電力應急數字化技術標準體系研究

摘 要：隨著氣候變化和經濟社會發展，電力系統遭受的自然災害、外破事故等突發事件頻發多發，并呈現復雜化、極端化等特征。借助數字化技術提升電力應急技術智能化、精準化水平已成為技術發展趨勢。本文構建了電力應急數字化技術框架，并為發揮標準對技術發展的推動作用，圍繞電力應急業務、數字化技術以及標準化需求3個維度構建了電力應急數字化技術標準體系，分析得到16項關鍵要素，為電力應急數字化技術標準研制和標準之間協調提供理論依據。

關鍵詞：電力應急，數字化技術，標準體系，霍爾模型

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.12.012

0 引 言

電力是重要基礎產業，電力安全事關國計民生和經濟發展全局。同時，我國是世界上自然災害最為嚴重的國家之一，災害種類多，分布地域廣、發生頻率高，嚴重威脅電力安全，如：2023年夏季京津冀特大暴雨洪澇，災害對電力、通信、交通等城市生命線系統造成嚴重影響，導致“斷電、斷網、斷路”等影響時空耦合且鏈生傳導，嚴重制約了災后恢復，影響人民生產生活，電力災害事故呈現明顯的耦合性、極端性、復雜性特征。

面對電力災害事故的嚴峻形勢，需要先進的電力應急體系和技術的支撐，相關學者對電力應急體系及相關技術開展了研究：于振[1]提出了電力企業應急管理基本理念以及應急體系建設要素；馮杰等[2]提出了基于任務特征的應急預案體系重構思路，運用情景構建方法，開展了電網企業突發事件影響場景和處置任務分析；徐希源等[3]基于案例推理以及模糊評價技術，研發了電力應急資源調配系統。現有電力應急技術還存在一些短板和弱項：電力突發事件監測預警技術精度、穩定性和智能化水平不足；極端環境下災損感知精度不夠；應急指揮決策智能化技術支持能力不足；應對復雜多變惡劣現場環境的高適應性、高可靠性電力應急通信缺乏；應急搶修仍以人海和常規工程機械為主，缺少智能化應急救援裝備。因此，亟需數字化技術為電力應急技術賦能。

標準化對于技術發展和融合具有引領性和基礎性作用，需要充分發揮技術標準的關鍵作用，推動電力應急數字化技術進步。因此，本文在系統分析了電力應急技術現狀和數字化趨勢的基礎上，提出電力應急數字化技術框架，結合霍爾模型構建電力應急數字化技術標準體系，為電力應急數字化技術發展和相關標準研制提供理論依據。

1 電力應急數字化技術框架研究

1.1 電力應急技術存在不足

電力應急技術聚焦雨雪冰凍、臺風、山火、高空墜落，大壩垮塌、電廠火災、大面積停電等[4-10]災害事故場景，研究探索了覆冰監測裝置、直流融冰裝備、高空救援裝置、防臺抗臺系統、山火預警系統、大壩安全監測系統、電廠智能消防系統、大面積停電推演系統等[11-18]相關系統和裝備，在抵御和應對災害事故中發揮重要作用。但是，面對復雜化、極端化的電力災害事故新形勢，目前電力應急技術存在以下不足。

（1）基礎理論有待深化。電力災害事故孕育-發生-發展-演化機理規律探索、預測理論、風險評估方法等應用基礎研究不夠系統。

（2）先進技術應用不足。針對電力災害事故新形勢、新特點的早期識別、系統預警、及時響應、精準防控能力不強，相關技術的數字化、智能化水平，應急處置精準性、科學性還可進一步提升。

（3）智能化裝備亟待研究。應對復雜多變惡劣電力災害事故現場環境的高適應性、可自組網的應急通信裝備缺乏，應急搶修裝備仍以常規工程機械為主，智能化水平偏低。

1.2 應急技術發展趨勢分析

針對自然災害和事故災難的智慧應急發展積累了很多典型案例，美國、歐洲、日本等發達國家和地區都在積極發展智慧應急，不斷提高自然災害和事故災難的風險識別預警、信息共享、遠程響應、協同救援、綜合保障能力，成為全球災害事故智慧應急發展的熱點方向[19，20]。

將先進數字化技術綜合運用在自然災害和事故災難的風險評估與預防、監測預測預警、應急處置與救援、綜合保障等環節，通過數字化技術賦能，將應急的各個環節連通并集成，全面提升對各類災害事故應急的智慧化、精準化水平，已成為電力應急技術發展前沿趨勢。

先進數字化技術給電力應急技術發展帶來了新的契機，主要技術趨勢表現如下。

（1）面向多場景維度的災害模擬仿真技術。圍繞電力突發事件全周期和應急體系全鏈條，探索成災機理和評估模型，實現風險評估的定量化、標準化、系統化、綜合化，研發基于“數據-計算-推理”融合的系統化風險評估技術，實現電力突發事件全景模擬和仿真。

（2）面向多災種耦合的災損預測預警技術。加強電力多災種耦合機理與損失定量預測技術研究，開展智能、高精度和高穩定性的監測預警技術研發，充分融合物聯網、大數據和智能計算應用技術，提升監測預測預警信息化和智慧化響應能力。

（3）面向多主體協同的應急救援技術。深度應用物聯網、大數據、人工智能等技術，研發全息感知、智能研判、高效調配的電力應急輔助決策技術，高機動、可視化、便攜式、云協作和全域覆蓋的電力應急通信技術以及無人化、智能化的電力應急救援裝備，增進協調有序化、救援自動化和指揮智能化。

1.3 電力應急數字化技術內涵及框架

電力應急數字化技術的內容是：面向電力災害事故監測預警、生產安全事故防控、設備設施安全保障、突發事件應急處置等全場景，圍繞預防準備、監測預警、救援處置、恢復重建等全鏈條環境，推進“監管機構-電力企業-電力用戶”多元主體應急協同，融合人工智能、物聯網、大數據、衛星遙感、無人機感知等新興技術，以先進數字化技術賦能電力應急，實現電力突發事件全面監測、及時預警、精準防控和高效處置。電力應急數字化技術框架如圖1所示。

2 電力應急數字化技術標準化體系構建

2.1 霍爾三維結構模型簡介

霍爾三維結構是一種系統工程方法論，是由美國系統工程專家A.D.霍爾于1969年提出的。“霍爾三維結構模型”將系統工程管理過程分為3個維度、20個要素，充分考慮了系統工程涉及的工作階段、步驟以及專業技術知識，其模型如圖2所示。

霍爾三維結構從時間維、邏輯維和知識維3個維度描述系統工程組成及關系結構。

（1）時間維：在系統工程的時間進程，各項工作具有很強的關聯性，各工作階段在時間維度上先后有序且相互依賴。

（2）邏輯維：在系統工程的邏輯過程，各決策環節相互依存與順序展開，共同形成了完整的決策過程結構。

（3）知識維：在系統工程的知識方面，梳理了各類科學知識對系統工程的支撐作用。

2.2 電力應急數字化技術標準體系要素分析及模型構建

將電力應急數字化技術轉化為標準需要考慮電力應急業務、數字化技術以及標準化需求等維度（如圖3所示），下面具體分析每個維度所包含的關鍵要素。

（1）電力應急業務：電力應急數字化技術標準體系的構建應圍繞電力應急工作的實際業務需求。根據本文第1節的分析結果，電力應急業務需求分為應急準備、監測預警、處置救援、恢復重建等方面。其中，應急準備包括災害仿真、風險分析、防災技術、應急預案等方面；監測預警包括監測技術、預測技術、預警技術等方面；處置救援包括災損勘察、應急指揮、現場處置、應急保障等方面；恢復重建包括處置評估、事件調查、差異化設計等方面。

（2）數字化技術：電力應急數字化技術標準體系的構建應結合數字化技術優勢，包括但不限于大數據、云計算、物聯網、人工智能、區塊鏈等方面。其中，大數據技術可以處理海量的電力應急數據資源，挖掘數據價值，找出應急工作規律；云計算可利用電力企業的算力資源，為海量的電力應急數字處理提供算力支撐；物聯網可以支撐各類電力設備、監測設備、感知裝置等建立網絡聯系，及時獲知設備運行狀態和災害發展形勢；人工智能可以為災害預測、應急指揮、應急處置、災損分析等提供技術支撐，提升應急工作效率和準確性；移動通信技術可以為應急指揮和現場處置提供通信保障，實現應急信息互聯互通；區塊鏈可以保障應急數據、應急指令等信息準確性。

（3）標準化需求：電力應急數字化技術標準體系的構建應滿足實際工作對技術標準的需求，集合電力應急業務需求和數字化技術特點，標準化需求包括但不限于術語定義、數據管理、信息交互、安全防護、應用指南、驗證測試等方面。其中，術語定義主要明確電力應急業務與數字化技術結合后產生的術語定義，如：電力智慧應急預案、智能感知、智能處置評估等；數據管理主要根據不同的業務需求，規定數據的內容、質量、更新頻次等要求；信息交互主要是規范不同信息系統或設備裝置之間的信息接口、協議要求等；安全防護主要是根據不同的業務場景，明確相關的網絡安全、信息安全防護要求；應用指南主要是規范各類電力應急數字化業務數字化系統的建設要求和技術指南；驗證測試主要是規定各類電力應急算法、系統及裝置技術性能指標的驗證方法和測試參數要求。

電力應急數字化技術標準體系可以直觀地獲得技術標準的研制需求，如：綜合電力應急處置評估、人工智能、應用指南3個要素，可以獲得研制《電力應急處置智能評估技術應用指南》的標準需求。同時，通過該技術標準體系可以清晰掌握不同技術標準之間的關聯關系，為電力應急數字化技術標準有序研發和體系化建設提供支撐。

3 結 論

本文分析、梳理了面向電力應急業務需求的數字化技術體系，結合技術體系，圍繞標準化需求，構建了電力應急數字化技術標準體系，為相關標準研制和電力應急標準化工作提供了理論指導，形成結論如下。

（1）分析了電力應急技術在面對復雜化、極端化的電力災害事故新形勢，存在基礎理論有待深化、先進技術應用不足以及智能化裝備亟待研究等問題，通過分析國際先進技術研究趨勢，得到將先進的數字化技術與應急業務需求相結合是應急技術發展趨勢，并總結了技術需求特點，凝練了電力應急數字化技術內涵，構建了圍繞預防準備、監測預警、救援處置、恢復重建等全業務場景的電力應急數字化技術框架。

（2）基于霍爾三維結構模型，分析了電力應急數字化技術標準體系構成要素，包括電力應急業務、數字化技術以及標準化需求等3個維度關鍵要素。其中，電力應急業務包含應急準備、監測預警、處置救援、恢復重建等要素；數字化技術包括大數據、云計算、物聯網、人工智能、移動通信、區塊鏈等要素；標準化需求包括術語定義、數據管理、信息交互、安全防護、應用指南、驗證測試等要素，構建了電力應急數字化技術標準體系，并提出了技術標準體系應用實例，為電力應急數字化技術標準研制提供了理論支撐。

（3）下一步將通過電力應急數字化技術標準體系的深入應用，不斷優化體系構成要素及架構，并結合電力應急業務新場景、數字化技術發展新趨勢以及對技術標準的新需求，進一步完善電力應急數字化技術標準體系。

參考文獻

于振. 電力企業應急體系研究與建設[J]. 標準科學， 2015（S1）：75-78.

馮杰，張鑒燮，于振，等. 基于任務特征的電網企業應急預案體系重構[J]. 中國安全生產科學技術， 2020，16（10）：146-151.

徐希源，唐詩洋，于振，等. 電力應急資源優化調配技術及其在電力企業的應用[J]. 中國安全生產科學技術， 2020，16（09）：154-159.

樊靈孟，龔博，高錫明，等. 低溫雨雪冰凍災害監測預警技術與業務實踐[J]. 中國減災， 2022（23）：30-33.

焦嘉凝，柳璐，張天宇，等. 臺風災害下多階段協同的受端電網彈性提升策略[J]. 電力系統自動化， 2023，47（12）：9-18.

楊淳嵐，寧鑫，徐會凱，等. 電網山火監測及風險預警技術研究綜述[J]. 電網技術， 2023（11）：1-13.

唐詩洋，門永生，于振. 高空作業防墜裝置安裝輔助機器人研究[J]. 供用電， 2019，36（02）：73-77+83.

盧建華，徐軼，田金章. 水庫大壩水下安全保障技術探討[J]. 中國水利， 2023（16）：35-40.

王璐，楊亞偉. 電廠火災報警系統線型感溫探測器設備選型研究[J]. 電線電纜， 2019（04）：1-7.

尹昌潔，王嘯宇，王維，等. 大面積停電事故防御方法研究綜述[J]. 電力安全技術， 2022，24（11）：27-31.

蔡光柱，李軍輝，倪康婷，等. 基于物聯網技術的覆冰舞動綜合監測裝置設計[J]. 電力安全技術， 2023，25（08）：37-40.

劉輝，漆照，賈然，等. 輸電線路和電氣化鐵路接觸網交直流融冰技術研究進展[J]. 山東電力技術， 2022，49（07）：32-39+46.

辛平野，郭潤凱，孫登敏，等. 一種桿塔高空懸掛救援裝置研究及應用[J]. 中國應急救援， 2020（01）：46-49.

榮莉莉，李群，于振. 基于電網防臺抗臺系統的應急主題數據倉庫分析與設計[J]. 中國安全生產科學技術，2018，14（09）：18-23.

陸佳政，吳傳平，楊莉，等. 輸電線路山火監測預警系統的研究及應用[J]. 電力系統保護與控制， 2014，42（16）：89-95.

李秀文，王建，趙向波，等. 大壩安全監測系統研究應用及智慧化提升[J]. 中國防汛抗旱， 2022，32（12）：53-57.

邊福利，楊建. 火力發電廠消防系統運行管理對策分析[J]. 武警學院學報， 2018，34（06）：65-67.

李文廣，吳凱越，單長順，等. 大面積停電事件應急預案桌面推演優化與實踐[J]. 電力安全技術， 2021，23（06）：1-3.

劉奕，張宇棟，張輝，等. 面向2035年的災害事故智慧應急科技發展戰略研究[J]. 中國工程科學， 2021，23（04）：117-125.

U.S. Geological Survey. 美國國家現代地震監測系統（ANSS）——現狀、發展機遇和戰略規劃（2017～2027）[J].

鄒立曄，梁姍姍，杜廣寶，等譯. 世界地震譯叢， 2018， 49（05）：397-423.