变电站开关设备透明化技术成熟度评价方法研究

摘" 要：该文提出一种变电站开关设备透明化成熟度评价理论框架，并细分为5个递进等级，信息描述、多点映射、动态可视、时效分析和业务协同，旨在覆盖从数据基础构建到高级应用协同过程。从信息组织、关联交互、融会贯通和功能服务4个维度提出成熟度评价指标，并设计完整应用流程。项目成果可为变电站开关设备数字化技术的高阶应用提供技术参考。

关键词：数字电网；变电站；开关设备；透明化；成熟度评价

中图分类号：TM72""""" 文献标志码：A""""""""" 文章编号：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

随着信息技术与电力系统基础设施的一体化趋势，一、二次设备的深度融合成为了推动电网现代化的关键路径[1]。变电站作为电力传输与分配的神经中枢，其智能化与可靠性升级成为提升整个电网透明化与响应速度的迫切需求[2]。

随着电力系统数字化转型，变电站开关设备因规模庞大以及数据分散性，其设备状态检测、数据集成与分析应用等方面尚未实现技术覆盖，如何评估新技术的成熟度并优化其在复杂电网环境下的应用策略，成为实现先进技术部署的迫切需求[3]。现有技术手段和评价体系侧重单一设备性能或局部系统的优化，技术严密性和维度相关性方面具有局限性。一方面，忽略了现实工况及相关技术，以及情景特征与业务需求的相互作用；另一方面，与现有技术理论脱节，缺乏评价指标的理论支撑，难以全面、准确地掌握数字化、透明化应用水平与建设方向[4]。

围绕新型电力系统建设，需要清晰的、具有针对性的变电站开关设备数字化、透明化成熟度定义，对其能力域进行分类，以评估其建设质效。本文的目的旨在：①成熟度描述。呈现当前变电站开关设备的数字化、透明化成熟度水平和目标。②成熟度评价。将数字化、透明化建设目标与现实技术水平和技术成熟度进行评价和对比分析。③规范性建设。为变电站开关设备达到预期的数字化、透明化成熟度水平提供建设指导。

通过对变电站开关设备数字化、透明化技术成熟度进行评价，可把握从基础数据管理到高级应用协同的全链条升级路径，减少技术发展收益的不确定性，以确保技术革新与业务需求的紧密对接。

1" 开关设备数字化、透明化成熟度评价理论框架

1.1" 开关设备数字化、透明化业务需求及现状

数字化、透明化技术发展的主要目的是在设备层面、系统层面和业务层面满足电力系统的运行与维护需求。对其技术成熟度的评价是将组织、系统、过程和技术与实际需求和目的相结合，实现对电力设备的数字化、透明化建设进行描述、指导和开发。随着物联网、人工智能、可视化等技术的发展，对变电站开关的设备数字化、透明化技术成熟度评价重点是围绕战略、组织、技术、操作和需求进行多方面多维度的综合评估[5]。因此，本文从业务单元与发展需求相结合的角度，构建涵盖技术策略、管理策略、运维策略、平台组织和应用流程的成熟度评价模型。

新型电力系统数字化、透明化运维利用数据与知识融合，应对复杂环境，确保运维安全可靠[6]。对其技术成熟度的评估需聚焦于关键技术及智能设备，结合信息共享平台，根据业务需求构建评价模型，定性分析整体数字化、透明化水平，指导实践建设。

由图1可知，本文从价值属性和技术属性对变电站开关设备的技术应用场景进行拆解[7]：①现有应用场景。具备相对成熟的实现技术，可视为基础标准。②未来重点场景。体现出未来建设需求和技术的显性价值，但大规模应用仍待关键技术突破与支撑。

当前，变电站开关设备数字化、透明化面临信息孤立与功能差异等问题：①电场、温度场等数据融合不足，电、热、声等状态信息与空间信息分离，减弱了设备管控效能；②缺乏与可视化对接的数据分析与挖掘方法，导致运维信息管理分散无序；③运维信息与复杂动态工况下的需求不对接，难以支撑变电站数字化运维应用[8]。

本文依托国际标准ITU-T Y.4906《产业数字化转型评估框架》与《企业数字化转型方法论》，以及国内GB/T 23011—2022《数字化转型 价值效益参考模型》与T/AIITRE 10001—2020《数字化转型 参考架构》等规范，结合工信部数字化转型成熟度体系，针对变电站开关设备的特殊运维需求，构建一套分层次、分领域的成熟度评估框架，旨在为变电站数字化、透明化技术的成熟度提供全面并且具有针对性的评估工具，促进技术有效应用与转型升级。

1.2" 数字化、透明化技术成熟度等级

围绕现有的变电站设备的相关理论研究和应用实践，本文依据其特征功能与用途分为6个层面：①面向多维度、多业务需求的杂散乱信息高度集成与有序化、结构化规范组织；②设备实体及其模型的协同应用；③多层级信息、模型与技术资源的融合集成；④基于有序化、结构化信息组织的动态可视化挂接；⑤设备环境与状态资源的优化管理与高效交互；⑥高度可靠的平台工具及其友好服务范式。

基于变电站智能化与可靠性需求，从4个方面将开关设备的数字化、透明化技术分为5个等级：①一级（L1），信息描述。信息描述涉及运用信息技术，从多维度刻画变电站开关设备特性，但现有模式下，信息化模型与实体设备间实时交互受限，依赖人工进行信息组织、控制及模型更新优化。②二级（L2），多点映射。多点映射依据时间、空间及环境条件，反映变电站开关实时状态演变，借助实时数据突破三维局限整合多源信息。然而，设备运维分析与关键节点推理仍主要依靠人工。③三级（L3），动态可视。该成熟度层次实现了信息空间数字化模型的完善组织，支持复杂运行过程的信息透明。动态可视通过增强数据传输，建立双向交互，提升了多源信息的有序组织与可视化水平。④四级（L4），时效分析。时效分析依托设备与模型的实时交互，融合多源信息，动态展现设备状态，并结合运维知识解析内在规律，实现状态全面关联与知识追踪，辅助快速解析设备状况，进行高效分析应用。⑤五级（L5），业务协同。数字化、透明化的变电站设备实时展示状态与趋势，通过即时交互感知状态变化，动态更新设备模型和知识，确保长期运行中的状态与信息的一致性。

1.3" 成熟度评价指标

成熟度等级概括了变电站开关设备数字化、透明化的目标范围，围绕四大维度确立18项指标，细化了各级别对指标的成熟度要求。

1.3.1" 信息组织维度

信息组织维度负责感知变电站设备的信息电量与非电量信息要素，其评价指标见表1。

1.3.2" 关联交互维度评价指标

关联交互是衔接信息基础与业务需求的重要维度，其评价指标见表2。

1.3.3" 融会贯通维度评价指标

数字化、透明化建设需基于业务需求和目标功能进行技术与资源的融合，其评价指标见表3。

1.3.4" 功能服务维度评价指标

功能服务是决定发挥变电站设备信息要素效用和价值的关键，其评价指标见表4。

2" 成熟度评价模型应用流程

成熟度评价模型应用流程分为3个阶段：首先，专家设定指标权重与成熟度评分；其次，进行权重与评分的一致性校验；最后，计算整体成熟度得分，匹配相应等级，如图2所示。

记A表示各单项评价指标权重设定与成熟度评分的判断矩阵，将不同评价指标与成熟度分别进行两两对比，基于层次分析法构建判断矩阵[9]为

式中：aij表示指标i相对于指标j的重要性对比。判断矩阵A是为计算初步权重评分向量的最大特征根，并基于A计算初步权重与评分的一致性

式中：λmax为矩阵A的最大特征值。在此基础上，计算一致性期望

式中：RI为一致性指数。其计算方法为

式中：λavg为矩阵A中所有特征值的平均值。本文设置一致性期望阈值为50%，即当CR＜0.5时，判定评价指标的权重与评分具有满意的一致性，否则需重新设定评价指标权重与评分。在第三阶段，依据满足一致性期望的初步单项指标权重与成熟度评分，计算单项维度的成熟度评分Dn为

式中：m表示单项评估维度下单项评价指标的数量；αi表示第i个评价指标的权重；βj表示第j个评价指标的成熟度评分。S表示变电站设备数字化、透明化成熟度的整体最终评分，其最终结果应由单项维度的成熟度评分及其总权重构成为

式中：4表示本文成熟度评估的4个维度；？着为评分比例系数。依据最终成熟度评分，将变电站设备数字化、透明化成熟度划分为5个等级分段，见表5。

3" 结论

开关类设备的数字化、透明化需要同时进行多种技术性的转变和创新。本文将其成熟度水平划分为信息描述、多点映射、动态可视、时效分析和业务协同5个等级，提出了4个维度、18个指标的成熟度评价模型，设计了电力设备数字化、透明化评价模型的应用流程。研究成果可为变电站开关类设备数字化、透明化的建设提供参考。

参考文献：

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