《電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》

ICS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)分類號(hào)

CCS中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)分類號(hào)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)

T/CESXXX-XXXX

電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)

設(shè)計(jì)規(guī)范

Designspecificationofpoweraisystemswithintegratedcapabilitiesofsensing,

datastorage,andprocessing

（征求意見(jiàn)稿）

XXXX-XX-XX發(fā)布XXXX-XX-XX實(shí)施

中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)發(fā)布

T/CESXXX—XXXX

電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)技術(shù)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(lǐng)域的人工智能感存算一體化系統(tǒng)的總體架構(gòu)、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(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)。

2規(guī)范性引用文件

下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：基本術(shù)語(yǔ)

GB/T5271.1-2000信息技術(shù)詞匯第1部分：基本術(shù)語(yǔ)

GB/T5271.28-2001信息技術(shù)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(shù)詞匯第34部分：人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

GB/T35295-2017信息技術(shù)大數(shù)據(jù)術(shù)語(yǔ)

GB/T36572-2018電力監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)導(dǎo)則

T/CES128-2022電力人工智能平臺(tái)總體架構(gòu)及技術(shù)要求

3術(shù)語(yǔ)和定義

下列術(shù)語(yǔ)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(chǔ)、處理功能于一體（感存算一體化）架構(gòu)下，高效且實(shí)時(shí)地采集和處理電力信息的

交互式系統(tǒng)，具備接入管理、數(shù)據(jù)處理、網(wǎng)絡(luò)通信、AI、存儲(chǔ)能力。

3.2

人工智能ArtificialIntelligence

一門(mén)交叉學(xué)科，通常視為計(jì)算機(jī)科學(xué)的分支，研究表現(xiàn)出與人類智能（如推理和學(xué)習(xí)）相關(guān)的各

種功能的模型和系統(tǒng)。

[來(lái)源GB/T5271.28-2001,定義28.01.01]

3.3

AI加速器ArtificialIntelligenceaccelerator

一類專門(mén)用于人工智能硬件加速的微處理器或計(jì)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(lǐng)域上較通用GPU可達(dá)到或發(fā)揮更好的性能優(yōu)勢(shì)。

3.4

接口Interface

兩個(gè)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(hào)交互等）來(lái)定義。

[來(lái)源GB/T5271.1-2000,定義01.01.38]

3.5

訓(xùn)練training

教會(huì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在輸入值的樣本和正確輸出值之間做出結(jié)合的步驟。

[來(lái)源：GB/T5271.34-2006,34.03.18]

3.6

推理inference

從已知前提導(dǎo)出結(jié)論的推理方法。

注1：在人工智能領(lǐng)域，前提是事實(shí)或者規(guī)則。

3

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注2：術(shù)語(yǔ)“推理”既指過(guò)程也指結(jié)果。

[來(lái)源：GB/T5271.28-2001,28.03.01]

3.7

結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)structureddata

一種數(shù)據(jù)表示形式，按此種形式，由數(shù)據(jù)元素匯總而成的每個(gè)記錄的結(jié)構(gòu)都是一致的并且可以使

用關(guān)系模型予以有效描述從已知前提導(dǎo)出結(jié)論的推理方法。

[來(lái)源：GB/T35295-2017,02.02.13]

3.8

非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)unstructureddata

不具有預(yù)定義模型或未以預(yù)定義方式組織的數(shù)據(jù)。

[來(lái)源：GB/T35295-2017,02.01.25]

4符號(hào)、代號(hào)和縮略語(yǔ)

下列符號(hào)、代號(hào)和縮略語(yǔ)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(chǎng)域可編程邏輯門(mén)陣列（FieldProgrammableGateArray）

TPU：張量處理器（TensorProcessingUnit）

NPU：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器（Neural-networkProcessingUnit）

LoRa：遠(yuǎn)距離無(wú)線電（LongRangeRadio）

NFC：近距離無(wú)線通訊技術(shù)（NearFieldCommunication）

RFID:無(wú)線射頻識(shí)別（RadioFrequencyIdentification）

NSA:非獨(dú)立組網(wǎng)（Non-standalone）

SA:獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone）

TSN：時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TimeSensitiveNetwork）

SDN：軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SoftwareDefinedNetwork）

MQTT：消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MessageQueuingTelemetryTransport）

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

CMOS：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)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(wù)域、數(shù)據(jù)服務(wù)域、算法引擎域、基礎(chǔ)域等核心邏輯

域，其基本框架見(jiàn)圖1，實(shí)際電力應(yīng)用中，感存算一體化系統(tǒng)不需要同時(shí)具體框架中的全部功能，應(yīng)

支持存算一體技術(shù)，可以通過(guò)配置或部署支撐相應(yīng)的算法和業(yè)務(wù)模型。感存算一體化架構(gòu)有多種形

態(tài)，包括但不限于CMOS架構(gòu)、阻變調(diào)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等，其中，CMOS架構(gòu)的特點(diǎn)是傳感器和模擬信號(hào)

處理器（PE）串聯(lián)然后并聯(lián)，其具有時(shí)序操作能力，計(jì)算處理靈活。阻變調(diào)控網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn)是探測(cè)

器與神經(jīng)突觸器件（如憶阻器、多級(jí)開(kāi)關(guān)等）進(jìn)行組合，探測(cè)器負(fù)責(zé)傳感，神經(jīng)突觸器件負(fù)責(zé)存儲(chǔ)和

計(jì)算，實(shí)現(xiàn)傳感、存儲(chǔ)、計(jì)算的一體化功能融合。圖2為一種感存算一體化架構(gòu)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(jì)算器件從原來(lái)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管變成憶阻器，計(jì)算范式從

基本布爾邏輯的數(shù)字計(jì)算變成基于物理定律的模擬計(jì)算。

4

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發(fā)電輸電變電配電用電調(diào)度...

業(yè)目標(biāo)檢測(cè)目標(biāo)分類目標(biāo)分割目標(biāo)識(shí)別

務(wù)

域目標(biāo)跟蹤語(yǔ)音識(shí)別文字識(shí)別本地語(yǔ)音喚醒

負(fù)荷辨識(shí)...

數(shù)

據(jù)

服接口服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)接入

務(wù)

域

算

法

視頻圖像服務(wù)

引語(yǔ)音服務(wù)引擎文本服務(wù)引擎其他服務(wù)引擎

引擎

擎

域

基通用計(jì)算單元異構(gòu)計(jì)算單元網(wǎng)絡(luò)設(shè)備存儲(chǔ)設(shè)備

礎(chǔ)

域

感存算一體設(shè)

存算一體設(shè)備感存一體設(shè)備…

備

圖1電力人工智能感存算一體化系統(tǒng)基本架構(gòu)

存算一體陣列存算一體陣列

傳感器

輸出

輸入數(shù)據(jù)存算一體陣列存算一體陣列

圖2感存算一體架構(gòu)示例

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5.2業(yè)務(wù)域

業(yè)務(wù)域主要是利用AI能力，支持工作流管理、通用算法模板、應(yīng)用部署，包括目標(biāo)分類、目標(biāo)識(shí)

別、目標(biāo)檢測(cè)、語(yǔ)義分割、語(yǔ)音識(shí)別、文字識(shí)別、負(fù)荷辨識(shí)、本地語(yǔ)音喚醒等多維業(yè)務(wù)場(chǎng)景，滿足電力

發(fā)電、輸電等應(yīng)用場(chǎng)景需要。業(yè)務(wù)域涵蓋工程建設(shè)、設(shè)備運(yùn)維、負(fù)荷調(diào)度、客戶營(yíng)銷和安全監(jiān)督等核心

業(yè)務(wù)，主要面向的應(yīng)用包括：

a）發(fā)電場(chǎng)站巡檢、智能發(fā)電預(yù)測(cè)；

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(fù)荷辨識(shí)；

f）調(diào)度控制。

5.3數(shù)據(jù)服務(wù)域

數(shù)據(jù)服務(wù)域包括以下功能模塊：

a）接口服務(wù)：應(yīng)具備查詢檢索、數(shù)據(jù)管理等服務(wù)，可支持他服務(wù)或系統(tǒng)接入功能；

b）數(shù)據(jù)庫(kù)：應(yīng)支持標(biāo)簽庫(kù)、數(shù)據(jù)集庫(kù)、關(guān)鍵詞庫(kù)；可支持其他數(shù)據(jù)庫(kù)功能；

c）數(shù)據(jù)預(yù)處理：應(yīng)具備數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換、快速寫(xiě)入、持久化、多維度的聚合查詢等功能，可支持

其他數(shù)據(jù)處理功能，對(duì)不同類型數(shù)據(jù)應(yīng)支持不同類型的預(yù)處理方法：

圖片、視頻數(shù)據(jù)：特征提取、圖像增強(qiáng)、去噪等；

語(yǔ)音數(shù)據(jù)：特征提取、數(shù)據(jù)增強(qiáng)、預(yù)加重、分幀等；

文本數(shù)據(jù)：標(biāo)記化、歸一化、替換等。

d）數(shù)據(jù)接入：應(yīng)支持視頻、圖像、語(yǔ)音、文本等數(shù)據(jù)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(shù)的視頻圖像服務(wù)引擎、語(yǔ)音服務(wù)引擎和文本服務(wù)引擎

等，針對(duì)視頻、圖像、語(yǔ)音、文本等進(jìn)行標(biāo)簽化標(biāo)識(shí)，支持按需對(duì)智能算法進(jìn)行安裝、刪除、啟動(dòng)、

停止、更新等操作：

a）視頻圖像服務(wù)引擎：應(yīng)具備視頻、目標(biāo)分類、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)、標(biāo)簽識(shí)別、特征提取功

能，可支持其他功能；

b）語(yǔ)音服務(wù)引擎：應(yīng)具備語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)義分割、聲紋提取功能，可支持其他功能；

c）文本服務(wù)引擎：應(yīng)具備文本識(shí)別、文本實(shí)體分割、特定語(yǔ)種識(shí)別、文字特征提取功能，可支

持其他功能。

5.5基礎(chǔ)域

基礎(chǔ)域包括支持通用計(jì)算單位或異構(gòu)計(jì)算單位的硬件、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、感存一體設(shè)備、存

算一體設(shè)備、感存算一體設(shè)備等構(gòu)成的資源池，由感存算一體化節(jié)點(diǎn)和感存算一體化相關(guān)節(jié)點(diǎn)組成，

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

服務(wù)器、集群等形態(tài)的存算一體設(shè)備/感存算一體設(shè)備/感存設(shè)備，針對(duì)不同電力業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景，可以

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

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

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

6技術(shù)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(jù)需要具備以下能力：

a）應(yīng)具備設(shè)備接入、數(shù)據(jù)采集、上報(bào)、數(shù)據(jù)處理、指令響應(yīng)等能力；

b）應(yīng)支持視頻圖像、語(yǔ)音、文本等數(shù)據(jù)預(yù)處理能力，對(duì)部分感知信息的智能化處理；

6

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c）應(yīng)提供不同電力人工智能應(yīng)用場(chǎng)景所需的算力資源，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源和網(wǎng)絡(luò)資源等，

根據(jù)場(chǎng)景特性實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)算力支持；

d）應(yīng)支持至少一種存算一體技術(shù)，包括但不限于查存計(jì)算、近存計(jì)算、存內(nèi)計(jì)算、存內(nèi)邏輯等；

e）應(yīng)具備電力應(yīng)用部署、運(yùn)行、管理等能力，應(yīng)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(yīng)具備AI能力，支持AI算力的部署，提供AI算力，可以根據(jù)感知數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(yīng)支持RS485、RS232等串口通信接口以及模擬量、開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量等信號(hào)接口各類馮·諾依曼

架構(gòu)設(shè)備、感存算一體化設(shè)備通過(guò)串口、以太網(wǎng)接入；

b）應(yīng)支持至少一種視頻、圖像、語(yǔ)音、文本等類型感知數(shù)據(jù)接入；

c）應(yīng)支持通過(guò)GB/T28181、ONVIF、RTSP等標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議接入不同廠商的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)；

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

e）宜支持NSA、SA的5G全頻段接入（含大網(wǎng)及專網(wǎng)）。

6.3網(wǎng)絡(luò)通信

網(wǎng)絡(luò)通信要求，包括但不限于：

a）應(yīng)支持藍(lán)牙、Zigbee、Wifi、LoRa、NFC、RFID等無(wú)線或有線功能模型，滿足各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議接入

要求;

b）宜支持多種協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

6.4計(jì)算及存儲(chǔ)

計(jì)算及存儲(chǔ)要求，包括但不限于：

a）應(yīng)支持至少一種存算一體技術(shù)，包括但不限于查存計(jì)算、近存計(jì)算、存內(nèi)計(jì)算、存內(nèi)邏輯等；

b）應(yīng)具備本地化存儲(chǔ)能力；

c）應(yīng)支持多類型數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并支持多類型數(shù)據(jù)庫(kù)接入；

d）宜支持異構(gòu)計(jì)算，具備處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的能力；

e）宜支持不同類型指令集和不同體系架構(gòu)的計(jì)算單元協(xié)同技術(shù)；

f）宜開(kāi)放集成多種AI訓(xùn)練和推理平臺(tái)，兼容多廠商計(jì)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(yīng)支持1種或多種處理器架構(gòu)，包括但不限于X86、ARM、RISC-V、MIPS等；

b）應(yīng)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(yīng)支持部署AI模型；

d）應(yīng)支持對(duì)AI模型庫(kù)的管理功能；

e）應(yīng)支持AI服務(wù)的管理功能；

f）宜支持AI模型訓(xùn)練功能（可選）；

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

練場(chǎng)景精度應(yīng)支持FP16、FP32、FP64，推理場(chǎng)景下精度應(yīng)支持INT8、FP16；

h）應(yīng)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(yīng)完成以下場(chǎng)景中至少一項(xiàng)測(cè)試：

a）目標(biāo)分類；

b）目標(biāo)檢測(cè)；

c）目標(biāo)分割；

d）目標(biāo)識(shí)別；

e）目標(biāo)跟蹤；

f）行為檢測(cè)

g）語(yǔ)音識(shí)別；

h）文字識(shí)別；

i）本地語(yǔ)音喚醒；

k）負(fù)荷辨識(shí)。

6.7遠(yuǎn)程維護(hù)能力

遠(yuǎn)程維護(hù)能力，包括但不限于：

a）應(yīng)支持時(shí)間同步功能；

b）應(yīng)具備軟件安裝功能；

c）應(yīng)具備遠(yuǎn)程固件升級(jí)、系統(tǒng)重啟、日志收集等運(yùn)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(wú)法被集中納管時(shí)，仍可以正常運(yùn)行電力應(yīng)用/服務(wù)；

b）當(dāng)重新納管時(shí)，不會(huì)影響當(dāng)前電力應(yīng)用/服務(wù)運(yùn)行狀態(tài)。

6.9可擴(kuò)展性

可擴(kuò)展性要求，包括但不限于：

a）宜支持提供對(duì)DAN、NAS（CIFS，NFS）的訪問(wèn)；

b）應(yīng)支持主流Linux包括但不限于CentOS、Ubuntu、windows平臺(tái)訪問(wèn)；

c）應(yīng)支持存儲(chǔ)空間動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

6.10安全性

安全性要求，包括但不限于：

a）信息安全應(yīng)符合GB/T36572-2018的要求。

b）數(shù)據(jù)部分應(yīng)符合《中華人民共和國(guó)數(shù)據(jù)安全法》的規(guī)定。

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附錄A

（規(guī)范性附錄）業(yè)務(wù)模型

表A.1業(yè)務(wù)模型

電力場(chǎng)景業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景典型AI模型任務(wù)

圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)分割、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、行

發(fā)電站巡檢

為檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、文字識(shí)別、本地語(yǔ)音喚醒

發(fā)電場(chǎng)景

圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)分割、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、語(yǔ)

智能發(fā)電預(yù)測(cè)

音識(shí)別、文字識(shí)別

圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)分割、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、行

輸電場(chǎng)景輸電線路巡檢

為檢測(cè)、語(yǔ)音識(shí)別、文字識(shí)別、本地語(yǔ)音喚醒

圖像分類、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)分割、目標(biāo)識(shí)別、目標(biāo)跟蹤、行