华电能源数字化转型深度研究论文

1、市场竞争加剧

2020年10月，著名的科学杂志《自然》刊登了一篇研究论文，论文中指出人类生产制造出的物质已经超过了地球上所有生物质量的总和，并且这种增长速度还在不断加快。

随着物质生活的丰裕，人们对企业提供的产品和服务的要求也在不断提高。短短几十年时间，人们对产品和服务的需求经过了从无到有，从有到多，从多到好，从好到优的变化，甚至有不少人群已经开始将需求转变为新颖和个性化。

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随着物质增长的加快，人类的人口增长速度反倒开始持续减缓，预计在2100年前达到峰值，这就导致市场从增量变为了存量。面对这种新局面，企业为了满足日益变化的用户和市场需求，只能被迫选择转型，寻求新的突破。

2、数字化程度加深

随着新一代信息技术的普及应用，社会数字化程度不断加深，逐渐成为当下乃至未来的时代标志，预示着人类“第二空间”的腾飞发展。

根据中国互联网络信息中心最新的《中国互联网络发展状况统计报告》显示，截止2021年12月，我国网民规模已经达到亿，其中手机上网比例为，另外还有以下信息：

3、数据价值凸显

随着数字化深入社会底层，涉及人类生活工作的方方面面，其所产生的总体数据量有了巨幅增长，数据本身也成为构建现代信息、数字社会的重要元素。根据国际数据公司（IDC）预测，2025年时中国产生的数据量预计将达，在全球中的比例为。

在长期的实践中，人们发现数据不只是人类活动产生的附加品，还是促进人类活动发展、优化和改变的重要元素。这主要是因为，数据背后蕴含着丰富的信息量，只要将数据转化为信息，就能通过数据促进信息的增长和交换，创造数据价值。

IDC《2021年上半年中国商业智能软件市场数据跟踪报告》中显示，随着数字化增长，数字化相关技术、服务市场也在不断提升，仅2021年上半年中国商业智能市场规模就达到了亿美元，将前两年20%的增长速度拉高到了。

商业智能BI-派可数据商业智能BI

从商业智能我们就可以看出数据在现代社会的价值，因为商业智能是一套完整的由数据仓库、查询报表、数据分析、数据可视化等组成的数据类技术解决方案，它可以打破数据孤岛，利用数据仓库整合不同来源的数据，并通过ETL和数据模型进行规范处理，然后以图形化手段，进行数据可视化分析，将数据转化为信息和知识，为业务和管理人员提供决策信息支撑。

4、数字经济增长

互联网、物联网、人工智能、云计算、大数据、区块链等新一代信息技术引发了新一轮的科技革命，将数字化建设传播到众多领域，也让数字经济全面开花，在传统经济增长乏力的当下，承当起了国民经济增长的重要支柱。

与此同时，数字经济因为自身的特性，为社会人群构建了一套新颖、互联、线上、跨界的数字空间，为传统的产业经济焕发了第二春，催生出了不同领域的新型经济，为数字经济的多样性作出了证明。

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1. 建立符合数字化转型所需的业务形态

每种业务形态都是与行业和时代相关的。就以零售业为例，从最早期的货郎、市集，再到专卖店，大型超市，不同阶段的零售模式都在发生天翻地覆的变化。而亚马逊、阿里巴巴这样的电商基于数字化的业务形态，正是对传统零售的巨大颠覆。电商这种新的业务形态正式在数字化之下的一种成功业务形态转变。

2.建立符合数字化转型所需的企业文化

对于任何一家企业而言都离不开人，而企业文化正是对于企业内“人”的一种管理和约束，所以要想企业数字化转型成功，就一定要塑造适合的企业文化。能够推动企业文化的变革，通常取决于企业的最高管理层。所以，这个变化需要企业高层首先认识到数字化转型的必要性，明确企业转型的最终目标，认识到企业现状与目标之间的差距，然后确定路径并一步一步坚持走下去。

3.建立符合数字化转型所需的组织结构

企业的组织结构直接决定了企业的管理模式和效率。传统企业而言，金字塔式的组织管理足够稳健，能够保证企业的健康存续和发展。然而在数字化时代，过多的管理层级将极大的影响企业对于变化的响应速度，同时，企业需要有强有力的数字化推进机构来帮助高层实现数字化转型的落地工作。这里我强烈建议组织向互联网的扁平化进行过度，同时建立“数字化转型指导中心”，下设数字化转型管，直接向CEO汇报。以一个独立部门形式推动整个企业内的转型工作。

1.在作业方面:数字化转型能够以人工智能为基础,结合物联网的作用,用机器人替代人力的方式,解放从事繁杂以及危险工作的劳动者。2.在流程管理方面:通过数字化展现整个工作流程,使工作流程呈现变得更加简洁、通俗易懂,减少了重复性的工作,提高了工作流程的自动化水平,促进企业管理流程的扁平化、协同化发展。3.在组织结构方面:由于数字化技术的出现,新的管理部门也会随之产生,因此,在一定程度上,促进企业的组织结构发生着巨大变化,比如机训中心等创新部门的

我国“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出，加强关键数字技术创新应用，加快推动数字产业化，推进产业数字化转型。当前，能源革命与数字革命相融并进，加快电力系统数字化转型已成为推动电网和电网企业高质量发展的必由之路。电力智能传感技术连接电力系统的物理空间与数字空间，将加快电力系统数字化转型。

电力系统可观可测可控能力亟待提升

随着大量分布式能源和电力电子器件接入电力系统，新型电力系统在电源结构、负荷特性、电网形态等方面呈现多样性，电网的关键特性将发生深刻变化，迫切需要实现对各种参量的实时测量反馈与动态调整，提升电力系统的可观、可测、可控能力，构建数字孪生电网，保障电网在复杂网络互联条件下稳定运行。

电力智能传感技术主要涉及传感器、传感网、智能分析等方面。

在电源侧，风电、光伏发电等大量新能源发电设备接入，需要感知温度、光学及位置等信息，监测发电设备运行状态、 健康 情况等，预防事故发生，提高发电效率并延长设备寿命。在电网侧，在输电、变电、配电等场景下，需要利用微气象、温湿度、杆塔倾斜、覆冰、舞动、弧垂、风偏、局部放电、振动及压力等感知装置，采集电网运行与设备状态、环境与其他辅助信息，支撑电网生产运行过程中的信息全面感知及智能应用。在负荷侧，需要利用电能质量、负荷监测等传感量测装置采集智能用电、新能源 汽车 负荷等信息，支撑需求侧柔性负荷资源利用，提升能源利用率及用户侧用能精细化管理水平。

2021年，国家重点研发计划设立了“智能传感器”专项。国家电网公司首批“揭榜挂帅”攻关任务建立“微型低功耗电力传感器技术及应用”研究框架，电力智能传感技术进入全面发展的阶段。

电力智能传感技术实现多领域重点突破

电力智能传感技术涉及多学科交叉融合，目前呈现先进传感材料与器件、低功耗传感网、传感器微源取能、边缘群智分析、融合设计等多领域体系化协同创新发展趋势。

先进传感材料与器件涉及设备状态表征与“声、光、电、磁、热、力”等感知机理、敏感材料、传感器件制备等方向，是传感技术的核心。随着感知机理与传感材料技术不断创新突破，各类新型的电气量、状态量、环境量、行为量传感器将应用于新型电力系统。国网智能电网研究院有限公司目前在变压器油溶气体分离装置、隧穿磁阻（TMR）磁敏电流传感器、基于非接触式传感技术的架空输电线路动态增容系统等方面取得一定成果。变压器油溶气体分离装置主要利用油气分离膜实现变压器油中溶解气体的分离，达到变压器状态检测的目的。该公司自主研发的油气分离膜采用中空纤维结构，增加了油气分离膜的寿命，提升了油气分离效率，可在1小时甚至更短时间内实现油气分离，避免气化油进入检测腔。油气分离膜可稳定运行3年以上，提高了检测的准确性和可靠性。TMR磁敏传感元件降低了磁场噪声，提升了探测灵敏度。未来，基于TMR磁敏传感元件形成的低功耗、易部署的微型电流传感器可应用于电网中微弱电流、高精度交直流、电能表计等场景。基于非接触式传感技术的架空输电线路动态增容系统依靠激光雷达和红外测温技术，获取导线对地距离和导线温度等关键参数，实现导线载流量评估和校验，为输电线路容量调整提供了基础数据，提升了输电通道的最大安全输送能力。

低功耗传感网能够为传感器提供泛在连接通信媒介，是实现分布式感知和数据融合的基础。由于电力系统环境复杂特殊，海量传感器无源无线化成为重要发展趋势。低功耗无线传感网络将提升传感系统长期运行可靠性，降低运维难度。国网智研院基于国家电网公司的输变电设备物联网通信协议，采用低功耗设计技术，研发超低功耗无线传感通信模组与汇聚设备，模组平均功耗达微瓦级，经测算可满足现场电池供电类传感器持续工作7年以上的需求，可解决输变电场景下感知网络的超低功耗、安全可靠接入难题。

传感器微源取能是通过收集环境中电磁、振动及温差等微量能源为传感器供能的技术。目前，国网智研院已研发出侵入式与非侵入式磁场取能样机。在保障样机可贴合电缆的前提下，侵入式磁场取能样机支持在220千伏电缆应用，且在110千伏电缆应用时，可将取能所需的线路负荷下限由7安降到2安。非侵入式磁场取能样机体积已缩小至立方厘米，相比国内外同类装置，取能效率约提升66%，有望在品字形电缆、三芯电缆等场景推广应用，为实现传感器去电池化奠定基础。

此外，边缘群智分析与融合设计关键技术研究正在开展。边缘群智分析技术可实现电力图像、局部放电等感知信号的就地处理、智能分析与诊断。融合设计技术可实现传感、通信、计算、取能等功能在传感器的一体化集成及一二次融合，推动电力设备智能化。

将为电力系统精确感知与智能控制提供支撑

电力智能传感技术的不断突破创新使得物理空间与数字空间在量测、计算及控制等多环节上高效融合，将为新型电力系统的精确感知与智能控制提供支撑。

广义负荷全景观测：新型电力系统中以分布式电源、新能源 汽车 、分布式储能及可调节负荷等为代表的广义负荷接入比例不断攀升，源、网、荷、储各环节的互动关联性将不断加强。未来，基于新型磁阻材料的电流传感器具有低成本、易带电安装的优势，适合在覆盖范围广、线路分支多及负荷变化大的用户侧环境部署使用，实现负荷信息的全景观测。

局部放电立体监测与精确定位：现阶段，高频、特高频、超声等局部放电传感器在电力主设备状态感知中广泛应用。未来，电网企业可通过优化的硬件平台和专用芯片把智能算法就地部署在传感器上，形成“物”端计算系统，并结合典型案例库与算法库，提高故障立体辨识响应速度和定位精准度。

输电线路动态增容能力提升：新能源发电呈现波动性特征，需要准确获取导线状态、环境参量，为线路动态增容提供基础数据。应用非接触式传感技术可采集输电线路全景信息，利用线路沿线的磁场、电场、振动及温差等外部条件实现传感器微源取能，并通过低功耗无线传感网实现可靠安全连接。

智能传感器微型化：微纳传感技术的发展使进一步压缩传感器体积、实现传感器与电力设备的高度融合成为可能。系统级封装（SIP）、微机电系统（MEMS）、纳机电系统（NEMS）等技术和工艺的突破和应用，将助力电力专用的微型化感知器件开发，推进电力设备的智能化。

电力智能传感技术将在加强电网协调控制能力、促进多元用户供需互动、提升电力需求侧管理水平和设备智能化水平等方面发挥重要作用，引领电力系统数字化技术创新和产业升级。

来源:国家电网报 作者:白巍 陆阳 （作者单位：国网智能电网研究院有限公司）

新型电力系统的“新”主要表现为以下几个方面：

电源结构由可控连续出力的煤电装机占主导，向强不确定性、弱可控性出力的新能源发电装机占主导转变。

负荷特性由传统的刚性，纯消费性向柔性、生产与消费兼具型改变。

电网形态方面，传统电力系统是单向逐级输电为主，新型的包括交直流混联大电网、微电网、局部直流电网和可调节负荷的能源互联网。

运行特性的转变，传统电网是由“源随荷动”的实时平衡模式，大电网一体化控制模式。

新型电力系统是向“源网荷储”协同互动的非完全实时平衡模式，大电网与微电网协同控制模式转变。新型电力系统基本五大特征是清洁低碳、安全可控、灵活高效、智能友好、开放互动。

在新型电力系统下，电网运行逐渐呈现智能化、数字化的特点。发展“源网荷储一体化”运行急需“云大物移智链边”其中的云计算、大数据、电力物联网、边缘计算等技术手段，让电网系统配备拥有海量数据处理分析、高度智能化决策等能力的云端解决方案。从而实现各类能源资源整合、打通能源多环节间的壁垒，让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。

数字技术为新型电力系统建设带来诸多新可能：广泛互联互通、全局协同计算、全域在线透明、智能友好互动。因此，新型电力系统建设必然要求数字技术与能源技术深度融合、广泛应用，实现电网数字化转型。电网数字化转型与新型电力系统构建需要相互作用、相融并进，没有电网数字化转型就没有新型电力系统。

智慧“双碳”微电网场景进行数字孪生，有效实现源网荷储一体化管控。整体场景采用了轻量化建模的方式，重点围绕智慧园区电网联通中的源、网、荷、储四方面的设备和建筑进行建模还原。

采用轻量化重新建模的方式，支持 360 度观察虚拟园区内源网荷储每个环节的动态数据，通过自带交互，即可实现鼠标的旋转、平移、拉近拉远操作，同时也实现了触屏设备的单指旋转、双指缩放、三指平移操作不必再为跨平台的不同交互模式而烦恼。

还搭建过智慧电力可视化解决方案，以数字化为载体，依托数据共享优势，将专业横向融合，打破系统间的信息壁垒，把不同类型的分布式资源“聚沙成塔“，构建源网荷储一体化互动体系。实现从能源生产侧到应用侧的数据监测、数据融合、数据显示、设备维护联动管控，让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。

围绕电厂负荷监测、调节策略、执行考核与效果分析三个层级，部署一套具备自主调控、快速响应、科学研判的综合性、多功能、集约化智慧电力综合管控平台。

可视化大屏将碎片化、小规模、多类型的分布式电源（Distributed Generator, DG）、储能系统、柔性负荷等众多可调节资源进行聚合协调。从负荷预测、运行效果、调度优化、电网互动、策略配置、市场交易等维度出发，贯穿了发、输、变、配、用各个环节。深化电力需求侧管理，实现对分布式资源的实时采集与科学配置。同时为并网运行后，对大电网的调频、调峰、调压等做辅助支撑，缓解电网运行压力。

应用丰富的图表组件，选以分类、组合、排序等风格，简化数据浅显易懂，让分类施策取代粗放管理，让系统量化分析取代决策者主观判断，让决策者一眼望穿负荷特性，并在必要的时刻及时调整配网运行方式。在强化电厂的运行调控能力的同时，也提高了经济效益降低防范风险。

可视化大屏有效聚合可控负荷的模式，突破传统电力系统之间的界限，充分激发和释放用户侧灵活调节能力，通过市场化因素引导用户用电行为调整负荷曲线，促进能源供应效益最大化。过去离散刻板的静态数据在Hightopo可视化技术的加持下，充分激发了数字的活力，赋予动态的加载效果，更加利于揭示数据之间复杂关系。

同样也支持采用 3D 轻量化建模形式，将多种复杂的电力管理信息聚集在虚拟仿真环境下，结合专业分析预测模型，对运维设备、运行状态、控制系统进行实时动态采集与多角度并行分析，辅助决策者管理工作的颗粒度更精细、响应更敏捷、行为更智能。

新型电力系统发电侧重主体发生变化了，以后以光伏和风电等新能源发电为主，这样就会从原来集中式电源模式变成“集中和分布式”共同发展的模式。同时由于光伏和风电具有波动性、间歇性和随机性的特点，所以储能在新型电力系统的运作中就变得尤为重要。所以新型电力系统就是要建立“源网荷储”的运作模式，也就是电源、电网、负荷、储能各环节协调互动，实现安全稳定的运行。

可视化把不同类型的分布式资源“聚沙成塔“，构建源网荷储一体化互动体系。实现从能源生产侧到应用侧的数据监测、数据融合、数据显示、设备维护联动管控，让“源网荷储”各要素真正做到友好协同。

01数字化资产电力拥有复杂庞大的资产运行体系，数字化转型中的泛物联网链接即将开启全面感知的数据互联，如何提升能源资产价值，实现资产管理的最优化以及资源效率的最大化，以此达到可持续的价值创造，成为能源数字化转型中的重要方向。02数字化技术以物联网、大数据、云计算、区块链、人工智能等为代表的新一代信息技术在数字化进程中承担着重要角色，同时电网自动化技术、电力电子技术同新一代信息技术的有效融合将贯穿电力数字化转型中的方方面面，理清数字化技术的发展脉络，创新技术应用价值，从而有效发挥数字化技术的核心驱动作用。03数字化经营数字化转型中，经营管理自动化和智能化将为企业业务开展提供重要支撑，从而助力企业形成设备、管理、流程、服务的全数字化场景；能源电力作为智能化程度较高的场景领域，较早引用OA、ERP、CRM、SRM等软件系统，但随着智能化、数字化的深入，数据孤岛、系统协同等问题成为新的发展难点，如何打通内部系统平台、实现协同共享，成为企业经营管理的新方向。04数字化服务数字化转型最终目标是实现更高的商业价值，在新能源和智能技术驱使下，电力行业的业务模式和业务架构也将产生新的颠覆，“能源即服务”的产生正在将能源价值逐渐货币化，而数字化在其中提供了底层保障，基于消费需求、消费形式和企业数字化系统的转变，向用户提供全面性、针对性、可靠性的电力数字化服务，从而催生能源电力新的商业模式，使最终用户享受一体化、多样化、便捷化的服务体验。电力数字化转型实施路径根据电力数字化转型方向，电力领域数字化实施路径整体可以分为五步，分别是数字化采集、数字化分析、数字化改造、数字化安全和数字化生态，围绕关键核心数据进行最大价值挖掘，形成进阶式转型提升。01数字化采集全域物联网建设，通过各类传感器、数据采集设备，实现能源电力领域的数字采集。02数字化分析数字化存储与分析，通过数据中心建设和大数据分析，对核心价值数据进行遴选、存储和分析。03数字化改造建立数字化业务平台，对生产、运行、管理等环节进行数字化改造，如企业管理平台、服务平台、运营平台等。04数字化安全提升数字化安全防护体系，保障电力网络安全稳定、电力系统运行稳定、电力交易可靠稳定。05数字化生态构建能源电力服务生态，整合产业链资源，实现开放合作、协同创新、价值升级的数字化生态服务。

电力企业的数字化转型,是数字经济下电网与业务全方位转型升级为业务数字化和数字产业化。电网企业作为数字重要的基础设施组成部分,为信息技