系統標準化——“十二五”電工標準化的新課題

文／中國電器工業協會標準化與技術評價中心 張亮／

隨著步入“十二五”時期，電工行業技術發展更多的呈現出交叉融合趨勢，而且更多地開始向系統化的方向發展。“十二五”初期，我國明確提出培育和發展七大戰略性新興產業的策略，電工行業涉及節能環保、高端裝備、新能源、新材料、新能源汽車等戰略性新興領域。其中，新能源、新能源汽車兩個戰略性新興產業即是電工行業技術系統化發展的典型。在國際標準化層面，IEC（國際電工委員會）于近年開展了特高壓、智能電網、汽車電氣等系統標準化工作，為系統標準化探索和實踐做出了巨大的貢獻。系統技術較為突出的特點是覆蓋范圍廣泛，且對系統中設備之間的匹配度要求高。這種復雜的系統化特點對系統標準化工作提出更高的要求，是“十二五”電工行業標準化發展需要解決的新課題。

1 系統標準化的概念

圖1 系統標準化多維度架構示意圖[4]

談到系統標準化，首先人們常常會問，系統的定義或概念是什么。首先，系統的概念在許多行業都曾出現過，包括電工行業。系統是一個相對的概念，我們可以將特高壓工程視為一個系統，將高壓開關、繼電保護設備、變壓器等視為系統零部件（或產品）；我們也可以將變壓器視為一個系統，將變壓器外殼、鐵心、繞阻等視為零部件。但是，我們現在所需要面臨的系統技術層次高于以往的產品技術。系統技術是電工行業由材料技術到零部件技術到產品技術再到系統技術自然發展的結果[1]。第二，不論是作為系統還是作為一個范圍廣泛的產品，其核心價值是需要實現一定的功能，以滿足市場的需求。相應地，為了滿足系統的預期功能，系統范圍內所涉及的各個零部件（或產品）之間需要相互配合，通過交互特性實現相互聯系、相互作用[2]。第三，隨著工業技術和信息技術進一步融合，如智能電網等新興的系統技術表現得比以往更加復雜，覆蓋技術領域非常廣泛，且涉及多領域信息技術與工業技術互聯互動。為此，IEC國際標準化專家將系統標準化的內容劃分為多個層次和多個交織的領域，使系統標準化的脈絡更加清晰可視：從技術領域的角度，涉及發電、輸電、配電、用電（工業、商用、家用）；從服務領域的角度，涉及市場、企業、運營設施、站點、現場和過程；從技術要求層次的角度，涉及商業要求、功能要求、信息要求、通訊要求和設備要求[3]（詳見圖1）。綜上所述，系統是一個相對概念，像一件“大”產品，為了實現一個或多個功能，系統范圍內的各個要素（包括通訊信息、通訊協議、零部件）相互聯系、相互作用，相互配合；系統標準化亦是以滿足系統功能為目標而開展的跨技術領域、跨服務領域、多層次的系統性標準化工程。

2 系統標準化的定位

盡管系統標準化是一個新概念，但系統標準化并不缺乏基礎工作。特別是相對常規的、由下至上的信息技術標準化、工業技術標準化等工作。因此，系統標準化的工作重點應主要集中在以往標準化工作尚未涉及的內容。基于前述對系統標準化概念的分析，我們可以將系統視為一個“大”產品，而現在的情況是，“大”產品中的信息要素、零部件要素都是已有成果，而“大”產品需要將這些現有成果組成系統，從而滿足市場對“大”產品功能的預期需求。換句話說，開展系統標準化就需要按照系統的市場要求和功能要求對系統中的信息要求、零部件要求進行相應調整。另一方面，現有的信息標準化、零部件標準化工作均由已經成立的標準化技術委員會承擔，多數標準化技術委員會已建立起相對完善的技術標準體系。這是實際中的標準化工作現狀，也是標準化專家們較為習慣的、由下至上的標準化工作。顯而易見，針對系統標準化工作成立與以往相同性質的標準化技術委員會的做法并不可取，那樣的話，系統標準化技術委員會與現行標準化技術委員會的工作范圍重復甚至沖突。因此，在開展系統標準化的工作過程中，信息標準化、零部件標準化等標準化群體，特別是標準化專家，需要充分理解系統標準化的頂層要求，才能適當地對其現有標準化工作做出面向系統的調整或補充。如前面所述，系統標準化特別強調需要由上至下地開展，特別需要做好系統化工作的頂層設計，這就引出了當下IEC國際標準化領域正在熱烈討論的系統標準或系統規范概念。

3 系統標準的內容

圖2 系統標準化工作劃分示意圖

制定系統標準或系統規范的主要目的是提出系統的頂層要求并且提供相關信息，以便系統中所涉及的信息標準化和零部件標準化技術委員會開展相應工作。考慮到此前已有的標準化工作基礎，也就是現行的標準化技術委員會及其已經制定發布的技術標準，同時還考慮到系統標準所涉及內容的缺失，編寫系統標準的原則應是避免針對具體信息要素、零部件要求的技術要求做出規定，而主要集中在對系統的頂層技術要求以及以往信息要求、零部件要求未涉及的內容做出規定。由此，系統標準應包括的內容如下：首先，與普通標準一樣，系統標準應明確規定標準范圍。特別是前文所提到的，作為標準化對象的系統可能涉及多維度內容。在這種情況下，就要求把系統所涉及的維度，以及各個維度上涉及的要素說清楚。第二，應明確說明系統作為“大”產品所要實現的功能。可以說，系統中每個要素的存在以及要素所發揮的作用都是以實現系統功能為出發點的。第三，應說明系統框架下各個要素之間的接口要求以及要素之間的相互關系、相互作用。要素之間需要相互匹配的物理接口或信息接口實現聯接，同時還需要要素之間有共通的特性，以供要素之間傳遞物理量或信息量，從而實現互聯互動。第四，通過系統標準或系統規范，還可以有助于識別現行標準化工作中的缺失內容。以大規模風力發電并網為示例。大規模風力發電并網的功能是將不穩定的風力通過電氣儲能的技術手段實現“削峰填谷”、轉換為相對穩定的電力能源并傳輸到電網。該系統涉及風電場方面、儲能電站、控制中心等方面的信息、通訊協議以及各種電工設備。從標準化的角度，大規模風力發電并網在信息層和協議層涉及電力信息標準化（對應IEC/TC57）；在設備層涉及風力發電機組（對應IEC/TC88）、電纜（對應IEC/TC20）、電氣儲能設備（尚無標準化機構）、換流器（對應IEC/TC22）、電力變壓器（對應IEC/TC14）、高壓開關（對應IEC/SC17A）、繼電保護設備（對應IEC/TC95）等。通過分析即可以提出對現行技術委員會制定標準需要著重考慮風力發電環境條件以及考慮風力發電不穩定性對信息、協議和設備影響的調整方向，也可以提出大規模風力發電對電氣儲能設備標準化內容方面的缺失。綜上所述，系統標準的內容既包括對新興系統技術做出的描述、提出的要求，也包括對現有標準體系及標準化工作的系統管理內容。

4 結語

雖然電工行業對系統標準化工作已經形成一些初步的認識和理解，但是系統標準化工作還有許多需要研究探索的內容，例如系統標準化的工作立項、征求意見、工作周期、參與辦法、系統標準化機構與現行標準化技術委員會的協調等。這些因素導致的現實結果是，在短期內很難對系統標準化形成具有共識的工作規范。但是，從產業發展和市場需求的角度，迫切需要針對新能源、智能電網、汽車電氣技術等新興系統技術開展相應的系統標準化工作，以保障新興產業鏈上各個要素的協調一致。因此，現在較為務實的方案是在開展系統標準化實踐的過程中逐步總結經驗，逐漸形成系統標準化工作規范。

[1]IEC/MSB（市場戰略局）系統層面合格評定工作組召集人Sujeet Chand，《系統層面合格評定工作組報告》，2011年6月IEC/SMB（標準化管理局）會議發言材料.

[2]同上.

[3]IEC/SMB/SG1（能效和可再生能源戰略組）專家Ralph Sporer，《如何開展系統標準化》，2012年2月IEC/SMB（標準化管理局）會議發言材料.

[4]同上