加快推进数字电力建设的思考与建议
陈小良
（中国电机工程学会原副秘书长）
当今世界，信息技术创新日新月异，数字化、网络化、智能化深入发展，在推动经济社会发展、促进国家治理体系和治理能力现代化、满足人民日益增长的美好生活需要方面发挥着越来越重要的作用。能源数字化建设是“数字中国”建设的重要组成部分，更是能源领域在“双碳”目标下实现绿色低碳转型，建设美丽中国的重要举措。回顾计算机及通信技术进步对电力系统产生的影响，展望电力数字化发展的前景，本文对如何高质量开展电力数字化乃至能源数字化建设，更好地建设数字电力，谈一些认识与思考。
一、电力信息化数字化建设历程与成果分析
（一）“八五”初见成效
电力行业是最早利用先进的计算机、通信技术支撑生产运行的行业之一。我国第一套自主研发的计算机电网调度自动化系统，于1978年8月在华北京津唐电网投入运行，基于电力专用通信网络，实现了对电网电厂、变电站和输电线路等电力设施状态信息的遥测与监控。1988年底，“四大网”引进工程全部投产，东北、华北、华中、华东区域电网调度通过先进的计算机和通信技术实现了电网的状态遥测、监控与能量管理自动化。1995年底，通过引进、吸收、再创新，我国已经具备了自主研制高水平电网调度自动化系统的能力，并在包括西藏在内的32个区域、省级电网，200多个地区电网和300个县级电网调度中，配置了自动化系统。同期，火电厂计算机自动控制、变电站自动化与无人值守系统、电力系统数值计算、水电厂水情测报、电力负荷控制系统等的广泛应用，有力提升了电网的安全性、可靠性与经济性。
（二）“九五”初具规模
“九五”末，电力行业基本建成了较完善的电力专用通信系统和网络、国家电力数据通信网络和信息网络，基本实现了原国家电力公司本部与各网（分）公司、独立省公司网络的互联，建立了全国网络中心（北京），初步建成网（分）公司、省（市）公司的二、三级网络。各省单位均已建立了管理信息系统（MIS），电力信息资源开发利用取得了较大进展，数字化、网络化的信息资源总量有了明显提高。全国35个网、省调度机构均配置了监视控制和数据采集系统（SCADA）与能量管理系统（EMS），300个地区级调度机构中，95%以上配置了SCADA系统；2000个县级调度机构中，近50%配置了SCADA系统。
（三）“十五”提速发展
为适应数字化网络化发展趋势，“九五”末，国家电力公司首次从电力信息化发展的整体高度编制了《国家电力公司电网二次系统“十五”规划》，并就电力信息产业发展进行了战略研究，形成一系列战略举措。按照统一规划、协调实施的指导思想，全面推进电力信息化数字化的基础设施、应用系统、装备产业建设。按照战略与规划，“十五”期间，电力信息化数字化实现了高速发展，在一次电网建设的同时，加大电力信息基础设施建设的投资，加快布局全国电力特种光纤网络，建设技术先进且能支撑各类业务的电力数据网。在业务系统方面，选用性能优良的设备，配套建设和完善继电保护、安全稳定控制系统等电网安全保障体系；建成了具有世界先进水平的国调调度自动化系统，进一步提高了以调度自动化及厂站监控系统为代表的电力行业计算机装备及应用水平，基本达到国际先进水平；企业信息化程度大幅度提高，启动建设电网数据中心，加大信息资源的开发利用，电子商务取得突破性进展，进入国内先进行列。特别值得一提的，是在信息网络安全方面，提出并实现信息网络分区物理隔离，建立了全国电力二次系统安全防护体系，为电力生产控制系统的网络安全发挥了决定性作用。
（四）“十一五”“十二五”迈上新台阶
电力信息化数字化工作继续快速发展，“厂网分开”改革以后，整体谋划行业信息化数字化发展的机制不断完善，电力信息化数字化系统和装备的软硬国产化和企业信息化应用上了新台阶，“十一五”初，具有自主知识产权的电力系统全数字实时仿真关键技术研究实现突破，运用并行计算、云和数模混合技术，实现了全国规模的超大电网安全分析网络化、（超）实时、精细仿真，并在国内推广应用；调度自动化系统的国产化取得重要突破，特大电网一体化调度控制系统（D5000系统）的研制成功与推广应用，使我国在这个领域的技术水平领先世界。实现各级电网的调度自动化系统基本国产化，某些领域占领了国际标准制高点。在企业信息化方面，国家电网公司的特大型企业集团信息化工程（SG186系统）研发建设，使企业管理信息化、网络化实现业务全面覆盖，信息相互贯通等关键技术研发与实施方面取得突破性成果，成为特大型企业信息化管理的成功范例。在安全稳定控制系统方面，基于PMU的广域动态实时稳定防御系统研发取得突破并成功应用。厂站及配网自动化国产化率大幅度提高，火电机组状态及性能全息诊断系统、百万千瓦超超临界机组自启停控制系统、大型抽水蓄能电站计算机监控系统、数字化变电站自动化系统、配电网自动化管理系统实现国产化。
（五）“十三五”全面发展
电力信息化总体呈现向数字化和智能化发展的趋势。在基础设施建设方面，电力通信网络规模进一步扩大。电力行业已形成有线与移动网络相结合，以光纤为主要传输介质，一点多址、微波、卫星通信、电力线载波通信等为辅的现代化信息网络。并构建坚强的光传输网络、应急通信网络、无线通信网等，能够更好地应对各类应用场景及灾害。电力企业积极开展5G、卫星等新一代通信技术的应用试点，推进构建“空天地”一体化、大容量广覆盖的电力通信网络。
在应用系统方面，电网企业以“互联网+”为基础，推进电力物联网建设，围绕电力系统各环节，充分应用物联网、人工智能等技术，大力推进状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活的智慧电力系统建设。发电企业通过对发电设备及运行数据进行有效分析和挖掘，形成“特征指标”，实现数据价值的共享利用；建立生产经营实时大数据平台，实现发电设备及煤炭等物料运转早期预警、状态分析、故障诊断等方面的探索性技术突破。
在支撑能源转型方面，能源互联网技术研究和应用稳步推进，着力将先进信息通信技术、控制技术与先进能源技术深度融合应用，支撑能源电力清洁低碳转型、能源综合利用效率优化和多元主体灵活便捷接入，建设具有清洁低碳、安全可靠、泛在互联、高效互动、智能开放等特征的智慧能源系统。特别值得一提的是国家电网公司建设的新能源云系统，以新能源生态系统为基础，搭建跨企业、行业的服务平台，汇聚信息资源，服务新能源发展和落实“双碳”目标。
在网络安全防御方面，进一步提高了防御水平。电网基于“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的电力监控系统安全防护策略得到落实和加强。
二、数字电力发展面临的挑战
当前，以网络化、信息化与智能化的深度融合为核心的第四次工业革命正在全球迅速推进。发达国家已开始战略布局，抢占数字化时代的科技制高点。我国积极把握数字化时代的历史机遇，相继出台物联网、人工智能等领域一系列战略规划，加速进入“跨界融合、集成创新和规模化发展”的新阶段。全社会数字化持续推进，快速向实体工业领域扩展，电力工业同样面临数字化转型升级的关键机遇。能源互联网成为电力工业切入第四次工业革命的战略基点，利用数字化技术改变整个电力工业过程，连接企业内外部环境，将成为推动经济发展的新增长极。
近年来，随着数字经济的蓬勃发展以及工业化和信息化融合步伐的加快，能源行业数字化转型受到高度重视。建设新型电力系统、实现“双碳”目标，更为数字电力提供了行动要求和机会。各方面积极探索数字化转型的新技术、新模式和新业态，在看到大量机遇的同时，更准确地把握挑战，坚持问题导向，科学有效地推进数字电力建设，具有更加重要的意义。
（一）服务保障转型的挑战诸多
数字化将有力推动电源、电网和负荷等各环节的转型升级，为我国“十四五”新能源跨越式发展注入新动力。但是，从操作层面看，在建设新型电力系统的过程中，一是随着新能源发电、储能设施、电动汽车等大量接入电网，电网数字化及源网荷储协调控制信息基础设施，如监控点规模、监控模式、信息处理与交换及其网络安全等方面需要全面升级，管理模式也出现一些新挑战；二是随着整县光伏工程、区块电网（综合能源系统、微电网、虚拟电厂、增量配电网、产消合一者）发展，电源装机规模会快速上升，对其调度管理模式、信息采集内容与使用方式，都需要从确保电网安全和市场主体自主性的角度，深入思考、管理创新、统筹设计。
（二）系统整体协同性谋划亟待破茧
要充分认识数字电力系统性、整体性、协同性的重要性。从未来的发展愿景看，数字电力是一种基于现代信息技术、先进传感技术、人工智能和大数据技术等先进通信技术构建的具有智能化运行控制和运营管理，多维度数据存储与数据处理，以及数字孪生全景展示与智能交互的新型数字电力系统、数字化设备生产系统为一体的的数字电力生态。这一系统的一个重要标志是从元件到整个系统，电力物理系统和信息系统将深度融和。这个系统既要求电力治理主体协同化，实现政府部门、电源、电网及制造企业、金融机构、学校及研究机构、用户以及各类媒介的信息共享、协调互动；也需要电力设备全寿命要素协同化，实现人员、技术、资金、设备、物料、标准、环境、检测环节信息互通、协调衔接；更要求电力系统要素协同化，实现电力系统的规划设计、设备供应、工程建设、运行调度、仿真计算、评估评价、人事人才、投资管理的信息聚合、无缝衔接。当前，信息互联互通任重道远，数字电力体系架构亟待破茧，协同机制、标准互认（统一）尚需攻坚克难。因此，数字电力的建设发展，必须坚持系统性、整体性、协同性，做好顶层设计。
（三）电力数字化基础性关键性技术研究仍需加强
先进通信技术、传感技术、人工智能、大数据技术、云计算、区块链、数字孪生等现代信息技术发展日新月异，建设新型电力系统迫切需要先进信息技术的有力支撑。但是，先进的信息技术与电力技术的深度融合远远不够，能够在电力实际工作中发挥不可替代作用的产品、系统（如D5000系统）还较少，一些研究难以突破从概念到概念的怪圈，创造出基于新信息技术的新场景、新业态、新模式困难重重。电力信息化技术研发方面，目前主要以应用技术研究为主，更多是公用信息技术应用于电力系统的产品与系统的研制。基础性前瞻性的研究偏少，电力专用芯片、专用平台技术和软件等有待突破。核心和“卡脖子”技术亟需攻关，基于电力实际需求的科学研究、原始创新和机理研究仍显不足。
（四）电力设备智能制造亟需加快步伐
从德国提出的工业4.0，到美国提出的工业互联网，再到中国提出的智能制造2025，无不希望颠覆性地改变制造行业的物流、生产、销售、服务全流程，创造全新的基于全数字化智能化的制造体系。电力设备智能制造对提高电力设备生产质量和可靠性、绿色发展、节约资源、降低成本、提高服务水平等方面都将发挥作用，也将极大促进电力系统安全管理和数字化水平。我国电力设备智能制造亟需加快推进。
（五）企业管理信息化重在赋能科学管理
企业管理信息化的核心是赋能企业科学管理，基础是管理科学化、流程标准化。应用企业资源计划（ERP，Enterprise Resource Planning）的前提是企业管理按照数字化的理念进行治理结构和流程再造。为信息化而信息化，企业管理信息系统就会随着管理模式的创新而被迫不断推倒重来，造成大量信息化投入的浪费。
（六）专业技术支撑队伍有待进一步培育
数字电力工作积淀厚重，门槛高。调度自动化系统实际上是生产运行控制类物联网，而这一系统在70年代后期就投入应用，电力信息基础设施及应用系统建设也取得显著成绩，某些当前流行的新技术，已在电力信息化系统中广泛使用，如云计算等。数字电力建设，特别是涉及电力生产控制类的信息系统专业性极强，安全性、时效性要求极高，我国电力行业的信息化企业经过几十年的“陪伴”式发展，培养了一批通晓电力和信息化技术的复合型技术专家，铸就了今天的成绩。这就使得非专业领域的信息化企业进入电力行业并快速发挥作用难度较大，在某种程度上限制了更多资源服务数字电力建设。数字电力建设迫切需要更多跨电力和信息领域的专业技术支撑队伍，高等院校的专业教育、科研院所的专业研究还有不适应新形势新要求的情况。
三、加快推进数字电力建设的建议
（一）加强数字电力建设的统一领导和统筹协调
数字电力建设是一项复杂的系统工程，具有高科技、跨专业、跨企业、长期性等特点，能否建立高效的领导体制和工作机制，决定着数字电力建设的成败。应建立由产、学、研、用各方共同组成的数字电力领导与工作组织和机制。充分发挥政府部门的领导作用，协会、学会、产业联盟等社团组织的平台、支撑作用，大型企业的主导、带动作用，调动电力企业、装备设备制造企业、信息技术企业、互联网企业、大数据企业等市场主体的活力和创造力，构建数字电力生态体系，以新业态、新模式为引领加快电力行业数字化转型服务。
（二）加强数字电力建设的规划引领和顶层设计
数字电力建设能否取得长远实效，取决于是否有明确的目标、合理的定位和科学的规划。要坚持系统性、整体性、协同性观念，研究制定数字电力战略，要统一规划、协调实施、密切协作，形成合力，结合电力发展规划，集中有限力量，整合配置资源，突出重点，分期实施，努力形成具有电力特色，促进新型电力系统建设与跨越式发展的数字电力发展新模式。要建设新一代电力信息基础设施，建立涵盖电力治理主体、电力设备全寿命要素和电力系统要素等的全要素数字化体系。按照信息分级使用的原则，实现数据的精益采集、标准互认、信息互通、资源共享。促进电力生产与消费的精准适配，形成开放共享、互动共赢的数字电力生态，助力构建清洁、低碳、安全、高效的电力体系，支撑“双碳”目标实现。要优先建设支撑新型电力系统发展的数字化设施，建设好生产控制系统，加快智能电网建设。要按照数字化智能化制造的方向，全面推进电力制造企业数字化。要以应用为导向，规划各类应用系统建设。要在结合企业科学治理、规范管理基础上，规划建设企业信息管理系统。要以用户为中心，形成为用户提供更高质量用能服务的新兴业务，规划建设企业服务营销系统。
（三）加强数字电力基础设施建设
要从数字技术和传统电力工业的深度融合角度，建设敏捷高效的新一代数字技术为基础的数字电力信息基础设施。考虑到电力通信的特殊要求以及资源节约与路径依赖，应充分利用电力通信资源和优势，坚持电力光纤专用网络为主，专用无线网络、公用网络、公用无线网络为辅，在确保应急通信的基础上，统筹规划建设连接所有公用电力设施，服务电力设备制造、工程建设、生产运行、企业管理、应用服务全过程的电力通信物理网和数据网，统一监测，分级分块实施安全管理。数字电力信息基础设施的资源富余部分可以用于公共服务。
（四）建设促进数字电力发展的生态平台
数字电力建设中的技术研发、装备制造、系统搭建需要各类资源的支撑，加快推进数字电力建设的一个重要基础，就是开放更多技术、人才、场景、需求、标准等信息，围绕电力发展需要，采取政府引导、市场运作的方式，加强信息资源整合共享，让企业不用满世界找方案、技术和人才。要建立统一体系下专项生态平台，服务于数字电力建设，鼓励各类信息源通过公用信息平台上网，实现信息资源的综合共享，集中开发一批支撑新能源发展、新型电力系统建设、电力设备智能制造等急需的基础性、综合性生态平台。国家电网公司的新能源云平台是一个典型案例。
（五）优先建设新型电力系统支撑平台
促进“源网荷储”全链条贯通、“云网边端”全流程协同，实现规划设计、设备制造、工程建设、生产运维、调度控制、用户服务全过程跟踪溯源，实现各类电源的全息感知和智能分析，实现精准调控和预测，促进各类电源协调有序发展，解决可再生能源高比例并网接入的难题。推动数字电网建设，针对分布式电源、区块电网、储能、电动汽车等新型市场主体，政府要组织制定各类信息采集使用规范，实现各层电网信息全覆盖精益采集，分级使用，助力透明监管、应急处置，支撑新型电力系统建设，满足储能、电动汽车等新兴市场主体高效参与市场交易。要结合新要求拓展升级与协调调度自动化、厂站自动化、配电自动化、需求侧响应、电力市场、储能管理、安全稳定控制等系统，强化信息安全管理。特别是要应用先进的数字化技术，高效、准确、可靠利用储能、分布电源、需求侧响应及其信息技术优势，优化电网安全稳定控制系统，建设统一分层协调控制的储能数字化管理系统。研发应用区块电网能量管理系统。
（六）继续推进数字发电厂建设
发电企业以构建数字企业为抓手，加强传统煤电机组数字化建设，实现精益化生产和智能发电，提高能效，减少碳排放。依托数字化建设提升新能源的“可观、可控、可测”水平，支撑大规模新能源参与电力系统调控，为新型电力系统充分消纳新能源及安全稳定运行提供数字化保障。
（七）加快电力设备数字制造生态建设
要从数字制造生态层面，尽快推进电力设备数字制造的技术研发、生态平台建设、先进装备建设、先进工艺采用，全面提升设备数字化设计、数字化制造、定制化生产以及数字化移交的水平，应用人工智能、数字孪生等技术，加快推进企业数字化运营，提高管理服务能力。
（八）加强自主创新、标准建设和人才培养
要激发创新创造活力，加大研究开发力度，推进产业发展，着力在先进通信技术、传感技术、人工智能、大数据技术、云计算、区块链、数字孪生技术与电力技术深度融合应用等方面，抓好基础性前瞻性研究，加强机理与模型研究， 加快自主创新的数字化产品研发生产，着力解决“卡脖子”技术。加大电力统一数字化标准建设，积极参与国际标准的研究制订。优化大专院校专业设置、课程体系和科研院所专业设置，着眼长远，培养一大批适应数字电力发展、掌握跨信息与电力领域技术的高素质人才。
（九）切实维护网络和信息安全
信息安全事关国家安全，是数字电力建设的重要内容和保障，必须摆在极其重要的位置。要坚持“安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证”的总方针，重点针对网络系统和基于网络的电力生产控制系统，强化边界防护，提高内部安全防护能力，保证电力生产控制系统及重要数据的安全。要从数字电力整体架构层面，统筹做好信息安全工作。
审核：崔晓利
校对：邱丽静
编辑：李丹丹
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