Q∕GDW 12100-2021 电力物联网感知层技术导则

1、ICS 33. 060Q/GDW国家电网有限公司企业标准Q/GDW 121002021电力物联网感知层技术导则2021-05-26 实施Technical guide for perception layer of electric IoT2021-05-26国家电网有限公司 发布Q/GDW 121002021目 次tti Wii1 翻l2 规范性引用文件13术i吾轍5C14鵬i吾25 26 縣綱26. 1 总体结构26. 2 本地通信网络36.3感知层设备46. 4 与平台的关系47雌魏47. 1 ，总体 47. 2业务功能57.3边缘物联代理57.4业务终端67. 5采集控制终端68 錢魏

2、69視魏69. 1 工具与接口69.2集成调试7貓18Q/GDW 121002021为规范电力物联网感知层设备及网络的总体技术要求，指导电力物联网建设，制定本标准。本标准由国家电网有限公司互联网部提出并解释。本标准由国家电网有限公司科技部归口。本标准起草单位：南瑞集团有限公司、许继集团有限公司、平高集团有限公司、中国电力科学研宄 院有限公司、国网信息通信产业集团有限公司、国网辽宁省电力有限公司、全球能源互联网研宄院有限 公司、国网经济技术研宄院有限公司、国网冀北电力有限公司、国网浙江省电力有限公司、国网重庆市 电力公司、国网山西省电力公司。本标准主要起草人：曾楠、梅德冬、侯宇、吕顺利、田小锋、

3、雷煜卿、寇新民、张一茗、张海滨、 王伟杰、丁杰、王伟、刘志宏、卜宪德、高强、王玉东、江璟、刘世栋、霍超、缪文贵、许大卫、张明 皓、李新军、彭志强、程显明、尚芳剑、李广翱、程大伟、董知周、杨迁、钟加勇、巫健。本标准首次发布。本标准在执行过程中的意见或建议反馈至国家电网有限公司科技部。#Q/GDW 121002021电力物联网感知层技术导则1范围本标准规定了电力物联网感知层总体技术要求、体系结构，以及感知层终端和本地通信网络的功能、 安全及调试导则。本标准适用于对国家电网有限公司各单位电力物联网感知层的规划、设计、建设的指导，感知层各 组成部分的详细设计需参考相应细化标准。2规范性引用文件下列文件

4、对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。 凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T 20272-2019信息安全技术操作系统安全技术要求Q/GDW 12098 电力物联网术语Q/GDW 12108电力物联网全场景安全技术要求Q/GDW 12109电力物联网感知层设备接入安全技术规范3术语和定义Q/GDW 12098界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1传感器sensor能感受规定的被测量并根据一定的规律（数学函数法则）转换成可用信号的器件或装置，通常由敏 感元件和转换元件组成。具有与外部通信能力的传感器是一种采

5、集控制终端。3. 2业务终端 serv i ce term i na I侧重于处理业务功能的专用装置，不具备与主站通信能力，可通过通信接收采集控制终端的数据， 并根据需要就地控制采集控制终端，与边缘物联代理通信，将经业务逻辑处理后的数据上送边缘物联代 理，并接收上层的控制命令，可实现局部的业务自治功能。3. 3感矢口层终端 percept i on I ayer termi na I用于物体或物品标识、具有信息存储机制的、能接收读写器30kHz3GHz频率的电磁场调制信号 并返回响应信号的数据载体。3. 4射频电子标签 radio frequency IabeI用于物体或物品标识、具有信息存储

6、机制的、能接收读写器30kHz3GHz频率的电磁场调制信号 并返回响应信号的数据载体。3. 5物模型 mode I of th i ngs一种对物联网感知层设备信息进行描述的数据模型，通过对设备中的应用和数据进行建模管理，并 对相关性进行描述，以实现不同应用程序对数据进行有效的重用、变更和分享。4缩略语下列缩略语适用于本文件。APP：应用程序(Application)GPS：全球定位系统(Global Positioning System)HPLC：高速电力线通信(High-speed Power L ine Communication)JSON： JS对象表示法(JavaScript Obj

7、ect Notation)LoRa：远距离无线电(Long Range Radio)MEMS：微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System)NTP：网络时间协议(Network Time Protocol)PLC：电力线通信(Power Line Communication)WiFi：无线局域网(Wireless Fidelity)XML：可扩展标记语言(Extensible Markup Language)5总则感知层应以高度可靠的设备为基础，其基本技术原则如下：a) 感知层终端设备具有信息数字化、功能集成化、结构紧凑化、状态可视化等主要技术特征，符 合易扩展、

8、易升级、易改造、易维护的工业化应用要求；b) 感知层终端宜建立包含电网运行数据、设备状态、网络连接拓扑、通信状态及运行环境等各类 数据的标准化信息模型，满足基础数据的完整性及一致性的要求；c) 感知层宜采用包括二维码、射频电子标签、网络MAC地址标识等在内的设备资产“实物”标识 技术，建立起感知对象和终端设备的物联标识体系，提升电网资产全寿命周期管理水平。6体系结构 6.1总体结构电力物联网由感知层、网络层、平台层和应用层组成，感知层位于信息架构的最底层，通常部署在 靠近监测设备或信息源头，主要功能是实现电力相关对象数据的采集、就地处理以及物联接入，通过网 络层设备，与平台层通信，为平台层提供

9、基础数据，同时接收平台层下发的控制命令以及配置信息等。 感知层的结构如图1所示，根据应用场景的不同，可具有图中三种结构形式：a) 结构感知层功能由采集控制终端、业务终端/汇聚终端、边缘物联代理三种类型终端协作完 成，该结构适用于具有大量监测对象、需要进行实时计算或者有特定专业管理要求的应用场景;b) 结构不设置业务终端，感知层功能由采集控制终端和边缘物联代理两种终端协作完成，适用 于就地业务处理要求不高的应用场景，可以在边缘物联代理中采用边缘计算技术实现就地业务 处理功能；c）结构中感知层只配置边缘物联代理，边缘物联代理中包含了业务处理功能，适用于采集信息 量少、无需复杂就地计算的应用场景。应

10、用层平台层网络层感知层图1电力物联网感知层设备结构6.2本地通信网络通信网络的选择应充分考虑数据传输可靠性、部署维护方便性的要求，针对不同的业务场景，选择 合适组网形式。主要的组网方式如图2所示：a）组网方式为两层星形网络，支持有线、无线混合组网，适用于变电站应用场景，对于部署于 室内环境或者端子箱、汇控柜的采集控制终端、汇聚终端、业务终端，宜采用无线方式组网; 对于部署于室外环境或移动作业的终端，应采用无线组网；b）组网方式为星形+链式两层网络，适用于采集终端较多的输电线路应用场景。在杆塔处部署 汇聚终端，与其周围的采集终端组成星形网络，汇聚节点之间采用链式组网方式，信息通过多 跳的方式，传

11、递到边缘物联代理处；c）组网方式为一层星形网络，适应于配电台区、采集终端较少的输电线路、以及智能家居、智 慧能源等应用场景。两层星形组网星形+链式两层组网一层星形组网o无线传感器O有线传感器D边缘物联代理<0>汇聚终端<有线传输无线传输图2本地通信网络6.3感知层设备电力物联网感知层由边缘物联代理、业务终端、汇聚终端、采集控制终端等设备组成：a）边缘物联代理实现对上数据的代理转发以及区域的边缘计算功能，并负责将采集信息按物模型 要求进行标准化建模。按物理型态可分为三种型式：一是边端分离型（I型），边缘物联代理 是硬件平台化、软件容器化的通用装置，不配置采集感知功能；二是边端融

12、合型（II型），边 缘物联代理以模块或芯片方式集成至采集控制终端，采集控制终端升级为具有边缘计算功能的 智能终端；三是边缘节点型（III型），边缘物联代理以软件型态部署在通用服务器架构，形成 边缘计算节点；b）业务终端侧重于处理就地业务功能，按照业务应用的需求进行配置。可通过通信接收采集控制 终端的数据，并根据需要就地控制采集控制终端，与边缘物联代理通信，将经业务逻辑处理后 的数据上送边缘物联代理，并接收上层的控制命令，可实现局部的业务自治；c）汇聚终端是一类特殊的业务终端，以通信规约的转换、通信数据的汇集转发为主要业务；d）采集控制终端是对设备或客户的状态量、电气量和环境量等进行采集量测的装

13、置，根据需要具 有简单的数据处理、控制和通信功能，一般安装在采集监控对象本体内部或附近。6.4与平台的关系电力物联网感知层通过网络层与平台层通信，具体内容如下：a）边缘物联代理负责与平台层通信，通过与物联管理平台的协同，实现平台对感知层设备连接及 注册的管理，实现终端连接状态的监视，并配合物联管理平台实现连接的安全认证；b）通过边缘物联代理完成对业务终端和采集控制终端的数据采集，将数据进行模型化后发送至平 台层，为平台层提供基础数据；接收平台层下发的控制命令并执行；c）通过边缘物联代理接受平台层对其的参数配置、程序升级及APP管理要求。7功能要求7.1总体要求应采用安全可靠的终端设备，并满足如

14、下要求：a）在满足安全防护的基础上，应支持通过物联管理平台，远程修改参数、远程管理感知层终端； 宜支持远程更新程序及APP，远程召唤校对程序和参数；b）宜支持对设备信息建模，模型信息应覆盖感知对象、采集设备及它们之间的关联；c）宜综合采用各种技术手段，如电气、视频、图像、化学、声学等，实现对感知设备的精准监测；d）宜支持对感知层设备和网络健康状态的评估与诊断；e）宜采用大数据、人工智能等先进技术，在边缘侧实现边缘计算、区域自治；f）宜支持统一对时，包括北斗、GPS授时；可采用网络、NTP、IRIG-B等方式对时，边缘物联代 理应支持通过网络接受物联管理平台对时。7.2业务功能电力物联网感知层应

15、能够支撑（但不限于）如下业务功能：a）对风电、光伏、水电等电源侧主辅设备运行状态、气象环境等进行全面感知，支撑运行状态智 能预警、故障定位、设备评价以及发电功率预测等功能；b）对输电线路状态及通道环境进行全面感知，支撑线路动态增容、故障智能诊断分析、自然灾害 的预警与决策、自主巡检等功能；c）对变电站主辅设备、运行及作业环境进行全面感知，支撑主辅设备的智能联动、智能巡检、设 备缺陷和故障智能分析与决策、人员作业行为智能管控等功能；d）对配电台区供电设备状态进行全面感知，支撑设备状态趋势分析、台区低压拓扑自动识别、电 能质量分析与治理、停电信息主动上报与诊断、台区异常报警与分析、台区线损分析与治

16、理、 人员作业行为智能管控等功能；e）对家庭、社区、楼宇、工业园区、电动汽车充电桩等多种用能场景的全面感知，实现智慧用能， 提升能源利用效率。7.3边缘物联代理边缘物联代理实现特定区域范围内感知层采集信息的汇集与上送，应满足如下要求：a）应支持采用统一物模型描述感知信息、感知对象以及对象之间拓扑关系，物模型格式宜采用 XML或JS0N,包含静态信息、动态信息、消息和服务等边缘物联代理的能力描述；b）与物联管理平台通信宜采用统一物联规约，且应同时具备与传统业务主站进行通信的能力，支 持透传模式，兼容现有业务的密钥体系。支持采用光纤、4G/5G或无线专网等通信方式与物联 管理平台通信；c）应采用高

17、可靠、能够长期无故障运行的软硬件模块，具备状态自诊断功能，提高系统可靠性；d）应具备边缘计算能力，采用成熟可靠的边缘计算架构，实现计算、存储、通信等硬件资源的虚 拟化；应支持基于容器的APP开发，支持APP下载与运行；e）应具备多业务能力，多种业务功能同时处理，相互独立，一种业务功能的故障不会影响其他业 务功能，支持业务优先级管理；f）应支持物联管理平台对边缘物联代理的设备管理，包括：设备注册、设备升级消息通知、远程 系统配置、设备控制、设备监视、设备状态评估等功能。宜具备对所接入业务终端、采集控制 终端等设备的管理，包括设备接入配置、健康状态监视、版本管理、程序升级、安全策略更新 等；g）对

18、于I、II型边缘物联代理应采用接口层安全加固的嵌入式操作系统，可采用软件加固模块或 硬件加固模块，并做到版本可控，在线升级；对于III型边缘物联代理，应采用符合GBA 20272-2019要求的安全操作系统，并满足国网公司等保要求。操作系统应能支撑上层应用APP 的独立开发及运行，并提供统一标准的外部及内部资源调用接口，以实现上层应用与底层硬件 解稱；h）支持以太网、RS485、HPLC/PLC、4G/5G、无线专网、微功率无线等多种通信方式，适应多种类 型终端设备接入；i）根据应用场景的大小，应具备模块化扩展能力，对于综合能源和新业务的应用，可选配资源简 易型的边缘设备。7.4业务终端业务终

19、端侧重于就地业务处理，按照业务应用的需求进行配置，并满足如下要求：a）宜支持信息建模，模型应覆盖通信传输实时数据、设备静态配置数据以及设备固有参数；b）宜支持通过边缘物联代理进行参数配置、并具备参数存储与校核功能；c）宜采用模块化设计，根据现场要求配置软硬件模块，减轻维护工作量；d）应具备多种规约处理能力，与边缘物联代理通信宜支持DL/T 860、DL/T 634. 510K DL/T 634.5104、DL/T 645、Modbus等协议，与采集控制终端通信宜支持GB/T 35697-2017、DL/T698-2017、Q/GDW 1376. K Modbus、输变电设备物联网微功率无线网通

20、信协议和节点设备无线 组网协议等协议。7. 5米集控制终端采集控制终端应具备体积小、功耗低、安装灵活方便的特点，并满足如下要求：a）对于实时监测类业务，采集控制终端宜靠近业务对象就地安装，须满足环境适应性要求；对于 室外部署的采集控制终端，宜选用无线通信方式，对于室内部署的采集控制终端，宜采用有线 通信方式，对于安置在密闭电器设备内部、电磁环境复杂的采集控制终端，应使用有线通信方 式；b）对于巡视、操作类业务，宜采用移动式采集控制终端，包括手持作业终端、巡检机器人、无人 机等。移动式采集控制终端宜支持通过设备“实物” ID关联设备基本信息，实现操作辅助信 息的获取或巡视数据的填报；c）宜采用集

21、成化技术降低安装和供电要求，优先采用MEMS传感器。无线方式的采集控制终端宜 采用低功耗或微功耗电子部件，选用电池、感应取能或太阳能等供电方式，具备电源管理功能；d）采集控制终端应能够支持多种通信方式，包括但不限于以太网、RS485、HPLC/PLC、WiFi、蓝 牙、LoRa、微功率无线等方式。8安全要求感知层安全要求包括本地通信网络的安全和终端安全，总体要求如下：a）原则上禁止归属不同安全大区的感知层设备直接通信，确有直接通信需求的，应采取等同于大 区间隔离强度的技术措施；b）管理信息大区的本地通信应采用抗干扰性强的通信协议。应用层可按需采用密码技术，实现通 信数据加密传输，防范通信数据被

22、窃听或篡改；c）互联网大区侧的本地通信不做强制性要求；d）边缘物联代理和业务终端应按照等保要求实现物理安全防护；并支持通过数字证书和密钥管 理、远程安全升级与版本安全更新等手段保障本体安全；e）涉及感知层各设备及典型场景的具体安全要求应遵循Q/GDW 12108和Q/GDW 12109的规定。9调试要求9. 1工具与接口感知层设备集成商应提供面向功能的调试工具，满足调试简便方便、分析准确、结果清晰的要求， 具体要求如下：a）应具备配置功能，能够在调试过程中调整终端配置，应具有友好的人机界面，宜采用可视化或 图形化方式，降低使用难度；b）宜具备业务功能调试、通信调试、软硬件系统调试等功能，宜支持

23、自动化的方式，实现多个测 试项的一键式、批量化调试验收；c）宜支持对终端设备的模拟仿真，在现场条件不具备实体终端时，采用软件模拟终端配合调试验 收；d）宜能自动生成调试验收记录；e）终端设备宜设置专用调试接口，满足运行安全要求；调试工具与终端设备的通信应满足通信安 全要求；f）宜具备支撑物联管理平台对感知层接口调试的功能，支持通信调试，信息对点等调试任务。 9.2集成调试设备调试工作应尽可能在厂内完成，对于有条件的设备，宜采用先进免调试技术，减少现场工作量， 提高安装调试效率。11电力物联网感知层技术导则目 次1綱龍102编制主要原则103与其他标准文件的关系104主要工作过程105 标准结构和内容106 紋刪111编制背景本标准依据国家电网有限公司关于下达2019年第二批技术标准制修订计划的通知（国家电网科 2019） 807号文）的要求编写。本标准编制背景是作为电力物联网的数据来源和基础设施的感知层，涉及国家电网有限公司发、输、 变、配、用等多专业，设备数量庞大，管理要求差