系统标准化——“十二五”电工标准化的新课题

文／中国电器工业协会标准化与技术评价中心 张亮／

随着步入“十二五”时期，电工行业技术发展更多的呈现出交叉融合趋势，而且更多地开始向系统化的方向发展。“十二五”初期，我国明确提出培育和发展七大战略性新兴产业的策略，电工行业涉及节能环保、高端装备、新能源、新材料、新能源汽车等战略性新兴领域。其中，新能源、新能源汽车两个战略性新兴产业即是电工行业技术系统化发展的典型。在国际标准化层面，IEC（国际电工委员会）于近年开展了特高压、智能电网、汽车电气等系统标准化工作，为系统标准化探索和实践做出了巨大的贡献。系统技术较为突出的特点是覆盖范围广泛，且对系统中设备之间的匹配度要求高。这种复杂的系统化特点对系统标准化工作提出更高的要求，是“十二五”电工行业标准化发展需要解决的新课题。

1 系统标准化的概念

图1 系统标准化多维度架构示意图[4]

谈到系统标准化，首先人们常常会问，系统的定义或概念是什么。首先，系统的概念在许多行业都曾出现过，包括电工行业。系统是一个相对的概念，我们可以将特高压工程视为一个系统，将高压开关、继电保护设备、变压器等视为系统零部件（或产品）；我们也可以将变压器视为一个系统，将变压器外壳、铁心、绕阻等视为零部件。但是，我们现在所需要面临的系统技术层次高于以往的产品技术。系统技术是电工行业由材料技术到零部件技术到产品技术再到系统技术自然发展的结果[1]。第二，不论是作为系统还是作为一个范围广泛的产品，其核心价值是需要实现一定的功能，以满足市场的需求。相应地，为了满足系统的预期功能，系统范围内所涉及的各个零部件（或产品）之间需要相互配合，通过交互特性实现相互联系、相互作用[2]。第三，随着工业技术和信息技术进一步融合，如智能电网等新兴的系统技术表现得比以往更加复杂，覆盖技术领域非常广泛，且涉及多领域信息技术与工业技术互联互动。为此，IEC国际标准化专家将系统标准化的内容划分为多个层次和多个交织的领域，使系统标准化的脉络更加清晰可视：从技术领域的角度，涉及发电、输电、配电、用电（工业、商用、家用）；从服务领域的角度，涉及市场、企业、运营设施、站点、现场和过程；从技术要求层次的角度，涉及商业要求、功能要求、信息要求、通讯要求和设备要求[3]（详见图1）。综上所述，系统是一个相对概念，像一件“大”产品，为了实现一个或多个功能，系统范围内的各个要素（包括通讯信息、通讯协议、零部件）相互联系、相互作用，相互配合；系统标准化亦是以满足系统功能为目标而开展的跨技术领域、跨服务领域、多层次的系统性标准化工程。

2 系统标准化的定位

尽管系统标准化是一个新概念，但系统标准化并不缺乏基础工作。特别是相对常规的、由下至上的信息技术标准化、工业技术标准化等工作。因此，系统标准化的工作重点应主要集中在以往标准化工作尚未涉及的内容。基于前述对系统标准化概念的分析，我们可以将系统视为一个“大”产品，而现在的情况是，“大”产品中的信息要素、零部件要素都是已有成果，而“大”产品需要将这些现有成果组成系统，从而满足市场对“大”产品功能的预期需求。换句话说，开展系统标准化就需要按照系统的市场要求和功能要求对系统中的信息要求、零部件要求进行相应调整。另一方面，现有的信息标准化、零部件标准化工作均由已经成立的标准化技术委员会承担，多数标准化技术委员会已建立起相对完善的技术标准体系。这是实际中的标准化工作现状，也是标准化专家们较为习惯的、由下至上的标准化工作。显而易见，针对系统标准化工作成立与以往相同性质的标准化技术委员会的做法并不可取，那样的话，系统标准化技术委员会与现行标准化技术委员会的工作范围重复甚至冲突。因此，在开展系统标准化的工作过程中，信息标准化、零部件标准化等标准化群体，特别是标准化专家，需要充分理解系统标准化的顶层要求，才能适当地对其现有标准化工作做出面向系统的调整或补充。如前面所述，系统标准化特别强调需要由上至下地开展，特别需要做好系统化工作的顶层设计，这就引出了当下IEC国际标准化领域正在热烈讨论的系统标准或系统规范概念。

3 系统标准的内容

图2 系统标准化工作划分示意图

制定系统标准或系统规范的主要目的是提出系统的顶层要求并且提供相关信息，以便系统中所涉及的信息标准化和零部件标准化技术委员会开展相应工作。考虑到此前已有的标准化工作基础，也就是现行的标准化技术委员会及其已经制定发布的技术标准，同时还考虑到系统标准所涉及内容的缺失，编写系统标准的原则应是避免针对具体信息要素、零部件要求的技术要求做出规定，而主要集中在对系统的顶层技术要求以及以往信息要求、零部件要求未涉及的内容做出规定。由此，系统标准应包括的内容如下：首先，与普通标准一样，系统标准应明确规定标准范围。特别是前文所提到的，作为标准化对象的系统可能涉及多维度内容。在这种情况下，就要求把系统所涉及的维度，以及各个维度上涉及的要素说清楚。第二，应明确说明系统作为“大”产品所要实现的功能。可以说，系统中每个要素的存在以及要素所发挥的作用都是以实现系统功能为出发点的。第三，应说明系统框架下各个要素之间的接口要求以及要素之间的相互关系、相互作用。要素之间需要相互匹配的物理接口或信息接口实现联接，同时还需要要素之间有共通的特性，以供要素之间传递物理量或信息量，从而实现互联互动。第四，通过系统标准或系统规范，还可以有助于识别现行标准化工作中的缺失内容。以大规模风力发电并网为示例。大规模风力发电并网的功能是将不稳定的风力通过电气储能的技术手段实现“削峰填谷”、转换为相对稳定的电力能源并传输到电网。该系统涉及风电场方面、储能电站、控制中心等方面的信息、通讯协议以及各种电工设备。从标准化的角度，大规模风力发电并网在信息层和协议层涉及电力信息标准化（对应IEC/TC57）；在设备层涉及风力发电机组（对应IEC/TC88）、电缆（对应IEC/TC20）、电气储能设备（尚无标准化机构）、换流器（对应IEC/TC22）、电力变压器（对应IEC/TC14）、高压开关（对应IEC/SC17A）、继电保护设备（对应IEC/TC95）等。通过分析即可以提出对现行技术委员会制定标准需要着重考虑风力发电环境条件以及考虑风力发电不稳定性对信息、协议和设备影响的调整方向，也可以提出大规模风力发电对电气储能设备标准化内容方面的缺失。综上所述，系统标准的内容既包括对新兴系统技术做出的描述、提出的要求，也包括对现有标准体系及标准化工作的系统管理内容。

4 结语

虽然电工行业对系统标准化工作已经形成一些初步的认识和理解，但是系统标准化工作还有许多需要研究探索的内容，例如系统标准化的工作立项、征求意见、工作周期、参与办法、系统标准化机构与现行标准化技术委员会的协调等。这些因素导致的现实结果是，在短期内很难对系统标准化形成具有共识的工作规范。但是，从产业发展和市场需求的角度，迫切需要针对新能源、智能电网、汽车电气技术等新兴系统技术开展相应的系统标准化工作，以保障新兴产业链上各个要素的协调一致。因此，现在较为务实的方案是在开展系统标准化实践的过程中逐步总结经验，逐渐形成系统标准化工作规范。

[1]IEC/MSB（市场战略局）系统层面合格评定工作组召集人Sujeet Chand，《系统层面合格评定工作组报告》，2011年6月IEC/SMB（标准化管理局）会议发言材料.

[2]同上.

[3]IEC/SMB/SG1（能效和可再生能源战略组）专家Ralph Sporer，《如何开展系统标准化》，2012年2月IEC/SMB（标准化管理局）会议发言材料.

[4]同上