電力行業邊緣智能計算設備標準體系構建技術研究

摘 要：隨著電力行業的快速發展，邊緣智能計算設備在電力系統中的應用越來越廣泛。本文旨在探討構建電力行業邊緣智能計算設備標準體系的重要性和必要性，并提出一個系統化的標準體系框架。通過分析現有的技術和應用場景，基于屬性劃分法，圍繞設備的基本功能要求、智能要求、安全性要求、擴展性要求及可靠性要求制定了詳細的標準策略，涵蓋設備的硬件、軟件、支持算法、通信、安全標準、數據協同管理、系統管理維護等多個方面。本文的研究有助于推動電力行業邊緣智能計算設備的規范化發展，提高整個系統的可靠性和效率。

關鍵詞：電力邊緣智能，標準體系，設備規范

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2024.17.016

0 引 言

隨著能源基礎設施智慧化和數字化浪潮的推進，電力行業正經歷著前所未有的變革。人工智能技術深入電力的生產、傳輸、存儲、消納等各環節，在智能巡檢、智能問答、智能決策、智能調度等多場景中得到了廣泛應用。傳統的電力計算將各個終端采集到的數據傳輸到主站統一集中處理。然而隨著電力物聯網中各種采集設備的規模化部署與業務應用的增長，海量感知數據的傳輸和處理將給主站造成巨大壓力，且高時延與安全性也無法滿足新業務形態的要求[1]。邊緣計算作為一種新興的計算模式，通過將計算任務下沉到網絡邊緣，能夠顯著降低響應時間，提高系統效率和可靠性。同時考慮到人工智能技術的分析與決策優勢，可以在邊緣側嵌入智能算法，在數據源附近進行初步處理、計算和分析，減少將數據發送到云端所需的網絡帶寬，降低傳輸過程的能耗[2]。這需要電力邊緣智能計算設備具有強大的人工智能處理能力，部署在各類生產現場、站點，運行各類場景中智能分析算法，同時能夠與云平臺或集控系統的訓練平臺協同實現算法的更新與優化。目前市場上的邊緣智能計算設備往往來源不同，硬件條件、通信能力各異，設備之間很難實現有效的數據交換和協同工作，同時面臨著較大的安全隱患。因此，構建電力行業邊緣智能計算設備標準體系顯得尤為重要。

當前，電力行業在邊緣計算方面已經開展了相關標準體系的制定：2021年5月發布了《邊緣物聯代理技術要求》企業標準，規定了電力物聯網感知層邊緣物聯代理的功能、性能、接口及安全等技術要求。2021年6月發布了《統一邊緣計算框架技術規范》，規范了智慧物聯體系中統一邊緣計算框架的總體架構、功能規范、交互協議、服務接口等內容。2023年11月發布了《電力邊緣智能終端安全操作系統技術要求》，給出了電力邊緣智能終端安全操作系統的基礎功能要求、安全功能要求、可信驗證要求、運行狀態監控要求、可定制能力要求、可靠性要求、兼容性要求等。上述標準主要圍繞邊緣設備的要求或邊緣智能設備的部分要求制定，尚缺乏對通用邊緣智能計算設備的技術要求進行規范。因此，非常有必要制定相關標準以指導電力行業相關應用單位對邊緣智能計算設備的部署、使用和測試等。

本文在系統分析邊緣智能在電力行業的應用場景及邊緣智能計算設備構建的理論基礎上，結合屬性劃分法，提出電力行業邊緣智能計算設備技術要求的標準體系，為電力行業邊緣智能技術發展和相關標準研制提供理論依據。

1 邊緣智能在電力行業的應用

1.1 邊緣智能的定義

邊緣智能作為一種新興的計算范式，指的是在網絡邊緣執行的智能化處理，在技術上融合了邊緣計算的分布式架構和人工智能的數據分析與決策能力。這種處理不僅包括數據的初步篩選與預處理，還涵蓋了使用機器學習、深度學習等技術進行的復雜分析與模式識別。作為邊緣計算與人工智能的交叉融合產物，其概念最早可追溯至物聯網技術的興起。海量數據的生成與處理需求催生了對計算能力的新要求，邊緣智能應運而生[3]。邊緣智能的核心優勢在于其低延遲、高可靠性和對帶寬優化的能力，這些特點使其在多個領域展現出廣泛的應用潛力。

1.2 電力行業邊緣智能應用場景

電力行業邊緣智能指利用部署在無人機地面站、變電站、配電站房或帶電作業機器人、巡檢車、無人機等電力系統邊緣側上的邊緣智能計算設備，對電網運行情況、設備部件狀態、用戶用電數據等進行全面、深入監測，并進行就地處理分析和實時決策。主要的應用場景涵蓋了發電、輸電、變電、配電、用電的各個環節，包括但不限于以下方面。

1.2.1 發電側智能監測與智能調度

邊緣智能在發電側的應用主要集中在提高發電效率、優化設備運維、增強電網的穩定性和安全性等方面。電廠中，設備的運行狀態至關重要，直接關系到發電效率、能源供應的穩定性以及生產成本。基于電廠設備的實時監控，邊緣智能能夠及時分析并預測潛在的設備故障，從而提前安排維護，減少意外停機的風險，并優化發電效率。此外，邊緣智能還支持源網荷儲協同互動，通過實時監控和智能調度，提升能源利用效率和電網的穩定性[4]。

1.2.2 輸、變、配電側智能巡檢與狀態監測

邊緣智能在輸、配、變電側的應用主要集中在提高電網運行效率、提升巡檢質效、增強設備運行狀態感知、異常主動預警和檢修管控能力等方面。輸、配電線路智能巡檢利用無人機搭載的邊緣智能計算設備，通過圖像識別技術檢測線路缺陷和周圍環境變化，降低人工巡檢成本和風險[4]。變電站智能巡視基于智能攝像頭等視頻監控設備，利用智能識別算法自動識別設備異常，提高運維效率[5]。此外，在配電環節，邊緣計算技術可以用于實時采集和分析設備狀態數據，實現故障診斷和狀態估計[4]。

1.2.3 用電側智能用電管理與決策分析

邊緣智能在用電側的應用主要集中于提升能源利用效率、智能化用電管理、增強需求側響應的靈活性和精確性等方面。邊緣智能技術通過實時監控和分析用戶的用電模式，可以優化能源消耗，降低用戶的電費支出；電力市場交易過程中，在邊緣節點利用邊緣智能計算設備進行實時數據采集和分析，快速響應市場變化，為交易決策提供即時數據支持[6]。

2 電力行業邊緣智能計算設備標準化體系構建

2.1 標準體系構建的理論基礎和原則

電力行業中邊緣智能計算設備標準體系的理論基礎涉及系統論、信息論、控制論、可靠性工程、網絡安全、可持續發展等多個方面，技術上涵蓋邊緣計算、智能計算等領域。這些理論基礎為構建一個全面、協調、高效的標準體系提供了堅實的支撐。

（1）系統論：邊緣智能計算設備標準體系的構建首先基于系統理論。邊緣智能計算設備作為電力系統中邊緣側的關鍵組件，在制定標準時需要整體考慮電力系統的需求，以及不同層次設備的功能和特點。標準化不僅涉及單個設備的性能指標，還需要考慮設備之間的協同工作和數據交換的一致性。

（2）信息論和控制論：信息論關注信息的獲取、傳輸、處理和利用，為邊緣智能計算設備的數據處理和通信提供了理論指導。控制論則研究系統的控制和調節機制，為確保邊緣智能計算設備的穩定運行、響應速度以及設備間的調度提供了理論支持。

（3）可靠性工程：可靠性工程關注設備的可靠性、可用性，強調在設計和制造過程中采取措施，提高設備的可靠性，減少故障發生的概率，確保系統的穩定運行。

（4）網絡和數據安全理論：邊緣智能計算設備的標準化需要充分考慮網絡安全的要求，確保數據的保密性、完整性和可用性，包括數據的加密，網絡的安全協議、抗攻擊能力等進行規范。

（5）可持續發展理論：可持續發展理論要求在電力行業發展中考慮經濟、環境和社會三個方面的平衡。邊緣智能計算設備標準體系的構建也需遵循可持續發展的原則，促進資源的合理利用，降低能耗，減少環境污染，支持電力行業的綠色發展。

（6）邊緣計算：一種分布式計算架構，將計算任務從中心節點轉移到網絡邊緣，允許數據在本地處理，增強了數據隱私和安全性。

（7）智能計算：包括多種人工智能算法和技術，通過學習和推理，自動進行決策和優化。

在構建邊緣智能計算設備標準體系時，主要需要遵循以下幾個原則：

（1）通用性原則：標準體系應具有良好的通用性，能夠適應各種類型的邊緣智能計算設備。

（2）兼容性原則：確保新舊設備和系統之間的兼容性，以及不同廠商設備之間的互操作性，避免廠商鎖定和技術孤島。

（3）可擴展性原則：標準體系應具有良好的可擴展性，以適應不斷演進的技術和電力場景需求，支持新技術和新設備的集成。

（4）安全性原則：標準體系需要設定嚴格的安全規則，防止數據泄露、冒名設備等安全問題，保證邊緣智能計算設備的安全運行。

（5）實用性原則：標準體系應具有良好的實用性，能夠滿足電力行業各場景的實際需求，以提升電力系統運行效率。

2.2 電力行業邊緣智能計算設備標準體系要素分析及模型構建

根據《國家標準化發展綱要》與GB/T 13016—2018《標準體系構建原則與要求》指導思想與相關要求，基于屬性劃分法以及2.1節所述理論基礎和原則，在設計標準體系時，從電力行業邊緣智能場景、技術理論、標準化需求等方面進行考慮，提出涵蓋邊緣智能計算設備的基本功能要求、智能要求、安全性要求、兼容性要求、可靠性要求等方面的標準體系框架，如圖1所示。

（1）基本功能要求主要用于明確智能計算設備在電力系統應用中的概念和基本要求，包括硬件性能、設備運行等多個方面。其中設備硬件標準需要對設備滿足的處理器性能要求、存儲容量和類型要求、接口和通信模塊要求等做出規定；運行規格要求包括設備的運行環境要求、供電要求、尺寸要求等。

（2）智能要求旨在解決電力行業邊緣智能場景中智能計算設備應用的關鍵問題，包括模型推理和數據協同等方面，以確保設備能夠提供高效、準確的智能分析和決策支持。其中模型推理要求需要對1.2節所述電力行業邊緣智能應用場景中涉及的智能分析過程進行標準化測試；數據協同要求包括設備數據集成能力、數據共享與交換，以及數據同步機制的要求等。

（3）安全性要求為智能計算設備在電力行業的部署和運營提供一個標準的安全化框架。其中硬件安全要求關注設備硬件的物理防護措施、計算部件的安全可控性等；系統安全要求關注設備的操作系統和基本軟件的安全性，包括身份的可信驗證、安全漏洞的檢查與修復等；應用安全要求主要針對智能計算設備上運行的應用程序、組件及虛擬化技術，包括應用程序的安全編碼實踐、應用程序的權限訪問控制、容器化部署的安全保護及安全隔離等；網絡安全要求關注數據在網絡中的傳輸安全，同時滿足邊緣計算安全技術相關國家標準；密碼安全要求確保智能計算設備使用強大的加密技術保護數據，同時遵循密碼相關國家標準和行業標準。

（4）兼容性要求為電力行業邊緣智能計算設備的廣泛應用提供必要的技術基礎和保障，確保不同制造商的邊緣智能計算設備能夠無縫集成到現有的電力系統中，實現數據和應用的有效交換，同時支持新興技術與現有技術的平滑過渡。其中，軟硬件兼容性需要保證邊緣智能計算設備能夠與其他硬件設備無縫集成，軟件系統或應用程序保持向后兼容性，確保新版本能夠與舊版本協同工作，同時能夠兼容不同的操作系統、數據庫和其他軟件應用；擴展兼容性確保設備可以兼容多種新增功能和模塊，以適應不同的功能擴展需求。

（5）可靠性要求明確設備的耐用性、容錯能力、維護性和恢復力等方面的要求，以增強設備的抗風險能力。其中系統管理維護要求對邊緣智能計算設備的系統管理接口、遠程維護能力、設備的分布式存儲、故障檢測等做出規定；數據管理要求包括設備的數據備份與恢復、數據糾錯、數據壓縮解壓要求等。

3 結 語

本文從構建電力行業邊緣智能計算設備標準體系的必要性出發，全面分析了邊緣智能技術在電力行業中的應用場景和實際需求，通過梳理標準體系構建的理論基礎和原則，提出了一個全面、系統化的標準體系框架，旨在指導電力行業中邊緣智能計算設備的設計、開發、部署和運維。本文的結論如下：

（1）電力行業正面臨由智慧化和數字化帶來的變革，人工智能和邊緣計算技術在其中發揮著關鍵作用。邊緣計算通過在網絡邊緣處理數據，提高了效率和安全性，減少了對主站的依賴。然而，市場上邊緣設備的多樣性和安全隱患凸顯了在電力行業建立邊緣智能計算設備統一標準體系的必要性。已有的標準雖有進展，但還需進一步規范以確保設備間的有效協同和整體系統的安全性。

（2）邊緣智能作為結合邊緣計算與人工智能的技術，在電力行業展現出顯著的應用潛力。應用場景包括發電側的智能監測與調度、輸變配側的智能巡檢與狀態監測，以及用電側的智能用電管理和決策分析等。這些應用通過邊緣智能計算設備在網絡邊緣執行智能化處理，實現了對電網運行、設備狀態和用戶用電數據的全面監測和實時決策。

（3）電力行業邊緣智能計算設備的標準化體系構建基于系統論、信息論、控制論等多學科理論，遵循通用性、兼容性、可擴展性、安全性和實用性原則。該標準體系確保了設備的基本功能、智能處理、安全性、兼容性和可靠性，支持電力系統的高效、穩定和安全運行。通過標準化，可以促進設備間的協同工作，提高數據處理能力，保障網絡安全，推動電力行業的可持續發展和智能化升級。

面對電力行業邊緣智能計算設備的快速發展，未來標準化工作應聚焦于制定更為靈活且前瞻性的標準，以適應技術的快速迭代和行業需求的不斷演變。建議加強跨領域與國際合作，整合各領域專家的先進經驗，確保標準的全球兼容性和引領性。同時，應加強標準實施的監管和評估，確保標準得到有效執行，并根據實施效果進行調整優化，以響應新興技術的發展和市場的實際需求，確保電力行業的可持續發展和智能化升級。

參考文獻

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作者簡介

張希，碩士研究生，工程師，研究方向為電力視覺模型研發及應用、邊云協同等。

陳江琦，碩士研究生，工程師，研究方向為人工智能、邊緣智能計算等。

王博，博士研究生，高級工程師，研究方向為計算機視覺、人工智能平臺運維等。

李麗娜，本科，工程師，研究方向為電力標準化等。

孔慶宇，碩士研究生，工程師，研究方向為電力人工智能應用等。

張國梁，博士研究生，高級工程師，研究方向為電力智能計算、邊緣計算設備等。

周飛，碩士研究生，教授級高級工程師，研究方向為電力人工智能、智能體等。

（責任編輯：袁文靜）