變電站開關設備透明化技術成熟度評價方法研究

摘" 要：該文提出一種變電站開關設備透明化成熟度評價理論框架，并細分為5個遞進等級，信息描述、多點映射、動態可視、時效分析和業務協同，旨在覆蓋從數據基礎構建到高級應用協同過程。從信息組織、關聯交互、融會貫通和功能服務4個維度提出成熟度評價指標，并設計完整應用流程。項目成果可為變電站開關設備數字化技術的高階應用提供技術參考。

關鍵詞：數字電網；變電站；開關設備；透明化；成熟度評價

中圖分類號：TM72""""" 文獻標志碼：A""""""""" 文章編號：2095-2945（2025）04-0081-05

Abstract： This paper proposes a theoretical framework for transparency maturity evaluation of substation switchgear， which is subdivided into five progressive levels， information description， multi-point mapping， dynamic visualization， timeliness analysis， and business collaboration， aiming to cover the process from data foundation construction to advanced application collaboration. Maturity evaluation indicators are proposed from four dimensions： information organization， correlation interaction， integration， and functional services， and a complete application process is designed. The project results can provide technical reference for high-level applications of substation switchgear digitalization technology.

Keywords： digital power grid; substation; switchgear; transparency; maturity evaluation

隨著信息技術與電力系統基礎設施的一體化趨勢，一、二次設備的深度融合成為了推動電網現代化的關鍵路徑[1]。變電站作為電力傳輸與分配的神經中樞，其智能化與可靠性升級成為提升整個電網透明化與響應速度的迫切需求[2]。

隨著電力系統數字化轉型，變電站開關設備因規模龐大以及數據分散性，其設備狀態檢測、數據集成與分析應用等方面尚未實現技術覆蓋，如何評估新技術的成熟度并優化其在復雜電網環境下的應用策略，成為實現先進技術部署的迫切需求[3]。現有技術手段和評價體系側重單一設備性能或局部系統的優化，技術嚴密性和維度相關性方面具有局限性。一方面，忽略了現實工況及相關技術，以及情景特征與業務需求的相互作用；另一方面，與現有技術理論脫節，缺乏評價指標的理論支撐，難以全面、準確地掌握數字化、透明化應用水平與建設方向[4]。

圍繞新型電力系統建設，需要清晰的、具有針對性的變電站開關設備數字化、透明化成熟度定義，對其能力域進行分類，以評估其建設質效。本文的目的旨在：①成熟度描述。呈現當前變電站開關設備的數字化、透明化成熟度水平和目標。②成熟度評價。將數字化、透明化建設目標與現實技術水平和技術成熟度進行評價和對比分析。③規范性建設。為變電站開關設備達到預期的數字化、透明化成熟度水平提供建設指導。

通過對變電站開關設備數字化、透明化技術成熟度進行評價，可把握從基礎數據管理到高級應用協同的全鏈條升級路徑，減少技術發展收益的不確定性，以確保技術革新與業務需求的緊密對接。

1" 開關設備數字化、透明化成熟度評價理論框架

1.1" 開關設備數字化、透明化業務需求及現狀

數字化、透明化技術發展的主要目的是在設備層面、系統層面和業務層面滿足電力系統的運行與維護需求。對其技術成熟度的評價是將組織、系統、過程和技術與實際需求和目的相結合，實現對電力設備的數字化、透明化建設進行描述、指導和開發。隨著物聯網、人工智能、可視化等技術的發展，對變電站開關的設備數字化、透明化技術成熟度評價重點是圍繞戰略、組織、技術、操作和需求進行多方面多維度的綜合評估[5]。因此，本文從業務單元與發展需求相結合的角度，構建涵蓋技術策略、管理策略、運維策略、平臺組織和應用流程的成熟度評價模型。

新型電力系統數字化、透明化運維利用數據與知識融合，應對復雜環境，確保運維安全可靠[6]。對其技術成熟度的評估需聚焦于關鍵技術及智能設備，結合信息共享平臺，根據業務需求構建評價模型，定性分析整體數字化、透明化水平，指導實踐建設。

由圖1可知，本文從價值屬性和技術屬性對變電站開關設備的技術應用場景進行拆解[7]：①現有應用場景。具備相對成熟的實現技術，可視為基礎標準。②未來重點場景。體現出未來建設需求和技術的顯性價值，但大規模應用仍待關鍵技術突破與支撐。

當前，變電站開關設備數字化、透明化面臨信息孤立與功能差異等問題：①電場、溫度場等數據融合不足，電、熱、聲等狀態信息與空間信息分離，減弱了設備管控效能；②缺乏與可視化對接的數據分析與挖掘方法，導致運維信息管理分散無序；③運維信息與復雜動態工況下的需求不對接，難以支撐變電站數字化運維應用[8]。

本文依托國際標準ITU-T Y.4906《產業數字化轉型評估框架》與《企業數字化轉型方法論》，以及國內GB/T 23011—2022《數字化轉型 價值效益參考模型》與T/AIITRE 10001—2020《數字化轉型 參考架構》等規范，結合工信部數字化轉型成熟度體系，針對變電站開關設備的特殊運維需求，構建一套分層次、分領域的成熟度評估框架，旨在為變電站數字化、透明化技術的成熟度提供全面并且具有針對性的評估工具，促進技術有效應用與轉型升級。

1.2" 數字化、透明化技術成熟度等級

圍繞現有的變電站設備的相關理論研究和應用實踐，本文依據其特征功能與用途分為6個層面：①面向多維度、多業務需求的雜散亂信息高度集成與有序化、結構化規范組織；②設備實體及其模型的協同應用；③多層級信息、模型與技術資源的融合集成；④基于有序化、結構化信息組織的動態可視化掛接；⑤設備環境與狀態資源的優化管理與高效交互；⑥高度可靠的平臺工具及其友好服務范式。

基于變電站智能化與可靠性需求，從4個方面將開關設備的數字化、透明化技術分為5個等級：①一級（L1），信息描述。信息描述涉及運用信息技術，從多維度刻畫變電站開關設備特性，但現有模式下，信息化模型與實體設備間實時交互受限，依賴人工進行信息組織、控制及模型更新優化。②二級（L2），多點映射。多點映射依據時間、空間及環境條件，反映變電站開關實時狀態演變，借助實時數據突破三維局限整合多源信息。然而，設備運維分析與關鍵節點推理仍主要依靠人工。③三級（L3），動態可視。該成熟度層次實現了信息空間數字化模型的完善組織，支持復雜運行過程的信息透明。動態可視通過增強數據傳輸，建立雙向交互，提升了多源信息的有序組織與可視化水平。④四級（L4），時效分析。時效分析依托設備與模型的實時交互，融合多源信息，動態展現設備狀態，并結合運維知識解析內在規律，實現狀態全面關聯與知識追蹤，輔助快速解析設備狀況，進行高效分析應用。⑤五級（L5），業務協同。數字化、透明化的變電站設備實時展示狀態與趨勢，通過即時交互感知狀態變化，動態更新設備模型和知識，確保長期運行中的狀態與信息的一致性。

1.3" 成熟度評價指標

成熟度等級概括了變電站開關設備數字化、透明化的目標范圍，圍繞四大維度確立18項指標，細化了各級別對指標的成熟度要求。

1.3.1" 信息組織維度

信息組織維度負責感知變電站設備的信息電量與非電量信息要素，其評價指標見表1。

1.3.2" 關聯交互維度評價指標

關聯交互是銜接信息基礎與業務需求的重要維度，其評價指標見表2。

1.3.3" 融會貫通維度評價指標

數字化、透明化建設需基于業務需求和目標功能進行技術與資源的融合，其評價指標見表3。

1.3.4" 功能服務維度評價指標

功能服務是決定發揮變電站設備信息要素效用和價值的關鍵，其評價指標見表4。

2" 成熟度評價模型應用流程

成熟度評價模型應用流程分為3個階段：首先，專家設定指標權重與成熟度評分；其次，進行權重與評分的一致性校驗；最后，計算整體成熟度得分，匹配相應等級，如圖2所示。

記A表示各單項評價指標權重設定與成熟度評分的判斷矩陣，將不同評價指標與成熟度分別進行兩兩對比，基于層次分析法構建判斷矩陣[9]為

式中：aij表示指標i相對于指標j的重要性對比。判斷矩陣A是為計算初步權重評分向量的最大特征根，并基于A計算初步權重與評分的一致性

式中：λmax為矩陣A的最大特征值。在此基礎上，計算一致性期望

式中：RI為一致性指數。其計算方法為

式中：λavg為矩陣A中所有特征值的平均值。本文設置一致性期望閾值為50%，即當CR＜0.5時，判定評價指標的權重與評分具有滿意的一致性，否則需重新設定評價指標權重與評分。在第三階段，依據滿足一致性期望的初步單項指標權重與成熟度評分，計算單項維度的成熟度評分Dn為

式中：m表示單項評估維度下單項評價指標的數量；αi表示第i個評價指標的權重；βj表示第j個評價指標的成熟度評分。S表示變電站設備數字化、透明化成熟度的整體最終評分，其最終結果應由單項維度的成熟度評分及其總權重構成為

式中：4表示本文成熟度評估的4個維度；？著為評分比例系數。依據最終成熟度評分，將變電站設備數字化、透明化成熟度劃分為5個等級分段，見表5。

3" 結論

開關類設備的數字化、透明化需要同時進行多種技術性的轉變和創新。本文將其成熟度水平劃分為信息描述、多點映射、動態可視、時效分析和業務協同5個等級，提出了4個維度、18個指標的成熟度評價模型，設計了電力設備數字化、透明化評價模型的應用流程。研究成果可為變電站開關類設備數字化、透明化的建設提供參考。

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