITU-T 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的首個邊緣計算項目。另外，我國全國信息技術(shù)標準化技術(shù)委員會（China National Information Technology Standardization Network）承擔(dān)了“物聯(lián)網(wǎng)標準體系建設(shè)及關(guān)鍵技術(shù)標準研制”國家物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用示范工程建設(shè)，提出了我國物聯(lián)網(wǎng)標準體系架構(gòu)，開展了47 項物聯(lián)網(wǎng)標準、16 項傳感網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)應(yīng)用示范工程的順利實施和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展提供了有力保障。特別地，我國主導(dǎo)的《ISO／IEC 30141物聯(lián)網(wǎng)參考架構(gòu)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(wǎng)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(wǎng)結(jié)構(gòu)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(wǎng)體系結(jié)構(gòu)框架，全面描述了全社會共同關(guān)注的輸變電設(shè)備物聯(lián)、智能電網(wǎng)物聯(lián)等領(lǐng)域的焦點問題，不僅定義了物聯(lián)網(wǎng)組成要素的概念基礎(chǔ)和不同網(wǎng)域間的縱向關(guān)系，還對關(guān)于物聯(lián)網(wǎng)主體結(jié)構(gòu)的共性觀點集進行了詳細闡述，促進了技術(shù)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(wǎng)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(wǎng)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(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)提出了3 項物聯(lián)網(wǎng)管理相關(guān)標準，均歸口于IEEE 消費技術(shù)協(xié)會區(qū)塊鏈標準委員會（CES-BSC）。IEEE P2144標準的具體內(nèi)容如表1所示。

表1 IEEE P2144標準的具體內(nèi)容Table 1 Specific content of IEEE P2144 standards

1.2 智能電網(wǎng)標準

智能電網(wǎng)是一個高度自動化和廣泛分布的能量交換網(wǎng)絡(luò)，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(shè)備層次上近乎瞬時的供需平衡［10］。而智能電網(wǎng)標準體系是智能電網(wǎng)規(guī)劃和建設(shè)的重要制度保障，國際大電網(wǎng)會議（CIGRE）、國際電工委員會（IEC）、IEEE等國際組織均對此高度關(guān)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(guān)注的領(lǐng)域為智能電網(wǎng)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(wǎng)標準、互通原則的研究工作，旨在推動電力、信息通信技術(shù)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(yīng)用和負載的能源技術(shù)和信息技術(shù)操作的智能電網(wǎng)互操作性指南》，為理解和定義電力系統(tǒng)與終端應(yīng)用及負荷的智能電網(wǎng)互操作性提供了重要方向［15］。目前，部分IEEE智能電網(wǎng)相關(guān)技術(shù)標準已轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化為IEC 60255-24，IEEE 1588《精確時間協(xié)議標準》已轉(zhuǎn)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(nèi)智能設(shè)備之間應(yīng)用接口的一般要求和體系結(jié)構(gòu)［17］。

我國國家電網(wǎng)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(wǎng)公司成立了智能電網(wǎng)技術(shù)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(nèi)標準的基礎(chǔ)上，于2010年6月底發(fā)布了《國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)技術(shù)標準體系規(guī)劃》（下文簡稱為《規(guī)劃》），用于指導(dǎo)國家電網(wǎng)公司堅強智能電網(wǎng)企業(yè)標準的編制，并取得了積極反響?！兑?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(diào)度和信息通信這8個專業(yè)分支，26個技術(shù)領(lǐng)域，92個標準系列的若干具體標準，包含274 項堅強智能電網(wǎng)技術(shù)標準，其中有168 項電網(wǎng)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(shù)研究所（NIST）、日本經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省（METI）等國際組織或機構(gòu)，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(yīng)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(wǎng)領(lǐng)域的技術(shù)標準制定工作給予了重點關(guān)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(wǎng)還是能源互聯(lián)網(wǎng)，均以高效大規(guī)?？稍偕茉聪{或輸送為重要導(dǎo)向［21］。2016年7月，美國紐約州公共服務(wù)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(nèi)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(guān)設(shè)備方面，例如IEC／TS 62257《農(nóng)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(yīng)用工程評價標準》等［22-24］，鮮有大規(guī)?？稍偕茉醇皟δ懿⒕W(wǎng)、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(wǎng)公司牽頭編制的IEC 標準《分布式電源與電網(wǎng)互聯(lián)》正式獲批，填補了IEC 分布式電源并網(wǎng)標準的空白，將為引導(dǎo)世界范圍內(nèi)可再生電源與電網(wǎng)優(yōu)化互動技術(shù)的應(yīng)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(wǎng)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(fēng)電并網(wǎng)設(shè)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(qū)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(wǎng)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(fēng)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(xué)調(diào)整可再生能源發(fā)展規(guī)劃，建立健全除發(fā)電和設(shè)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(diào)度以及煤改清潔能源等相關(guān)國家標準。

1.4 電網(wǎng)互聯(lián)標準

電網(wǎng)互聯(lián)能夠有效實現(xiàn)源荷供需結(jié)構(gòu)優(yōu)化，增強資源配置的精度和靈活性，同時能夠協(xié)調(diào)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(wǎng)的安全運行水平。電網(wǎng)互聯(lián)的相關(guān)標準主要涉及互聯(lián)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性分析、監(jiān)測與評價、控制與保護、調(diào)度與交易等方面。

IEEE 針對電網(wǎng)互聯(lián)相關(guān)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(xué)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(yīng)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(nèi)的、適用于大電網(wǎng)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(zhì)量方面，提出了IEEE P1159《電能質(zhì)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(zhì)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(guān)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(gòu)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(chǔ)上進行了修訂，如IEEE C37.17—2012 標準在ANSI C37.17—1997 標準的基礎(chǔ)上進行了修訂；部分標準已轉(zhuǎn)化為IEC 標準，如IEEE C37.111—2013 標準已轉(zhuǎn)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(wǎng)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(zhì)量標準分別為NGC SQSS和EN 50160—2007，電力系統(tǒng)運行的聯(lián)絡(luò)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(wǎng)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(wǎng)運行準則》、GB／T 35682—2017《電網(wǎng)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(dǎo)則》、DL／T 1092—2008《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)通用技術(shù)條件》等為代表的電力系統(tǒng)安全運行標準體系；在電能質(zhì)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(shù)標準

電力信息通信技術(shù)是電網(wǎng)安全、可靠、穩(wěn)定運行的重要支撐，電力信息通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)水平關(guān)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(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和服務(wù)質(zhì)量，已成為促進行業(yè)規(guī)范管理、推進網(wǎng)絡(luò)高效發(fā)展的重要保障［30］。

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

目前，IEC 共成立了13 個與信息通信技術(shù)直接相關(guān)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(shù)委員會，代替了TC97 工作組專門從事信息技術(shù)領(lǐng)域的國際標準化工作，制定了ISO／IEC 26907《信息技術(shù) 系統(tǒng)間通信和信息交換》系列、ISO／IEC 8208《信息技術(shù) 系統(tǒng)間的電信和信息交換》系列、ISO／IEC 15423《信息技術(shù)自動識別和數(shù)據(jù)采集技術(shù)》系列等逾百類相關(guān)國際標準，其秘書處設(shè)在美國國家標準學(xué)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(chǔ)、以IEC 61968和IEC 61970為主站（控制中心）端基礎(chǔ)、以IEC 62351 為信息安全基礎(chǔ)的智能電網(wǎng)通信標準體系架構(gòu)［32］。2017年初，IEC《IoT 2020：智能安全的物聯(lián)網(wǎng)平臺》白皮書發(fā)布，闡述了智能安全物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)設(shè)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(lǐng)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(shù)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(chǔ)性共用的電力信息標準。目前，信息標委會下設(shè)信息規(guī)劃設(shè)計、信息應(yīng)用系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)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(jié)果見圖1。

圖1 信息標委會收錄標準的分類統(tǒng)計結(jié)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(wǎng)信息通信總體架構(gòu)（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(gòu)進行了全面闡述，對指導(dǎo)PIoT 信息通信標準體系建設(shè)具有重要的意義［35］。

2 PIoT標準體系架構(gòu)設(shè)計

2.1 需求分析及設(shè)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(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一是：建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)廣域數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、信息檢索和通信，實現(xiàn)設(shè)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(wǎng)技術(shù)在電力行業(yè)的具體應(yīng)用落地，二者的關(guān)鍵都是實現(xiàn)實時高效的信息采集、傳遞和處理，其最本質(zhì)的區(qū)別則在于應(yīng)用場景的不同。PIoT的發(fā)展目標就是使物聯(lián)網(wǎng)成為基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)無處不在的電以及無處不在的連接。

PIoT 是充分應(yīng)用“大-云-物-移-智-鏈”等現(xiàn)代信息通信技術(shù)的全業(yè)態(tài)智慧服務(wù)系統(tǒng)，PIoT 建設(shè)應(yīng)以廣域感知為基礎(chǔ)，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)模化接入，并以中臺聚合復(fù)用數(shù)據(jù)提供全面共性的電力服務(wù)，將在統(tǒng)一感知、實物ID 應(yīng)用、營配貫通、鏈式物資供應(yīng)、精準主動搶修、虛擬電廠、一站式智慧能源服務(wù)、大數(shù)據(jù)應(yīng)用以及新能源云、車聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，為電網(wǎng)企業(yè)和新興業(yè)務(wù)主體賦能服務(wù)。

建立PIoT 標準體系首先要了解電力企業(yè)當(dāng)前的戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，深入分析不同專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)標準化需求，明確標準短板和現(xiàn)行標準差異，順應(yīng)PIoT發(fā)展趨勢，全方位、多角度地契合和指導(dǎo)生產(chǎn)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(gòu)也應(yīng)包括設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)和應(yīng)用支持層以及應(yīng)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(yīng)用場景下，設(shè)備層業(yè)務(wù)終端有各自的技術(shù)、功能、檢測等標準和規(guī)范，但標準差異較大。業(yè)務(wù)終端的邊緣計算能力已逐漸受到重視并實現(xiàn)應(yīng)用，但業(yè)務(wù)終端的標準化工作尚未開展。

（2）從技術(shù)功能角度來看，網(wǎng)絡(luò)層可分為傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、接入網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)標準體系建設(shè)勢在必行。

（3）服務(wù)和應(yīng)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(shù)云計算云平臺間應(yīng)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(shè)的規(guī)劃與開展，應(yīng)盡快開展相應(yīng)標準的制定或修訂工作。

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

2.1.2 PIoT標準體系設(shè)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(yù)見性、可擴充性5 個方面［36］。文獻［13］借鑒生物學(xué)“門-綱-目-科-屬-種”的分類體系，將標準體系的架構(gòu)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(gòu)建的價值性原則劃分為開放性、協(xié)調(diào)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(gòu)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(shè)要能夠達到橫向標準分類全面、縱向上層指導(dǎo)標準和下層支撐標準齊全，體系完善；要保證體系內(nèi)、外標準邏輯清晰且相互協(xié)調(diào)，避免同一體系或不同體系下同領(lǐng)域標準的標準對象及標準內(nèi)容交叉、重復(fù)或矛盾；要能夠適應(yīng)專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的需求變化和技術(shù)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(yīng)突出電力行業(yè)特色，滿足PIoT 相關(guān)政策和技術(shù)的發(fā)展需要，因此需另外考慮以下幾點要求。

（1）政策先導(dǎo)，創(chuàng)新驅(qū)動。PIoT標準體系建設(shè)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(cè)結(jié)構(gòu)性改革義務(wù)，持續(xù)推動我國能源轉(zhuǎn)型，推動智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)和PIoT長遠發(fā)展。

（2）依托主業(yè)，全面高效。PIoT標準體系建設(shè)要緊密圍繞主業(yè)主責(zé)，充分引入互聯(lián)網(wǎng)思維和市場化理念，兼顧電力生產(chǎn)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(chǎn)管理和綜合應(yīng)用、改善服務(wù)質(zhì)量、確保電網(wǎng)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(lǐng)和指導(dǎo)上下游企業(yè)及用戶實現(xiàn)價值共創(chuàng)、互利共贏。

（3）經(jīng)濟實用，聚焦價值。PIoT標準制定的關(guān)鍵是堅持需求導(dǎo)向，明確標準體系建設(shè)需求的實際內(nèi)容或修訂理由，聚焦價值作用發(fā)揮，充分考慮實用性、經(jīng)濟性和基層應(yīng)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(shè)，推動實體標準的廣泛應(yīng)用。

2.2 PIoT標準體系構(gòu)建方法

2.2.1 標準體系構(gòu)建方法

PIoT 的相關(guān)研究起步不久，其標準體系尚屬空白。與能源互聯(lián)網(wǎng)類似，PIoT 同樣以智能電網(wǎng)為核心技術(shù)基礎(chǔ)，且目前國內(nèi)各科研機構(gòu)在研究PIoT 的過程中仍沿用智能電網(wǎng)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(wù)需求，因此適時在已有相關(guān)標準體系的基礎(chǔ)上，啟動PIoT標準體系的制定工作勢在必行。

PIoT 標準體系構(gòu)建方法論的實質(zhì)是電力企業(yè)、電力用戶和未來可能參與電力生產(chǎn)、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(chǎn)能高效發(fā)揮的關(guān)鍵，也是保障PIoT 技術(shù)先進性的重要基礎(chǔ)?；跇藴鼠w系構(gòu)建方法論確立的標準體系全壽命周期邏輯應(yīng)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(yīng)兼具嚴格的流程化、結(jié)構(gòu)化特征。

在PIoT 標準體系的構(gòu)建過程中，應(yīng)首先考慮體系的目標對象以及影響體系結(jié)構(gòu)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(shù)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(guān)系（2個橫向因素和1個縱向因素），參考現(xiàn)有相關(guān)標準體系，確定PIoT 的核心標準或核心領(lǐng)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(wǎng)、智能電網(wǎng)、可再生能源、電網(wǎng)互聯(lián)以及電力信息通信等相關(guān)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(gòu)建方法如圖2所示。

圖2 PIoT標準體系的構(gòu)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(wù)層次和隸屬關(guān)系，結(jié)合標準體系構(gòu)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(guān)標準體系、標準規(guī)劃方案和技術(shù)發(fā)展路線圖，將其所包含的龐大、復(fù)雜、且相互關(guān)聯(lián)的各專業(yè)領(lǐng)域及其相關(guān)子域打破重組，“先破后立”，建立以PIoT 主體架構(gòu)的4 個層級為基礎(chǔ)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(wǎng)絡(luò)通信域和用戶域4個領(lǐng)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(lǐng)域提供遠程管理和服務(wù)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(wù)集中交易的系統(tǒng)集合，能夠?qū)Ω兄獢?shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)以及服務(wù)關(guān)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(wù)流、資金流交換提供保障，包括物聯(lián)管理系統(tǒng)、業(yè)務(wù)中臺和數(shù)據(jù)中臺3個子域。

（3）網(wǎng)絡(luò)通信域是PIoT 的重要基礎(chǔ)，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(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)PIoT 的多領(lǐng)域協(xié)作，具有強大的紐帶作用，其包括傳輸網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和接入網(wǎng)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(wù)。需要說明的是，只要涉及“人機交互”的應(yīng)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(nèi)部用戶業(yè)務(wù)和外部用戶業(yè)務(wù)2 類。由于用戶域涵蓋的具體業(yè)務(wù)非常廣泛，且包括許多新興（包括正在出現(xiàn)的）業(yè)務(wù)形式，其標準制定很難面面俱到，因此本文從技術(shù)角度將用戶域概括為數(shù)據(jù)驅(qū)動的業(yè)務(wù)建模、多源信息融合和全業(yè)態(tài)物聯(lián)應(yīng)用3個子域。

2.3 現(xiàn)有相關(guān)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(nèi)和國際／國外相關(guān)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(nèi)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(jié)果見第1 節(jié)），確定以物聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)、可再生能源、電網(wǎng)互聯(lián)及電力信息通信技術(shù)5 個方面的標準作為PIoT 標準的對比對象；關(guān)于分析標準內(nèi)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(guān)的適用性分析項、判據(jù)指標的基礎(chǔ)上［37］，設(shè)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(yīng)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(guān)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(guān)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(guān)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(shè)中，例如物聯(lián)網(wǎng)標準體系中的智能傳感標準和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)標準、智能電網(wǎng)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(fù)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(yīng)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(guān)標準，例如電網(wǎng)互聯(lián)標準體系中的IEC 61850 和IEEE C37.233 標準、智能電網(wǎng)標準體系中的IEC 62052-53 和IEC 62055 標準等。當(dāng)然還有部分領(lǐng)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(guān)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(shù)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(guān)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(dǎo)致樣本缺失。例如：圖4 中無關(guān)元素集E 并不包含在待分析項范圍內(nèi)，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(yīng)程度，就要制定正確及精確的標準適應(yīng)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(dǎo)，尚無科學(xué)全面的統(tǒng)一標準。

2.4 PIoT標準體系構(gòu)架

根據(jù)PIoT 標準體系的構(gòu)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(guān)標準體系的“篩選結(jié)果”，本文設(shè)計了包括另外增設(shè)的通用共性標準在內(nèi)的5個專業(yè)領(lǐng)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(gòu)架（見附錄中圖A1），用于指導(dǎo)和規(guī)范PIoT相關(guān)的科學(xué)研究、實踐創(chuàng)新和技術(shù)開發(fā)。

通用共性標準領(lǐng)域包括術(shù)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(guān)的電力設(shè)備、信息通信網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)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(wǎng)絡(luò)通信域和用戶域4 個領(lǐng)域的基本特點和地位以及相應(yīng)子域的分布已在2.2.2節(jié)說明，此處不再贅述。

PIoT的技術(shù)定位是貫穿發(fā)、輸、變、配、用、調(diào)控、保護等各個專業(yè)領(lǐng)域或電力生產(chǎn)全壽命周期的智慧能源生態(tài)系統(tǒng)，重點突出廣域設(shè)備應(yīng)用和全業(yè)態(tài)電力服務(wù)，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(wǎng)和智能電網(wǎng)的相關(guān)標準吸收采用或在其基礎(chǔ)上進行修訂后采用，如物聯(lián)代理、邊緣計算、傳感器網(wǎng)絡(luò)以及中臺技術(shù)、云技術(shù)等；發(fā)展PIoT 的本質(zhì)應(yīng)該是應(yīng)用于電力行業(yè)的信息通信技術(shù)的一次重大革命，將北斗衛(wèi)星通信、低軌衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化等目前最先進的理念和技術(shù)應(yīng)用于電力生產(chǎn)全過程，能夠有效促進和推動整個電力工業(yè)生產(chǎn)、消費、服務(wù)形態(tài)的巨大轉(zhuǎn)變；PIoT也是解決可再生能源并網(wǎng)消納、改善傳統(tǒng)電力供需交易結(jié)構(gòu)、提高電力用戶主動參與程度、實現(xiàn)電力需求響應(yīng)的有效手段，因此可再生能源和電網(wǎng)互聯(lián)的部分現(xiàn)有相關(guān)標準也被直接吸收或修訂后采納并應(yīng)用于相應(yīng)的標準系列，例如可再生能源方面的IEC 61400、IEC 62116、IEEE 1547 等，電網(wǎng)互聯(lián)方面的IEC 60255、IEEE C37.90 等。另外，為了適應(yīng)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)的信息互聯(lián)標準、可歸屬于面向個人應(yīng)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(gòu)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(shè)，能有效加強信息通信技術(shù)創(chuàng)新與電力生產(chǎn)深度融合，適應(yīng)電力新業(yè)態(tài)發(fā)展需求，能有效促進電力服務(wù)提質(zhì)增效。目前，PIoT 標準體系建設(shè)剛剛起步，正處于探索階段。因此，應(yīng)緊密圍繞行業(yè)發(fā)展方向，加強頂層設(shè)計，通過以下四方面途徑促進PIoT標準化工作強化提升。

（1）關(guān)注重點，力求全面。深入開展PIoT 標準建設(shè)需求分析，梳理現(xiàn)有相關(guān)標準，重點開展關(guān)鍵領(lǐng)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(shù)相關(guān)的最新前沿成果，持續(xù)開展頂層設(shè)計，加強動態(tài)更新，堅持持續(xù)改進。

（2）高效協(xié)同，科學(xué)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(shè)，實現(xiàn)歸口PIoT 標準的調(diào)研、立項、申報、質(zhì)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(zhuǎn)化，加強培育。加快PIoT 研究成果轉(zhuǎn)化，持續(xù)推進新方法、新技術(shù)的標準化應(yīng)用落地；就PIoT 標準規(guī)劃的中長期關(guān)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(xué)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(xué)建立標準化成果開放共享機制，努力推動關(guān)鍵領(lǐng)域標準的國際化轉(zhuǎn)化，推進成果“走出去”，提升我國在PIoT領(lǐng)域的國際影響力。

4 結(jié)語

PIoT 是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、現(xiàn)代先進信息通信技術(shù)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(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來新契機。而標準體系是指導(dǎo)PIoT 發(fā)展的重要技術(shù)基礎(chǔ)，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(shè)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(wǎng)絡(luò)通信域和用戶域5個專業(yè)領(lǐng)域、16個子域、41個標準系列的四層級PIoT標準體系構(gòu)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。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版（http：//www.epae.cn）。