電力系統(tǒng)自誕生之日起就一直在應(yīng)用數(shù)字技術(shù)推動其數(shù)字化進(jìn)程。

從最初的布爾代數(shù)和繼電器應(yīng)用，到電子管、晶體管、大規(guī)模集成電路，再到后來的電子計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，直至當(dāng)今的“云大物移智”等新一代數(shù)字技術(shù)，均一出現(xiàn)就很快被運用于電力系統(tǒng)生產(chǎn)運營實踐。

結(jié)合數(shù)字技術(shù)發(fā)展進(jìn)程和其與電力系統(tǒng)的融合模式，電力系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展可分為物理系統(tǒng)、信息物理系統(tǒng)和社會信息物理系統(tǒng)3個階段。

電力物理系統(tǒng)

19世紀(jì)中葉，電磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)技術(shù)的發(fā)明，加之工業(yè)化進(jìn)程對能源動力的強烈需求，19世紀(jì)末20世紀(jì)初電力工業(yè)應(yīng)運而生。

直到20世紀(jì)60年代，電力系統(tǒng)呈現(xiàn)出交流輸電占主導(dǎo)、輸電電壓較低、電網(wǎng)規(guī)模小等特征。此階段對應(yīng)于以硬件布線承載數(shù)字邏輯的發(fā)展階段，基于數(shù)字邏輯實現(xiàn)了早期電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)功能，實現(xiàn)了初步的自動化；

設(shè)備信息主要以臺賬、定值單、運行記錄等進(jìn)行手工記錄和傳遞，業(yè)務(wù)信息以紙質(zhì)文件進(jìn)行人工傳遞，存在效率低下、修改困難、難以保存、溝通成本高、易產(chǎn)生偏差、運行狀態(tài)掌握不及時、不精細(xì)、信息不對稱等諸多弊端。此階段，電力系統(tǒng)數(shù)字化以繼電保護(hù)和簡單自動裝置應(yīng)用為主要標(biāo)志，呈現(xiàn)出物理系統(tǒng)自動化的雛形。

20世紀(jì)70年代，單體軟件開始在電力系統(tǒng)得到應(yīng)用，例如，繪圖軟件應(yīng)用促進(jìn)了電網(wǎng)繪圖效率和精度提升，且易于修改、便于存儲；又如，計算機技術(shù)發(fā)展改變了電網(wǎng)計算業(yè)務(wù)形態(tài)，電網(wǎng)計算從使用傳統(tǒng)的計算尺、晶體管計算機到微機、小型機等，計算效率大幅提升。

在此階段，電力物理系統(tǒng)形態(tài)如圖3所示。信息空間與物理世界、人類社會的互動較弱，離線系統(tǒng)和運行系統(tǒng)技術(shù)邊界的相互獨立性高，電力系統(tǒng)主要呈現(xiàn)出其物理系統(tǒng)屬性。

電力信息物理系統(tǒng)

20世紀(jì)60年代至90年代，電力系統(tǒng)規(guī)?？焖贁U大，逐步形成了以大機組、超高壓輸電和電網(wǎng)互聯(lián)為主要技術(shù)經(jīng)濟特征的大型互聯(lián)電力系統(tǒng)。如1981年，我國首條500 kV交流輸電通道河南平頂山至湖北武昌工程投產(chǎn)，這標(biāo)志著我國電網(wǎng)正式邁入500 kV超高壓時代；1985年，我國第一臺0.6GW火力發(fā)電機組投產(chǎn)運行，標(biāo)志著我國電源邁入中大型機組時代。

此階段正值數(shù)字技術(shù)從單機應(yīng)用逐步向計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用發(fā)展的階段，電力企業(yè)計算機應(yīng)用從離線系統(tǒng)向在線系統(tǒng)發(fā)展，極大地促進(jìn)了電力系統(tǒng)自動化水平和生產(chǎn)運營效率提升，電力系統(tǒng)數(shù)字化表征為信息物理系統(tǒng)形態(tài)，信息空間與物理世界、人類社會的互動不斷增強。電力信息物理系統(tǒng)如圖4所示。

電力信息物理系統(tǒng)具有以下特點：

1、設(shè)備自動化水平不斷提升，部分設(shè)備通過數(shù)字化升級改造，工作性能明顯提升。例如，電網(wǎng)繼電保護(hù)裝置的核心元器件不斷更新迭代，從電磁式、晶體管、集成電路到微機保護(hù)，逐步達(dá)到高可靠、高性能、高集成。信息系統(tǒng)從離線系統(tǒng)逐步發(fā)展為在線系統(tǒng)，如20世紀(jì)70年代，調(diào)度自動化以電話通信等方式傳遞系統(tǒng)狀態(tài)，隨著互聯(lián)網(wǎng)等數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，逐步實現(xiàn)了調(diào)控一體化。

2、管理信息化水平不斷提升，從單體軟件應(yīng)用發(fā)展為信息集成應(yīng)用，逐步實現(xiàn)了企業(yè)日常經(jīng)營管理核心業(yè)務(wù)全面覆蓋，實現(xiàn)從分散建設(shè)到集中建設(shè)、從局部應(yīng)用到企業(yè)級應(yīng)用的轉(zhuǎn)變，有效提升了企業(yè)規(guī)范化管理水平，并積累了寶貴的數(shù)據(jù)資源。按計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展水平及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用深度，可將電力系統(tǒng)數(shù)字化分為局域網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)階段，具體如下：

1）局域網(wǎng)階段：局域網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用始于20世紀(jì)90年代中期，為適應(yīng)電網(wǎng)內(nèi)部區(qū)域性信息流下的各類業(yè)務(wù)要求，應(yīng)用局域網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了企業(yè)內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)平臺。此階段系統(tǒng)建設(shè)大多呈現(xiàn)“獨立建設(shè)、定制開發(fā)、功能單一”等特征，信息冗余與信息不完整現(xiàn)象并存，難以滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求。

以電網(wǎng)二次系統(tǒng)為例，由于缺乏對全網(wǎng)性、跨部門、跨專業(yè)等協(xié)同作業(yè)要求的技術(shù)架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)支撐，系統(tǒng)建設(shè)較為分散、信息孤島現(xiàn)象突出，各專業(yè)系統(tǒng)及裝置之間的協(xié)調(diào)控制困難，廠站間缺乏配合，導(dǎo)致電網(wǎng)運行效率較為低下，并帶來巨大的運行維護(hù)工作量。

2）互聯(lián)網(wǎng)階段：此階段計算機網(wǎng)絡(luò)遵循國際標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，具備統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，軟件系統(tǒng)從單機計算環(huán)境向網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境延伸，EAI、SOA等技術(shù)發(fā)展迅猛，促進(jìn)了電力系統(tǒng)信息集成發(fā)展。圖5所示為南方電網(wǎng)一體化電網(wǎng)運行智能系統(tǒng)(overallpower grid operation intelligent system，OS2)。

該系統(tǒng)設(shè)計遵循SOA標(biāo)準(zhǔn)體系，在主站端系統(tǒng)集成了以EMS、DMIS、保信等為核心的電網(wǎng)運行監(jiān)控以及業(yè)務(wù)管理功能，在廠站端突出強化建設(shè)了站控層數(shù)據(jù)整合、站端智能化應(yīng)用功能，實現(xiàn)了“一體化、模塊化、智能化”的系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。

在此階段，信息系統(tǒng)的融合和支撐推動電網(wǎng)從物理系統(tǒng)發(fā)展為信息物理系統(tǒng)，在物理世界全面感知的基礎(chǔ)上，通過信息空間虛擬網(wǎng)絡(luò)和電網(wǎng)物理空間實體網(wǎng)絡(luò)的相互協(xié)調(diào)，支撐物理電網(wǎng)具備更高的可靠性、安全性、靈活性、自治性和經(jīng)濟性。

社會信息物理系統(tǒng)

電力系統(tǒng)數(shù)字化的進(jìn)程中，隨著社會傳感器技術(shù)發(fā)展進(jìn)步，社會傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了社會系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的高效連接，如圖6所示，“社會+物理系統(tǒng)”等價地映射到數(shù)字系統(tǒng)中，信息空間與物理世界、人類社會的互動更為全面、實時。

電力系統(tǒng)數(shù)字化發(fā)展進(jìn)入數(shù)字電網(wǎng)發(fā)展階段，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與“云大物移智”等新一代數(shù)字技術(shù)快速崛起并融合發(fā)展，信息社會發(fā)展進(jìn)入“大機器”時代。數(shù)字電網(wǎng)特點可從廣度、深度、速度、跨度4個維度展開分析。

在廣度上，數(shù)字技術(shù)覆蓋電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用全環(huán)節(jié)，貫穿規(guī)劃、建設(shè)、運行、營銷等全業(yè)務(wù)過程，并延伸至能源產(chǎn)業(yè)價值鏈與能源生態(tài)系統(tǒng)；

在深度上，數(shù)字技術(shù)與業(yè)務(wù)的深度融合，持續(xù)促進(jìn)電網(wǎng)企業(yè)數(shù)據(jù)價值釋放，極大的引領(lǐng)技術(shù)革新和業(yè)務(wù)變革；

在速度上，數(shù)字技術(shù)促進(jìn)電網(wǎng)企業(yè)對內(nèi)、外部環(huán)境的全面洞察和快速反應(yīng)，實現(xiàn)數(shù)字技術(shù)對海量信息的接入、傳輸、存儲和處理速度不斷提升；

在跨度上，數(shù)字技術(shù)有效推動電力行業(yè)與其他行業(yè)的廣泛聯(lián)系和跨界協(xié)作，支撐內(nèi)外部服務(wù)撮合，催生平臺經(jīng)濟，促進(jìn)社會治理能力提升，支撐數(shù)字經(jīng)濟和數(shù)字中國建設(shè)。

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