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1、Q/CSG中国南方电网有限责任公司企业标准Q/CSG 1XXXXXX.1-20222022-XX-XX发布2022-XX-XX 实施生产运行支持系统（变电）总体架构技术规范（征求意见稿）中国南方电网有限责任公司 发 布Q/CSG 1XXXXXX.1-2021目 次前 言III1 范围42 规范性引用文件43 术语和定义44 总体技术原则55 总体架构66 数据架构77 应用架构98 关键技术109 安全架构11前 言本规范依据国家和行业有关标准、规程和规范，全面规范南方电网公司生产运行支持系统(变电)总体架构要求，指导生产运行支持系统(变电)建设。本规范中定义的相关术语各标准规范可直接使用或引
2、用。请注意本规范的某些内容可能涉及专利，本规范的发布机构不承担识别专利的责任。本规范由中国南方电网有限责任公司标准化部提出、归口管理。本规范主编单位：南方电网数字电网研究院有限公司、华为技术有限公司、北京四方继保工程技术有限公司、广东电网有限责任公司本规范主要起草人：本规范为首次发布。本规范由中国南方电网有限责任公司生技部负责解释（专业归口部门）。本规范在执行过程中的意见或建议反馈至中国南方电网有限责任公司标准化部（广东省广州市黄埔区科翔路11号南网科研基地，510663）15生产运行支持系统（变电）总体架构技术规范1 范围本规范规定了南方电网公司生产运行支持系统(变电)总体架构，包括总体架构
3、、数据架构、应用架构、关键技术、安全架构等内容。本规范适用于南方电网公司生产运行支持系统（变电）的规划、设计、建设、验收及应用。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本规范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。GB/T 22239 信息安全技术网络安全等级保护基本要求GB/T 33474 物联网参考体系结构DL/T 1498 变电设备在线监测装置技术规范DL/T 1610 变电站机器人巡检系统通用技术条件Q/CSG 1210053 南方电网电力全域物联网总体架构技术规范（试
4、行）Q/CSG 1203063 变电站视频及环境监控系统技术规范Q/CSG 1204005.67.4 南方电网一体化电网运行智能系统技术规范第6-7.4部分：厂站应用 厂站装置功能及接口规范(一体化在线监测装置)Q/CSG 1204009 中国南方电网电力监控系统安全技术规范国家发改委第14号令 电力监控系统安全规定国能安全201536号 电力监控系统安全总体方案等安全方案和评估规范3 术语和定义物联网 internet of things（IoT）通过部署具有一定感知、计算、执行和通信等能力的各种设备，获得物理世界的信息或对物理世界的物体进行控制，通过网络实现信息的传输、协同和处理，全面实现
5、人与物通信、物与物通信的网络。物联网平台IoT platform实现物与物、物与人的敏捷连接和智能管理的物联网联接管理平台，为上层应用提供不同的数据服务，解决不同设备通信协议的数据交互，实现各类数据融合。物联网网关 smart gateway物联网网关是支撑感知控制系统与其他系统互联，并实现感知控制域本地管理的实体。物联网网关可提供协议转换、地址映射、数据处理、信息融合、安全认证、设备管理等功能。从设备定义的角度,物联网网关可以是独立工作的设备,也可以与其他感知控制设备集成为一个功能设备。GB/T 334742016，实体描述7.2容器 container容器是应用服务器中位于组件和平台之间的
6、接口集合，可在操作系统层级为进程提供虚拟的执行环境，一个虚拟执行环境为一个容器。智能远动机 Smart Gateway智能远动模块的物理载体，可集成厂站端数据中心、监视中心、控制中心等基本或全部功能。设备智能监测单元 Equipment monitor unit （EMU）部署在变电站安全区的一种融合路由、交换、容器等技术，具备数据接入、规约转换、数据上送等功能，拥有智能终端数据快速接入、云边协同、远程运维、简单易用等特性的软硬件一体化设备。智能辅助控制单元 Intelligent auxiliary control unit（ACT） 部署在变电站安全区的一种融合路由、交换、容器等技术，具备
7、数据接入、规约转换、指令下达控制及数据上送等功能，拥有智能终端数据快速接入、云边协同、远程运维、简单易用等特性的软硬件一体化设备。生产分析处理主机 Production analysis & processing machine（PAPM）部署在巡维中心安全区、安全区的一种融合路由、交换、边缘计算、容器等技术，具备数据接入、汇集、跨区传输、临时存储、人工智能、指令下达及数据上送等功能，拥有云边协同、远程运维、智能巡视、智能安全等特性的软硬件一体化设备。智能传感终端 Smart Sensor Terminal包含变电站测控、保护、安控、录波器、在线监测、电能质量监测、数字化表计、辅助设备（火灾消
8、防、安全防卫、动环系统）、摄像头、机器人、无人机等。下列缩略语适用于本文件。API：应用程序编程接口（Application Programming Interface）HTTP: 超文本传输协议（HyperText Transfer Protocol）MQTT：消息队列遥测传输（Message Queuing Telemetry Transport）REST：一种软件架构风格（Representational State Transfer)RESTful：表征状态转移的API（Representational State Transfer Application）ONVIF：开放型网络视频接
9、口（Open Network Video Interface Forum）RTSP：实时流传输协议（Real Time Streaming Protocol）4 总体技术原则生产运行支持系统(变电)是实现变电设备设施全面监测、状态评价，支持智能巡检、作业、操作等变电数字业务的支撑系统，其总体上应按照“云边协同、标准化、模块化、智能化”的原则设计建设。a) 云边协同：系统建设充分发挥云边协同优势，形成以生产运行支持系统（变电）云侧管理，变电站设备智能监测单元、智能辅助控制单元和巡维中心生产分析处理主机接入及数据处理的模式，在近点边缘层完成对数据的过滤、筛选、分析和处理。b) 标准化：系统建设采用
10、标准化的通讯接口协议，满足不同厂家设备的快速标准化接入以及各系统、平台间互联互通。c) 模块化：系统建设满足各系统功能模块化建设和“即插即用”的要求，系统功能模块可根据各变电站实际情况，选择功能模块的建设。d) 智能化：运用“云大物移智”技术，实现变电设备设施全面监测、状态评价，支持智能巡检、作业、操作等变电数字业务的支撑系统。5 总体架构图 1 生产运行支持系统（变电）总体架构图生产运行支持系统（变电）总体架构如图1所示。生产运行支持系统（变电）架构分为云侧-边侧（巡维中心/变电站）两级建设：1）变电站：安全区部署设备智能监测单元，接收I区新增智能远动机采集的测控、保护、安控等实时数据，并实
11、现区生产实时数据的采集，经过协议转换通过物联接入组件实现与巡维中心及物联网平台的数据协同，通过云边协同组件实现与物联网平台的应用协同和运维协同，在安全区部署应用主机接入站控层网络，支持区智能传感终端数据查看、终端调试等功能。安全区部署智能辅助控制单元，实现摄像头、机器人、安防、动环、消防等数据采集，经过协议转换通过物联接入组件实现与巡维中心生产分析处理主机及物联网平台的数据协同，通过云边协同组件实现与物联网平台的应用协同和运维协同，在变电站安全区部署应用主机接入站控层网络，支持区智能传感终端数据查看、终端调试等功能。2）巡维中心：在巡维中心部署生产运行处理主机，在安全区部署边缘数据汇聚终端，收
12、集多个变电站的区数据，并通过正向物理隔离装置单向转发到安全区；生产运行处理主机部署基础软硬件平台，支撑I、区的数据处理和业务应用。基础软硬件平台应为变电站生产运行应用提供容器资源服务、图形处理服务、AI计算服务等一系列基础设施服务。巡维中心生产运行处理主机安全区包含公共组件和业务应用。公共组件包括云边协同组件、数据库、运维控制台、应用商店客户端、视频管理等；业务应用包含有智能巡视、智能监视、操作辅助、数据汇聚等应用，支撑变电站数字化业务。3) 云侧：在安全区建设生产运行支持系统（变电），包含边侧智能运维模块和变电驾驶舱模块、智能分析模块等：边侧智能运维模块：由变电应用商店和边缘统一运维应用组成
13、。变电应用商店对边侧需要的模型/算法/协议/应用进行上架/发布、服务编排、远程部署下发的端到端管理，实现云边应用协同和智能协同；边缘统一运维应用对变电站设备智能监测单元、智能辅助控制单元和巡维中心生产分析处理主机进行统一运维管理，实现运维协同。变电驾驶舱模块：包含全景感知、风险预警、三维空间分析等功能；智能分析模块：实现对开关特性分析、谐波分析和设备状态评价等智能分析应用的支持;生产运行支持系统（变电）从数据中心获取物联平台及调度运行平台采集的实时数据，从人工智能平台的算法仓库获取AI算法；从设备中心获取台账和图模服务，进行空间分析展示；通过物联网平台实现对边缘设备的标准化接入和纳管、数据采集
14、、设备控制。6 数据架构6.1 模型要求变电设备智能监测单元、智能辅助控制单元及智能传感终端等设备应符合设备中心电网资产模型管理要求及物联网平台物模型管理要求。资产模型是指用实体、属性及其关系对电网资产管理及运行过程中设计的业务概念和逻辑规则进行统一定义、命名和编码。资产模型在类别上应包含概念数据模型、逻辑数据模型、物理数据模型，在内容上应包含设备基本台账信息、设备拓扑关系信息、设备周边地理环境信息及设备本体三维模型信息。资产模型设备基本台账信息应遵从南方电网公司现行设备台账规范，在局部可进行进一步扩展，并统一固化管理至设备中心，由设备中心提供统一编辑维护和查询服务及组件。资产模型设备拓扑关系
15、信息应遵从南方电网公司电网GIS平台空间信息规范，在个性化应用可基于CIM模型进一步扩展，并统一固化管理至设备中心，由设备中心提供统一编辑维护和拓扑分析服务及组件。资产模型设备周边地理环境信息应遵从南方电网公司电网GIS平台地理空间信息规范，并在此基础上进一步扩展。资产模型设备本体三维模型信息按模型构建复杂程度可分为零件级、部件级、设备级，可按照需求开展三维模型构建及管理。变电设备智能监测单元、智能辅助控制单元及智能传感终端等物模型应按照南方电网输变配典型物联网终端设备信息模型规范的要求和方法进行统一建模及管理。6.2 数据接入规划6.2.1 云侧系统数据接入规划云侧主要与云侧数字业务平台和数
16、字技术平台进行对接，接入管理业务数据和实时运行数据； 电网管理平台提供给生产运行支持系统（变电）的信息主要有缺陷、生产计划、工作票、操作票等业务管理数据；设备中心提供给生产运行支持系统（变电）的设备台账信息、二三维地理模型数据、电网拓扑；物联网平台提供给生产运行支持系统（变电）的数据主要有变电站实时生产数据和视频等数据；人工智能平台提供给生产运行支持系统（变电）的信息主要有算法模型数据；调度运行平台提供给生产运行支持系统（变电）的信息主要有电网一次设备模型、遥测/遥信、遥控/遥调操作信息、调度指令、控制策略等信息；数据中心提供给生产运行支持系统（变电）从物联网平台及调度运行平台采集的实时数据、
17、海量数据分析结果。6.2.2 厂站侧数据接入规划数据采集实现对变电站内测控、保护、安控、录波器、在线监测、电能质量监测、数字化表计、数字一次设备、辅助设备（火灾消防、安全防卫、动环系统）、摄像头、机器人、无人机以及智能远动机、交换机、时间同步装置等各设备数据的综合采集与处理。数据采集范围包括电网运行信息、设备运行信息、网络链路运行状态信息、对时状态信息、巡视数据信息、运行环境信息等。a) 在变电站安全I区增设智能远动机，与安全区设备智能监测单元通过防火墙连接，采集安全I区电网运行等实时运行数据并转发给安全区设备智能监测单元；b) 在变电站安全区，安装设备智能监测单元，实现对变电站内安全I区和安
18、全区实时数据的采集，分别转发给物联网平台和巡维中心的数据汇聚终端；c) 在变电站安全区，安装智能辅助控制单元，实现对变电站内安全区辅助设备、摄像头、机器人、无人机等设备数据的采集，分别转发给物联网平台和巡维中心生产运行处理主机的数据汇聚应用；d) 巡维中心安全区建设数据汇聚终端，实现对接入巡维中心各变电站的安全I、区实时数据的汇集；e) 巡维中心生产运行处理主机通过安全区数据汇聚应用采集各变电站安全区的巡视数据、运行环境和设备运行数据。6.3 数据交互6.3.1 云侧系统数据交互云侧数据交互主要考虑与电网管理平台、设备中心、物联网平台、数据中心、人工智能平台和调度运行平台。数据交互类型分为两类
19、，第一类是业务管理数据、实时运行数据、电网拓扑结构、电网资源模型等结构化数据，第二类是图像、视频、文件等非结构化数据。数据交互方式主要包括消息队列、Restful API、E格式文件、RTSP等。其交互关系如下图所示：与各系统平台的数据交互应遵循南方电网生产运行支持系统（变电）云侧架构技术规范。6.3.2 厂站侧数据交互变电站安全区设备智能监测单元通过安全区生产运行专用智能远动机与安全区设备交互电网稳态运行信息、安控信息、保护信息等数据，以及设备运行信息、网络链路状态信息、对时状态信息等数据；与安全区设备交互录波信息、电能质量信息、一次设备在线监测信息、数字化表计量测信息、设备运行状态信息等数
20、据。变电站安全区设备智能监测单元与巡维中心生产分析处理主机安全区数据汇聚终端及物联网平台交互实时采集数据，与物联网平台交互指令、参数、运维数据。变电站安全区边缘智能终端直接从安全区采集消防、动环、安全防卫信息，设备运行状态信息、巡视信息等数据以及摄像头、无人机、机器人的流媒体数据，并与安全区设备交互操作指令。变电站安全区智能辅助控制单元与巡维中心生产分析处理主机及物联网平台交互实时采集数据及指令、参数、运维数据。巡维中心安全区数据汇聚终端汇聚变电站安全区边缘智能终端实时采集数据，向巡维中心生产分析处理主机转发实时采集数据，与物联网平台交互指令、应用、参数、算法、运维数据。巡维中心生产分析处理主
21、机从巡维中心数据汇聚终端获取安全区实时采集数据，从变电站安全区智能辅助控制单元汇聚安全区实时采集数据，与物联网平台交互指令、应用、参数、算法、运维数据。数据交互应遵循南方电网生产运行支持系统（变电）厂站侧架构（巡维中心）技术规范。6.3.3 云边纵向数据交互云边纵向数据交互主要通过物联网平台，实现云侧生产运行支持系统（变电）与变电设备智能监测单元、智能辅助控制单元及巡维中心生产分析处理主机云边协同，协同信息包括指令、应用、参数、算法、运维数据、实时采集数据等。图 2 云边纵向数据交互7 应用架构7.1 云侧系统应用架构7.1.1 边侧统一运维边侧统一运维应用由云侧和厂站侧两级构成；云侧由生产运
22、行支持系统（变电）内的边缘统一运维应用和物联网平台协同提供，包含综合运维管理和站点资源管理；通过物联网平台提供云侧和厂站侧间的运维协同能力，实现对变电站设备智能监测单元、智能辅助控制单元以及巡维中心生产分析处理主机统一运维。变电站设备智能监测单元、智能辅助控制单元以及巡维中心生产分析处理主机应提供系统、容器等状态监控、状态自检、告警、日志等能力，并接入物联网平台智能运维组件支撑云侧统一运维应用。7.1.2 变电应用商店变电应用商店部署在南网云上，具备应用打包、应用运维和应用交易功能，应用打包模块可按需将应用封装为容器类应用。应用运维模块实现应用运行状态的监控，也可以反映应用的健康状况和业务价值
23、。应用交易模块实现应用的统一运营管理，实现对边侧应用、算法、模型、协议等快速部署、灵活替换升级。7.1.3 智能分析对主设备历史负荷、温度曲线、油色谱及试验等数据进行多维度分析，对同一设备在相似运行工况下不同时间的监测数据进行对比，动态掌握设备运行状态变化趋势，提前发现设备潜在隐患，提升设备故障分析和故障预警能力，保障电网安全可靠运行。7.1.4 变电驾驶舱集中展示全网/省公司/地市局所辖变电站的全量设备、作业、事故及异常告警，主要功能包括设备全景感知、风险隐患预警和现场作业安全管控等内容。7.2 厂站侧应用架构7.2.1 智能巡视通过覆盖全站的搭载不同载体的智能传感终端，应用人工智能技术，实
24、现巡视计划获取、任务分解下发、数据采集分析、巡视结果报送的全业务链闭环管控，最终达到现场无人化的智能巡视目标。7.2.2 操作辅助实现变电站内设备的远方操作，主要功能包括一次主设备远方操作视觉辅助确认功能、辅助设备操作与控制功能、主辅设备间智能联动策略配置功能。7.2.3 智能安全将各类智能技术覆盖至站内工作的整个流程和区域，实现风险管控一线贯穿的目标。主要功能包括作业人员安全资质全局管控、作业人员进出站智能管控、作业违章行为智能识别和作业人员误入间隔告警等。7.2.4 变电驾驶舱集中展示巡维中心所辖变电站的全量设备、作业、事故及异常告警，运行值班人员可根据不同告警等级展示对应告警情况，结合视
25、频监控、智能联动策略对各类事故、异常情况进行快速处置，充分发挥生产数据价值，强化变电数据综合分析大脑。通过变电站二维、三维图形、模型计算分析技术，实现变电站一次接线图的站内外拼接融合，从而形成贯穿主网、配网的拓扑网络，支撑后续各类开关置位分析，以及监控应用。8 关键技术1.1. 云边协同云边协同包括数据协同、应用协同、智能协同、运维协同四大能力，保障云侧和厂站侧的数据一致性、管理一致性、服务一致性。a) 数据协同：是指通过统一的物模型、API服务、数据服务、消息服务实现云侧的业务管理数据与厂站侧的实时生产监测数据的实时同步，确保云上下数据一致，应用体验一致。b) 应用协同：是指云侧可统一管理厂
26、站侧应用，并具备厂站侧应用的远程部署、远程升级、远程监控的能力。云侧应用商店为服务端，支撑应用试、上架、发布、订阅、部署、运维的全生命周期管理。厂站侧应用商店为客户端，统一云下运行框架，可与云上应用商店协同互动。c) 智能协同：是指云侧具备人工智能算法统一训练、下发、部署及远程升级的能力，厂站侧具备算法接收、运行推理的能力。云侧训练后的人工智能算法可在线推送到厂站侧巡维中心生产处理主机进行推理，厂站侧产生的生产样本数据可回传到云侧。d) 运维协同：是指云侧生产运行支持系统（变电）具备统一运维和监控变电站设备智能监测单元、智能辅助控制单元及巡维中心生产分析处理主机的能力，厂站侧设备变电站设备智能
27、监测单元、智能辅助控制单元及巡维中心生产分析处理主机、智能传感终端等应具备自检、告警及日志服务能力。1.2. 统一物模型按照南方电网输变配典型物联网终端设备信息模型规范要求，终端设备信息模型主要应用于数据中心、物联网平台、变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元三层架构中，如图3所示，支撑电力物联网中输变配用等各类业务终端数据信息在数据中心、物联网平台、变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元之间的交互应用。图 3 物联网终端设备信息模型架构a) 变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元：对采集的终端数据进行解析，基于物联网终端设备信息模型对采集数据进行过滤、校验和标准化处置，支撑边缘数据融合
28、并上传物联网平台。b) 物联网平台：物联网平台提供物联网终端设备信息模型的定义和管理，提供模型标准管理和版本监控功能，对变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元使用的模型进行分发管理。c) 数据中心：从物联网平台获得模型数据，根据模型定义进行终端数据信息的审核、校验及应用分析。9 安全架构物联网网络安全按照南方南方电网公司全域物联网网络安全总体方案（2021版）和中国南方电网电力监控系统安全技术规范（2015版）执行。全域物联网安全总体策略在满足传统电力监控系统安全十六字原则的基础上，基于认证和授权构造访问控制的信任基础，形成以身份为中心的动态访问控制策略。图4 给出了全域物联网安全的总体要求
29、。其中，物联网平台应具备设备（身份）管理、连接（阻断）管理等安全功能，并通过部署安全组件构建平台可信环境、采集必要的安全日志信息等。安全接入区部署在物联网平台与数据网络之间，根据具体分区及业务属性进行选择部署。数据网络根据业务属性与通信条件的不同，分为电力通信网络与运营商网络两种情形。感知层变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元应安装安全芯片，支持身份鉴别，并可与物联网平台设备管理模块构建双向身份认证。感知层变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元应安装安全组件，支持采集设备安全日志和流量等安全信息并传送至安全管理中心进行持续监测，并支持变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元设备本体可信环境构建。物联网平台的安全管理中心对全域物联网系统实施从感知终端到平台的持续监测和信任评估，下发安全控制策略至物联网平台，并由物联网平台的身份管理、连接管理等功能进行访问控制及阻断。图 4 全域物联网安全总体要求全域物联网变电领域涉及变电站站内设备状态监测、环境监测、视频监控、智能巡检等业务应用。其中，变电站设备状态监测业务部署于安全区，通过调度数据网承载；变电站环境监测、视频监控和智能巡检业务部署于安全区，通过综合数据网承载。感知终端设备通过变电站设备智能监测单元及智能辅助控制单元将其采集的感知数据分别接入区和区物联网平台，实现对变电站设备的电气、机械、运行状态的实时监测、诊断和辅助决策。