《電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)設計規(guī)范》

ICS國際標準分類號

CCS中國標準文獻分類號

團體標準

T/CESXXX-XXXX

電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)

設計規(guī)范

Designspecificationofpoweraisystemswithintegratedcapabilitiesofsensing,

datastorage,andprocessing

（征求意見稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實施

中國電工技術學會發(fā)布

T/CESXXX—XXXX

電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)技術規(guī)范

1范圍

本文件規(guī)定了面向輸電、變電、配電等電力領域的人工智能感存算一體化系統(tǒng)的總體架構、功能

性要求及非功能要求。

本文件適用于電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)的設計、開發(fā)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文

件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。

GB/T1.1-2020標準化工作導則第1部分：基本術語

GB/T5271.1-2000信息技術詞匯第1部分：基本術語

GB/T5271.28-2001信息技術詞匯第28部分：人工智能基本概念與專家系統(tǒng)

GB/T5271.34-2006信息技術詞匯第34部分：人工智能神經網絡

GB/T35295-2017信息技術大數據術語

GB/T36572-2018電力監(jiān)控系統(tǒng)網絡安全防護導則

T/CES128-2022電力人工智能平臺總體架構及技術要求

3術語和定義

下列術語和定義適用于本文件。

3.1

電力感存算一體化系統(tǒng)powersystemswithintegratedcapabilitiesofsensing,datastorage,and

processing

集感知、存儲、處理功能于一體（感存算一體化）架構下，高效且實時地采集和處理電力信息的

交互式系統(tǒng)，具備接入管理、數據處理、網絡通信、AI、存儲能力。

3.2

人工智能ArtificialIntelligence

一門交叉學科，通常視為計算機科學的分支，研究表現(xiàn)出與人類智能（如推理和學習）相關的各

種功能的模型和系統(tǒng)。

[來源GB/T5271.28-2001,定義28.01.01]

3.3

AI加速器ArtificialIntelligenceaccelerator

一類專門用于人工智能硬件加速的微處理器或計算系統(tǒng)，通常由專用AI芯片制成，在通用或特定

人工智能領域上較通用GPU可達到或發(fā)揮更好的性能優(yōu)勢。

3.4

接口Interface

兩個功能單元共享的邊界，它由各種特征（如功能、物理互聯(lián)、信號交互等）來定義。

[來源GB/T5271.1-2000,定義01.01.38]

3.5

訓練training

教會神經網絡在輸入值的樣本和正確輸出值之間做出結合的步驟。

[來源：GB/T5271.34-2006,34.03.18]

3.6

推理inference

從已知前提導出結論的推理方法。

注1：在人工智能領域，前提是事實或者規(guī)則。

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注2：術語“推理”既指過程也指結果。

[來源：GB/T5271.28-2001,28.03.01]

3.7

結構化數據structureddata

一種數據表示形式，按此種形式，由數據元素匯總而成的每個記錄的結構都是一致的并且可以使

用關系模型予以有效描述從已知前提導出結論的推理方法。

[來源：GB/T35295-2017,02.02.13]

3.8

非結構化數據unstructureddata

不具有預定義模型或未以預定義方式組織的數據。

[來源：GB/T35295-2017,02.01.25]

4符號、代號和縮略語

下列符號、代號和縮略語適用于本文件。

AI：人工智能（ArtificialIntelligence）

CPU：中央處理器（CentralProcessingUnit）

GPU：圖形處理器（GraphicProcessingUnit）

FPGA：場域可編程邏輯門陣列（FieldProgrammableGateArray）

TPU：張量處理器（TensorProcessingUnit）

NPU：神經網絡處理器（Neural-networkProcessingUnit）

LoRa：遠距離無線電（LongRangeRadio）

NFC：近距離無線通訊技術（NearFieldCommunication）

RFID:無線射頻識別（RadioFrequencyIdentification）

NSA:非獨立組網（Non-standalone）

SA:獨立組網（Standalone）

TSN：時間敏感網絡（TimeSensitiveNetwork）

SDN：軟件定義網絡（SoftwareDefinedNetwork）

MQTT：消息隊列遙測傳輸（MessageQueuingTelemetryTransport）

COAP：受限制的應用協(xié)議（ConstrainedApplicationProtocal）

CMOS：互補金屬氧化物半導體（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）

5系統(tǒng)框架

5.1概述

電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)是包括業(yè)務域、數據服務域、算法引擎域、基礎域等核心邏輯

域，其基本框架見圖1，實際電力應用中，感存算一體化系統(tǒng)不需要同時具體框架中的全部功能，應

支持存算一體技術，可以通過配置或部署支撐相應的算法和業(yè)務模型。感存算一體化架構有多種形

態(tài)，包括但不限于CMOS架構、阻變調控網絡架構等，其中，CMOS架構的特點是傳感器和模擬信號

處理器（PE）串聯(lián)然后并聯(lián)，其具有時序操作能力，計算處理靈活。阻變調控網絡架構的特點是探測

器與神經突觸器件（如憶阻器、多級開關等）進行組合，探測器負責傳感，神經突觸器件負責存儲和

計算，實現(xiàn)傳感、存儲、計算的一體化功能融合。圖2為一種感存算一體化架構示例，該系統(tǒng)采用存

算一體的方式，從存算分離變成存算一體，計算器件從原來的場效應晶體管變成憶阻器，計算范式從

基本布爾邏輯的數字計算變成基于物理定律的模擬計算。

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發(fā)電輸電變電配電用電調度...

業(yè)目標檢測目標分類目標分割目標識別

務

域目標跟蹤語音識別文字識別本地語音喚醒

負荷辨識...

數

據

服接口服務數據庫數據處理數據接入

務

域

算

法

視頻圖像服務

引語音服務引擎文本服務引擎其他服務引擎

引擎

擎

域

基通用計算單元異構計算單元網絡設備存儲設備

礎

域

感存算一體設

存算一體設備感存一體設備…

備

圖1電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)基本架構

存算一體陣列存算一體陣列

傳感器

輸出

輸入數據存算一體陣列存算一體陣列

圖2感存算一體架構示例

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5.2業(yè)務域

業(yè)務域主要是利用AI能力，支持工作流管理、通用算法模板、應用部署，包括目標分類、目標識

別、目標檢測、語義分割、語音識別、文字識別、負荷辨識、本地語音喚醒等多維業(yè)務場景，滿足電力

發(fā)電、輸電等應用場景需要。業(yè)務域涵蓋工程建設、設備運維、負荷調度、客戶營銷和安全監(jiān)督等核心

業(yè)務，主要面向的應用包括：

a）發(fā)電場站巡檢、智能發(fā)電預測；

b）輸電線路巡檢

c）變電站巡檢、智能監(jiān)控；

d）配電房監(jiān)控；

e）用電負荷辨識；

f）調度控制。

5.3數據服務域

數據服務域包括以下功能模塊：

a）接口服務：應具備查詢檢索、數據管理等服務，可支持他服務或系統(tǒng)接入功能；

b）數據庫：應支持標簽庫、數據集庫、關鍵詞庫；可支持其他數據庫功能；

c）數據預處理：應具備數據清洗、轉換、快速寫入、持久化、多維度的聚合查詢等功能，可支持

其他數據處理功能，對不同類型數據應支持不同類型的預處理方法：

圖片、視頻數據：特征提取、圖像增強、去噪等；

語音數據：特征提取、數據增強、預加重、分幀等；

文本數據：標記化、歸一化、替換等。

d）數據接入：應支持視頻、圖像、語音、文本等數據類型接入；可支持其他元信息。

5.4算法引擎域

算法引擎域主要包括基于電力人工智能技術的視頻圖像服務引擎、語音服務引擎和文本服務引擎

等，針對視頻、圖像、語音、文本等進行標簽化標識，支持按需對智能算法進行安裝、刪除、啟動、

停止、更新等操作：

a）視頻圖像服務引擎：應具備視頻、目標分類、目標識別、目標檢測、標簽識別、特征提取功

能，可支持其他功能；

b）語音服務引擎：應具備語音識別、語義分割、聲紋提取功能，可支持其他功能；

c）文本服務引擎：應具備文本識別、文本實體分割、特定語種識別、文字特征提取功能，可支

持其他功能。

5.5基礎域

基礎域包括支持通用計算單位或異構計算單位的硬件、網絡設備、存儲設備、感存一體設備、存

算一體設備、感存算一體設備等構成的資源池，由感存算一體化節(jié)點和感存算一體化相關節(jié)點組成，

以CPU和各類AI芯片如FPGA、GPU、NPU等為基礎，具備計算資源供給能力，通過板卡或棒、終端、

服務器、集群等形態(tài)的存算一體設備/感存算一體設備/感存設備，針對不同電力業(yè)務應用場景，可以

使用不同硬件形態(tài)支撐該應用場景下的AI算力需求，并實現(xiàn)模型訓練和推理等功能。感存算一體化

節(jié)點是感存算一體化系統(tǒng)中的核心節(jié)點，包括存算一體設備、感存算一體設備、感存設備器。感存算

一體化相關節(jié)點是指接入感存算一體化系統(tǒng)的其他節(jié)點。

6技術要求

6.1總體要求

電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)宜根據需要具備以下能力：

a）應具備設備接入、數據采集、上報、數據處理、指令響應等能力；

b）應支持視頻圖像、語音、文本等數據預處理能力，對部分感知信息的智能化處理；

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c）應提供不同電力人工智能應用場景所需的算力資源，包括計算資源、存儲資源和網絡資源等，

根據場景特性實現(xiàn)精準算力支持；

d）應支持至少一種存算一體技術，包括但不限于查存計算、近存計算、存內計算、存內邏輯等；

e）應具備電力應用部署、運行、管理等能力，應至少支持傳統(tǒng)部署、虛擬化部署、容器化部署中

的一種；

f）應具備AI能力，支持AI算力的部署，提供AI算力，可以根據感知數據信息，實現(xiàn)實時自主決

策與控制。

6.2接入管理

接入管理要求，包括但不限于：

a）應支持RS485、RS232等串口通信接口以及模擬量、開關量、數字量等信號接口各類馮·諾依曼

架構設備、感存算一體化設備通過串口、以太網接入；

b）應支持至少一種視頻、圖像、語音、文本等類型感知數據接入；

c）應支持通過GB/T28181、ONVIF、RTSP等標準協(xié)議接入不同廠商的視頻監(jiān)控攝像機；

d）宜支持H264/H265等主流編解碼協(xié)議，支持存儲視頻調閱回看等功能；

e）宜支持NSA、SA的5G全頻段接入（含大網及專網）。

6.3網絡通信

網絡通信要求，包括但不限于：

a）應支持藍牙、Zigbee、Wifi、LoRa、NFC、RFID等無線或有線功能模型，滿足各網絡協(xié)議接入

要求;

b）宜支持多種協(xié)議轉換、數據轉發(fā)等功能；

c）宜支持MQTT、HTTP/HTTPS、DL/T698.45、CoAP、DL/T645、IEC60870-5-104、IEC61850等多種

通信協(xié)議；

d）宜支持SDN、TSN等新型網絡技術。

6.4計算及存儲

計算及存儲要求，包括但不限于：

a）應支持至少一種存算一體技術，包括但不限于查存計算、近存計算、存內計算、存內邏輯等；

b）應具備本地化存儲能力；

c）應支持多類型數據存儲，并支持多類型數據庫接入；

d）宜支持異構計算，具備處理結構化數據和非結構化數據的能力；

e）宜支持不同類型指令集和不同體系架構的計算單元協(xié)同技術；

f）宜開放集成多種AI訓練和推理平臺，兼容多廠商計算單元。

6.5AI能力

具備AI能力，支持AI算力的部署，包括但不限于：

a）應支持1種或多種處理器架構，包括但不限于X86、ARM、RISC-V、MIPS等；

b）應支持至少1種自主可控加速器，包括但不限于昇騰、智芯等；ASIC類的加速器，如NPU等；

FPGA類型的加速器；GPU類型的加速器；

c）應支持部署AI模型；

d）應支持對AI模型庫的管理功能；

e）應支持AI服務的管理功能；

f）宜支持AI模型訓練功能（可選）；

g）應支持的模型精度：FP64、FP32、FP16、INT4、INT8、INT16、BP16或混合精度等。其中，訓

練場景精度應支持FP16、FP32、FP64，推理場景下精度應支持INT8、FP16；

h）應支持主流的人工智能框架：TensorFlow、Pytorch、Caffe/Caffe2、Mxnet、ONNX、MindSpore

（昇思）或PaddlePaddle（飛槳）等。

6.6模型推理

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應完成以下場景中至少一項測試：

a）目標分類；

b）目標檢測；

c）目標分割；

d）目標識別；

e）目標跟蹤；

f）行為檢測

g）語音識別；

h）文字識別；

i）本地語音喚醒；

k）負荷辨識。

6.7遠程維護能力

遠程維護能力，包括但不限于：

a）應支持時間同步功能；

b）應具備軟件安裝功能；

c）應具備遠程固件升級、系統(tǒng)重啟、日志收集等運維管理功能。

6.8自治能力

自治能力要求，包括但不限于：

a）無法被集中納管時，仍可以正常運行電力應用/服務；

b）當重新納管時，不會影響當前電力應用/服務運行狀態(tài)。

6.9可擴展性

可擴展性要求，包括但不限于：

a）宜支持提供對DAN、NAS（CIFS，NFS）的訪問；

b）應支持主流Linux包括但不限于CentOS、Ubuntu、windows平臺訪問；

c）應支持存儲空間動態(tài)擴展。

6.10安全性

安全性要求，包括但不限于：

a）信息安全應符合GB/T36572-2018的要求。

b）數據部分應符合《中華人民共和國數據安全法》的規(guī)定。

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附錄A

（規(guī)范性附錄）業(yè)務模型

表A.1業(yè)務模型

電力場景業(yè)務應用場景典型AI模型任務

圖像分類、目標檢測、目標分割、目標識別、目標跟蹤、行

發(fā)電站巡檢

為檢測、語音識別、文字識別、本地語音喚醒

發(fā)電場景

圖像分類、目標檢測、目標分割、目標識別、目標跟蹤、語

智能發(fā)電預測

音識別、文字識別

圖像分類、目標檢測、目標分割、目標識別、目標跟蹤、行

輸電場景輸電線路巡檢

為檢測、語音識別、文字識別、本地語音喚醒

圖像分類、目標檢測、目標分割、目標識別、目標跟蹤、行