透明電網(wǎng)理論框架與關(guān)鍵技術(shù)一、前言當(dāng)前，世界能源行業(yè)順應(yīng)數(shù)字化時代趨勢演進發(fā)展，我國電力體制改革深入推進，加快能源轉(zhuǎn)型成為國內(nèi)外共識。我國積極實施碳達峰、碳中和目標計劃，體現(xiàn)了推動世界綠色低碳轉(zhuǎn)型的決心與擔(dān)當(dāng)[1]。構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，是國家重大部署、電力工業(yè)發(fā)展趨勢，對引領(lǐng)電力企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展、拓展新型電力理論研究具有重要意義[2]。在我國，電網(wǎng)數(shù)字化建設(shè)仍處于起步階段，新一代信息通信技術(shù)在電網(wǎng)中的技術(shù)拓展、應(yīng)用場景等研究仍不充分，相應(yīng)系統(tǒng)的研究框架有待形成。李立浧研究團隊率先提出的“透明電網(wǎng)”理念，側(cè)重信息通信技術(shù)與電網(wǎng)應(yīng)用的結(jié)合，可為新型電力系統(tǒng)數(shù)字化建設(shè)、未來電網(wǎng)發(fā)展提供基礎(chǔ)參考。本文旨在系統(tǒng)論述透明電網(wǎng)的理論框架與關(guān)鍵技術(shù)，及時反映新的宏觀態(tài)勢，為我國透明電網(wǎng)建設(shè)筑牢理論基礎(chǔ)。具體來說，梳理透明電網(wǎng)的能源生態(tài)圈概念、業(yè)務(wù)需求、愿景及特征、發(fā)展藍圖，剖析透明電網(wǎng)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)體系，分析技術(shù)體系與基礎(chǔ)裝備涉及的多層次關(guān)鍵技術(shù)，進而提出我國透明電網(wǎng)發(fā)展建議。二、透明電網(wǎng)的能源生態(tài)圈與業(yè)務(wù)需求（一）透明電網(wǎng)能源生態(tài)圈概念透明電網(wǎng)是在能源轉(zhuǎn)型趨勢下，電網(wǎng)與以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代信息通信技術(shù)相融合的新型發(fā)展形態(tài)，整合了當(dāng)前的主要技術(shù)進步與行業(yè)發(fā)展需進技術(shù)，對現(xiàn)有分散的系統(tǒng)及平臺進行整合和創(chuàng)新，加強“源網(wǎng)荷儲”全鏈條感知與控制能力，實質(zhì)性提升電網(wǎng)的建設(shè)、運維、管理水平；打破運行控制、運營管理的業(yè)務(wù)壁壘，掌握海量終端用戶和運行大數(shù)據(jù)，實現(xiàn)能量流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流的透明化管控，進而充分發(fā)揮資源優(yōu)化配置作用，形成電力市場驅(qū)動的電力能源生態(tài)圈見圖。

（二）透明電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求常規(guī)業(yè)務(wù)升級與優(yōu)化一是電網(wǎng)狀態(tài)全面感知。透明電網(wǎng)智能運維將廣泛應(yīng)用小微智能傳感器、無線傳感器采集的電網(wǎng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建大規(guī)模傳感網(wǎng)絡(luò)；基于小微智能傳感控制、新一代通信技術(shù)，開發(fā)邊緣計算和自適應(yīng)控制算法；結(jié)合機器學(xué)習(xí)等人工智能（AI）算法，快速匯總、分析、處理海量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備健康、環(huán)境狀態(tài)等的在線實時智能感知，支持故障診斷和運維決策，提高系統(tǒng)供電的可靠性。二是數(shù)字運營管控平臺。為適應(yīng)快速發(fā)展的電網(wǎng)管理需要，基于透明電網(wǎng)云平臺，以現(xiàn)有資產(chǎn)管理系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)等的逐步云化、微服務(wù)化改造為基礎(chǔ)，建設(shè)企業(yè)級電網(wǎng)管理平臺；統(tǒng)一資產(chǎn)實三是電網(wǎng)運行的智慧決策。將領(lǐng)域知識與機器學(xué)習(xí)方法相結(jié)合，實現(xiàn)模型驅(qū)動和數(shù)據(jù)驅(qū)動的互補，深度挖掘大規(guī)模傳感網(wǎng)絡(luò)所獲取海量數(shù)據(jù)的潛在價值。以透明電網(wǎng)云平臺為基礎(chǔ)，以“模型+數(shù)據(jù)”混合驅(qū)動方式為支柱，實現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理；發(fā)揮透明電網(wǎng)泛在可見、可知、可控的數(shù)據(jù)優(yōu)勢，為電網(wǎng)高效經(jīng)濟、安全穩(wěn)定運行提供智慧決策支持。新興業(yè)務(wù)拓展與管理五”規(guī)劃（2016—2020）》提出，建立并健全電力市場體系，建立標準統(tǒng)一的電力市場交易技術(shù)支持系統(tǒng)。因此，提高交易透明度是電力市場建設(shè)的安全前提下的電力交易信息共享。目前各省份電力交易系統(tǒng)之間面臨銜接統(tǒng)籌不足問題，交易信息共享、數(shù)據(jù)交互存在很大阻礙，導(dǎo)致電力調(diào)度運行數(shù)據(jù)、市場信息、市場交易等公開信息的透明性不足。透明電網(wǎng)通過用戶用電行為的透明化，可以預(yù)售電公司電網(wǎng)公司設(shè)備公司工程公司綜合能源服務(wù)公司電網(wǎng)公司燃氣公司

司 司電網(wǎng)運維工程公司電網(wǎng)運維

能源服務(wù)公司智能配網(wǎng)公司互聯(lián)網(wǎng)公司設(shè)備公司代理公司

裝

專利公司政府

應(yīng)用層

數(shù)據(jù)服務(wù)公司咨詢公司能源公司個人投資者

平臺搭建政府平臺搭建

綠色證書交易能源公司

云科技公司平臺服務(wù)公司

配售電公司圖1與透明電網(wǎng)密切關(guān)聯(lián)的能源生態(tài)圈測用電行為、優(yōu)化電力調(diào)度成。節(jié)電業(yè)務(wù)指節(jié)能服務(wù)公司為客戶提供能耗分析、節(jié)能方案設(shè)計、節(jié)能設(shè)備定制及安裝調(diào)試、節(jié)能效果評價等一系列服務(wù)，從客戶獲得的節(jié)能效益中收回投資并取得利潤。對于透明電網(wǎng)，發(fā)展節(jié)電業(yè)務(wù)將解決用戶節(jié)電面臨的用電數(shù)據(jù)不透明、缺少節(jié)電指導(dǎo)依據(jù)等問題；依據(jù)用戶用電特性細分用電群體，通過多源數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析形成優(yōu)化節(jié)電策略，驅(qū)動節(jié)電過程的可見、可知、可控。二是電力需求側(cè)響應(yīng)，主要包括有序用電、能效管理、負荷管理等，在電力供需矛盾突出的情況下，以行政、經(jīng)濟、技術(shù)等手段合理分配電力資源，確保供需平衡，最大程度降低缺電損失。在透

明電網(wǎng)中，依靠小微智能傳感器進行電力數(shù)據(jù)的廣泛采集與高效處理，顯著提升電力需求側(cè)響應(yīng)的負荷控制精度及速度，使得需求側(cè)負荷資源廣泛參與到系統(tǒng)備用、調(diào)峰、調(diào)頻等服務(wù)。三是數(shù)字能源生態(tài)建設(shè)。對電網(wǎng)狀態(tài)和信息進行全面感知與控制，必將產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，因而電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型、數(shù)字能源生態(tài)建設(shè)是實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)安全高效利用的必由之路。①數(shù)字政府和透明電網(wǎng)。數(shù)字政府是一種遵循“業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化”的新型政府運行模式。透明電網(wǎng)將根據(jù)數(shù)字政府、數(shù)字電網(wǎng)、利益相關(guān)方的對接需求，制定信息與服務(wù)對接標準和規(guī)范；借助電網(wǎng)管理平臺和客服平臺，與數(shù)字政府、數(shù)字電網(wǎng)、利益相關(guān)方實現(xiàn)信息電力保險，主要通過電網(wǎng)資產(chǎn)清分工作，細化承保理賠顆粒度，實現(xiàn)電網(wǎng)資產(chǎn)風(fēng)險分層分類管理。持續(xù)開展電網(wǎng)運行風(fēng)險研究，針對電網(wǎng)資產(chǎn)建設(shè)、運營、退役的全過程制定保險產(chǎn)品，實現(xiàn)風(fēng)險的全面覆蓋；建設(shè)專業(yè)電力保險服務(wù)能力及團隊，為電力行業(yè)客戶提供精細化、專業(yè)化、差異化服務(wù)。三、透明電網(wǎng)的愿景、特征與發(fā)展藍圖（一）透明電網(wǎng)的目標愿景在電能生產(chǎn)方面，實時感知負荷需求并智能預(yù)測負荷，綜合考慮可再生能源消納、系統(tǒng)運行成本，開展“源荷”協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度以提高能源利用效率。積極支持新能源能效發(fā)揮，推動新能源從補充能源轉(zhuǎn)向替代能源甚至主體能源，為構(gòu)建“清潔低碳、安全高效”的能源體系提供堅實支撐。在電網(wǎng)運營方面，一方面以智能電氣設(shè)備為載體來實現(xiàn)電網(wǎng)的靈活、快速控制，以AI、現(xiàn)代控制技術(shù)為手段來保障電網(wǎng)智能化運行，以電網(wǎng)運行效率及穩(wěn)定性的顯著提高來引領(lǐng)智能電網(wǎng)邁向高級階段；另一方面鼓勵電網(wǎng)企業(yè)面向用戶推動業(yè)務(wù)與數(shù)字化技術(shù)融合，提供全面的數(shù)字化業(yè)務(wù)服務(wù)并最終實現(xiàn)全部業(yè)務(wù)的高效數(shù)字化。在儲能服務(wù)方面，實施儲能裝置的大規(guī)模分布式應(yīng)用，提升可再生能源大規(guī)模接入時的電網(wǎng)安全水平和運行效率，兼顧需求側(cè)快速響應(yīng)和用戶經(jīng)濟效益改善。在電能消費側(cè)服務(wù)方面，基于透明電網(wǎng)的分布式能源與小微能源“產(chǎn)銷”一體模式，實現(xiàn)能源供給模式由集中式轉(zhuǎn)向分布式；對用戶能耗設(shè)備信息進行監(jiān)控和感知，統(tǒng)籌控制用戶的分布式電源、電能儲存設(shè)備、可控負載，達到電能供需平衡。在數(shù)據(jù)資產(chǎn)運營方面，實現(xiàn)透明電網(wǎng)中所有設(shè)備、各類狀態(tài)的數(shù)據(jù)信息深度透明，自由獲取相關(guān)的歷史信息、在線信息，合理預(yù)測未來數(shù)據(jù)信息。在設(shè)備及平臺運維管理方面，以大規(guī)模應(yīng)用的小微智能傳感器、無線傳感器為基礎(chǔ)，構(gòu)建泛在傳感網(wǎng)絡(luò)，形成監(jiān)測電網(wǎng)設(shè)備、測量大電網(wǎng)廣域大數(shù)據(jù)的基本能力。在能源及衍生品交易方面，依托電網(wǎng)的透明化，支持“源網(wǎng)荷儲”參與者的自由選擇、靈活交易，使得電力生產(chǎn)、輸送、轉(zhuǎn)換、消費、交易等的邊際成本趨零。在能源產(chǎn)業(yè)金融服務(wù)方面，以透明電網(wǎng)作為構(gòu)建能源生態(tài)系統(tǒng)的重要主體，發(fā)揮好“管道”“平臺”作用，引領(lǐng)能源轉(zhuǎn)型。

（二）透明電網(wǎng)的基本特征電網(wǎng)狀態(tài)全面感知在線實時感知設(shè)備健康狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等，實現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測、態(tài)勢感知、智能運維。在線實時感知電網(wǎng)傳輸能力、電能質(zhì)量等，實現(xiàn)電網(wǎng)安全風(fēng)險評估、經(jīng)濟運行優(yōu)化、智能決策調(diào)度。實時發(fā)布電網(wǎng)輸配電價格、各類電力市場及輔助服務(wù)價格、交易過程/結(jié)果，便于“源網(wǎng)荷儲”參與者自由選擇交易，市場監(jiān)管者、各方參與者實時監(jiān)控交易過程。信息傳遞透明通過嚴格的權(quán)限分配實現(xiàn)信息共享，構(gòu)建能源網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系信息數(shù)據(jù)庫。利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，識別能源傳輸網(wǎng)絡(luò)的拓撲信息并保持狀態(tài)透明。整體規(guī)劃多機構(gòu)、多層面，兼顧一定獨立性的應(yīng)用部署模式，實行數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和信息集成。業(yè)務(wù)透明構(gòu)建分布式控制和優(yōu)化框架，驅(qū)動多個主體協(xié)同合作，配置全系統(tǒng)運行目標，完成各業(yè)務(wù)之間的相互銜接，實現(xiàn)業(yè)務(wù)透明。運行狀態(tài)透明運用系統(tǒng)安全性分析理論、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實時研判各能源系統(tǒng)傳輸能力、供能質(zhì)量等信息，全面掌握電網(wǎng)的設(shè)備信息、運行數(shù)據(jù)、日報數(shù)據(jù)。廣泛參與性通過泛在互聯(lián)和深度感知，匯集各類資源參與電力系統(tǒng)的運行和調(diào)節(jié)，促進“源網(wǎng)荷儲”協(xié)同互自由存儲和獲取電網(wǎng)數(shù)據(jù)利用小微智能傳感器、傳感網(wǎng)絡(luò)、軟件平臺以及通信技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)、邊緣計算技術(shù)、AI技術(shù)，實現(xiàn)電網(wǎng)的自由/）數(shù)據(jù)存儲和獲取。能源市場交易狀態(tài)透明網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點、各時段可供能的能力、質(zhì)量、價格，各類輔助服務(wù)的價格趨向透明化和市場化，實時獲取能源市場信息；市場盈利機制成熟，能源交易過程公平、公正、公開。（三）透明電網(wǎng)的發(fā)展藍圖促進用能的清潔低碳在推進能源供給側(cè)改革方面，建設(shè)透明電網(wǎng)將積極消納清潔能源，推動電力市場深化改革，有利于完善與可再生能源相關(guān)的電力市場規(guī)則；完善天然氣發(fā)電、可再生能源電力消納保障機制，激勵相關(guān)靈活性資源的投資；保持與電力規(guī)劃的協(xié)調(diào)，優(yōu)化電力系統(tǒng)調(diào)度運行。在優(yōu)化能源供應(yīng)結(jié)構(gòu)方面，建設(shè)透明電網(wǎng)將遵循保障能源供應(yīng)安全、促進能源清潔低碳的主線，推動煤炭清潔高效利用并嚴格控制煤炭消費總量；擴大天然氣發(fā)電規(guī)模，提高天然氣利用水平；加快發(fā)展非化石能源，提高在電力消費中的比重；積極爭取區(qū)外清潔能源供應(yīng)，滿足新增用能用電需求；改善重點領(lǐng)域、重點行業(yè)的電力使用效率，確保能源高效利用；提升終端用能的電氣化水平，使得能源發(fā)展的環(huán)境效益深入終端層面。保障用電的安全高效完善主干電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，在外部建設(shè)外環(huán)通道，在內(nèi)部建設(shè)柔直“背靠背”通道；各分區(qū)組團互聯(lián)，分層分區(qū)合理、區(qū)間聯(lián)絡(luò)清晰，消除電網(wǎng)短路電流超標、潮流大規(guī)模轉(zhuǎn)移、交直流相互影響等電網(wǎng)運行風(fēng)險?？茖W(xué)構(gòu)建主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，確保容量充足、結(jié)構(gòu)清晰、運行高效、事故可控；提升電力基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)互通水平，改善電力安全保障與電力資源優(yōu)化配置能力。基于透明電網(wǎng)的數(shù)字運營管控平臺，從提高電力系統(tǒng)抗風(fēng)險能力、健全能源應(yīng)急聯(lián)通協(xié)作機制等方面開展能源抗風(fēng)險體系建設(shè)，提高能源系統(tǒng)抗風(fēng)險能力。將網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)作為透明電網(wǎng)安全建設(shè)的重要環(huán)節(jié)，做好政策協(xié)調(diào)，制定規(guī)范標準，不斷提升信息安全服務(wù)水平。全方位加強能源領(lǐng)域的資源、技術(shù)、貿(mào)易合作與融合，構(gòu)建多元能源供應(yīng)體系。強調(diào)透明電網(wǎng)安全發(fā)展，強化能源“儲運”網(wǎng)絡(luò)，完善能源應(yīng)急保障機制，提升能源系統(tǒng)抗風(fēng)險能力，筑牢能源安全基石。統(tǒng)籌區(qū)域之間的能源發(fā)展關(guān)系，推動能源與制造、交通、海洋、信息等產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展；以“源網(wǎng)荷儲”協(xié)調(diào)發(fā)展、高效運行，促進資源優(yōu)化配置與區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展。能源節(jié)約與高效低碳利用并舉，推動能源消費革命，推廣區(qū)域綜合能源利用，抑制不合理能源消費，提高能源利用效率。通過透明電網(wǎng)提質(zhì)增效，

開創(chuàng)節(jié)約高效、綠色低碳經(jīng)濟的用能新局面。創(chuàng)新電力行業(yè)發(fā)展業(yè)態(tài)推動智能輸配電產(chǎn)業(yè)發(fā)展。促進“大云物移智鏈”等信息通信技術(shù)與電力系統(tǒng)自動化產(chǎn)業(yè)的融合，實施核心設(shè)備的智能化升級與國產(chǎn)化制造，壯大柔性直流輸配電成套設(shè)備、智能電網(wǎng)、用戶端裝備制造業(yè)。廣泛應(yīng)用主動配電網(wǎng)、“即插即用”電力電子并網(wǎng)設(shè)備等，滿足分布式電源的靈活友好接入需求。充分利用并整合現(xiàn)有基礎(chǔ)來開展透明電網(wǎng)建設(shè)，推動智慧城市、互聯(lián)網(wǎng)、信息通信技術(shù)與能源系統(tǒng)及能源市場的深度融合，引領(lǐng)能源互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)、新模式、新業(yè)態(tài)，促進能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。通過能源生產(chǎn)與運營的智能化，促進電氣化與信息化深度融合的能源消費，建立開放互信的能源市場，構(gòu)建智慧能源體系。保持能源科技創(chuàng)新投入，以能源互聯(lián)網(wǎng)智慧能源建設(shè)來推動能源領(lǐng)域“政產(chǎn)學(xué)研”合作，培育智慧能源創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈。發(fā)揮政府規(guī)劃的引領(lǐng)和調(diào)控作用，增強企業(yè)在能源科技創(chuàng)新中的主體地位，建設(shè)能源產(chǎn)業(yè)自主創(chuàng)新高地和先進制造產(chǎn)業(yè)基地。改革能源管理體制機制，推動能源市場一體化發(fā)展，促進各類能源要素的自由流通和高效配置。創(chuàng)新能源協(xié)調(diào)監(jiān)管、投融資、價格形成等機制和市場交易模式，破除舊有能源體制機制對高質(zhì)量發(fā)展的阻礙作用。四、透明電網(wǎng)關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)體系（一）透明電網(wǎng)的增量科技創(chuàng)新要素“風(fēng)、光、儲”以及智能終端的廣泛接入，顯著增加了電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性；為了適應(yīng)系統(tǒng)演進，電網(wǎng)架構(gòu)應(yīng)同步升級。透明電網(wǎng)以全電網(wǎng)數(shù)據(jù)的全生命周期透明可視為主要特征，是適宜的技術(shù)路線方案，而面向傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的理論方法與關(guān)鍵技術(shù)體系難以直接沿用。透明電網(wǎng)的發(fā)展依托小微智能傳感器的廣泛配置，信息流的感知、傳輸、處理、應(yīng)用體系，顯然需要新增諸多理論與科學(xué)方法以提供堅實支撐：論與方法，支持實現(xiàn)透明電網(wǎng)中海量數(shù)據(jù)的全生命036AI理論與方法，適應(yīng)復(fù)雜系統(tǒng)智能作業(yè)、上述理論與科學(xué)方法將支持突破透明電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)體系，可從4個層面分別構(gòu)建透明電網(wǎng)基礎(chǔ)框高效、可靠、安全的通信網(wǎng)絡(luò)作為海量數(shù)據(jù)的傳輸層，面向?qū)嶋H業(yè)務(wù)需求發(fā)展AI技術(shù)，引入行為科學(xué)與數(shù)學(xué)優(yōu)化理論，解決透明電網(wǎng)新場景下的實際管理問題。值得指出的是，傳統(tǒng)電網(wǎng)的系列關(guān)鍵技術(shù)仍有價值，但需針對透明電網(wǎng)新場景演進升級見圖。（二）透明電網(wǎng)涉及的理論與科學(xué)方法復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)理論與透明電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)相關(guān)的復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)理論主要有復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論[3,4]、社會物理信息系統(tǒng)理由概率描述系統(tǒng)對象之間關(guān)系的問題，可反映系統(tǒng)

的不確定性，為分析決策提供基礎(chǔ)工具并進行復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)化控制；與經(jīng)典電力系統(tǒng)理論關(guān)聯(lián)結(jié)網(wǎng)可據(jù)此實現(xiàn)計算、通信、精確控制、遠程協(xié)作、自治等功能，進而實現(xiàn)電網(wǎng)生態(tài)中能量流、人才流、信息流的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。③多智能體理論旨在解決電力系統(tǒng)組織、決策的形態(tài)問題，將大而復(fù)雜的電網(wǎng)系統(tǒng)拆分為規(guī)模較小、互相通信、易于協(xié)調(diào)和管理的系統(tǒng)，據(jù)此實施分布式計算，分布式預(yù)測、監(jiān)控及診斷，分布式智能決策，協(xié)調(diào)專家系統(tǒng)等功能。電力系統(tǒng)理論與方法與透明電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)相關(guān)的電力系統(tǒng)理論與方法主要有現(xiàn)代控制理論[5]、可再生能源系統(tǒng)分析時變系統(tǒng)中的相關(guān)基礎(chǔ)問題，以現(xiàn)代控制技術(shù)為手段，實現(xiàn)電網(wǎng)的智能化運行，提高電網(wǎng)運行效率和分布式優(yōu)化問題[6]，針對大量可再生能源接入后電網(wǎng)具有不確定性和波動性的特點，建模能量樞紐、多能流網(wǎng)絡(luò)，建立分布式運行與控制系統(tǒng)，利用算法優(yōu)化運行策略實現(xiàn)多能協(xié)調(diào)運行和分布式協(xié)同調(diào)控，最終實現(xiàn)多能協(xié)同。網(wǎng)絡(luò)理論與方法與透明電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)理論與方法主要有網(wǎng)絡(luò)價值理論、物聯(lián)網(wǎng)理論[7]、網(wǎng)絡(luò)分析方理論與科學(xué)方法關(guān)鍵技術(shù)傳統(tǒng)電網(wǎng)透明電網(wǎng)傳統(tǒng)電網(wǎng)透明電網(wǎng)多參量智能微納傳感和物聯(lián)終端電力系統(tǒng)分析技術(shù)智能化集成關(guān)鍵技術(shù)復(fù)雜系統(tǒng)科學(xué)理論網(wǎng)絡(luò)理論與方法可靠安全性傳感數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)電機分析技術(shù)電力系統(tǒng)理論與方法數(shù)據(jù)科學(xué)理論與方法終端智能管控平臺及透明電網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺關(guān)鍵技術(shù)電力電子技術(shù)管理科學(xué)理論與方法AI理論與方法數(shù)字孿生建模與融合關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代控制技術(shù)面向業(yè)務(wù)的AI關(guān)鍵技術(shù)高電壓技術(shù)基于行為科學(xué)模型和數(shù)學(xué)優(yōu)化的透明電網(wǎng)管理關(guān)鍵技術(shù)圖2兩類電網(wǎng)的關(guān)鍵科學(xué)與技術(shù)體系比較037值的方法。小微傳感器的推廣應(yīng)用，使得電力設(shè)備的物理狀態(tài)及環(huán)境信息成為電力網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點；支持實現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)的全面感知，設(shè)備健康、環(huán)境狀態(tài)的在線實時智能感知，據(jù)此形成故障診斷和運維決電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性、電力傳輸優(yōu)化的連續(xù)性問題，借助通信網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)備的互聯(lián)互通，與軟件算法結(jié)合實現(xiàn)數(shù)字建模、實時分析，與AI技術(shù)結(jié)合數(shù)據(jù)分析的問題，對網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行檢測、分析、診斷，協(xié)助排除網(wǎng)絡(luò)事故以規(guī)避安全風(fēng)險，提高電力網(wǎng)絡(luò)性能并增大可用價值。數(shù)據(jù)科學(xué)理論與方法數(shù)據(jù)科學(xué)[8]以統(tǒng)計學(xué)、機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化等為理論基礎(chǔ)，結(jié)合領(lǐng)域知識開展數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)產(chǎn)品開發(fā)等應(yīng)用，最終從數(shù)據(jù)中提取有價值的知識。在透明電網(wǎng)中，小微傳感器廣泛分布，大量用戶依托云平臺開展業(yè)務(wù)，擁有海量的數(shù)據(jù)且待挖掘的數(shù)據(jù)價值潛能豐富[9,10]。數(shù)據(jù)科學(xué)支持透明電網(wǎng)生態(tài)中的各類企業(yè)用戶從數(shù)據(jù)中獲取價值，為企業(yè)運營決策提供

精準信息；以數(shù)據(jù)貫通推動業(yè)務(wù)流程貫通，實現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)信息的高度互聯(lián)與數(shù)據(jù)共享，促進跨部門、跨專業(yè)的高效協(xié)同。AI理論與方法AI用于高維、時變、非線性問題的強優(yōu)化處理。透明電網(wǎng)中重復(fù)性業(yè)務(wù)眾多，具有專家知識的AI在代替人力完成繁冗工作、降低人為操作失誤方面[11]；對具體數(shù)學(xué)模型依賴程度低，基于[12]。AI理論與方法支持實現(xiàn)透明電網(wǎng)發(fā)展建設(shè)所需的智能傳感與物理狀態(tài)相結(jié)合、數(shù)據(jù)驅(qū)動與仿真模型相結(jié)合、輔助決策與運行控制相結(jié)合等能力，保障復(fù)雜電網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建與可靠運行見圖。管理科學(xué)理論與方法管理科學(xué)理論與方法旨在增強電網(wǎng)企業(yè)綜合管理能力，主要有運籌學(xué)、生產(chǎn)計劃和管理、決策分析、行為科學(xué)、計算機仿真[13]等。例如，基于以運籌學(xué)為代表的數(shù)學(xué)優(yōu)化理論，研究管理對象特征及其運行規(guī)律，抽象出高置信度的數(shù)學(xué)模型，據(jù)此基于充分信息進行綜合分析；這與透明電網(wǎng)中信息的透明、無阻流通高度對應(yīng)[14]。數(shù)據(jù)科學(xué)理論與方法 AI理論與方法機器學(xué)習(xí)傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)：機器學(xué)習(xí)傳統(tǒng)機器學(xué)習(xí)：等等等大數(shù)據(jù)氣象數(shù)據(jù)地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)備臺賬網(wǎng)架拓撲用戶基礎(chǔ)信息運行 數(shù)據(jù)AI系統(tǒng)應(yīng)用電力系統(tǒng)發(fā)電系統(tǒng)輸電系統(tǒng)配電系統(tǒng)用電系統(tǒng)/微網(wǎng)環(huán)境數(shù)據(jù) 模糊邏輯 綜合能源系統(tǒng)石油網(wǎng)絡(luò)天然氣網(wǎng)絡(luò)……運行優(yōu)化與穩(wěn)定控制故障診斷系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)經(jīng)濟設(shè)備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)用能分析電力市場用戶用能信息智能芯片泛在傳感器分布式網(wǎng)絡(luò)高性能服務(wù)器數(shù)據(jù)中心與云平臺系統(tǒng)規(guī)劃能源預(yù)測網(wǎng)絡(luò)安全與防護專家系統(tǒng)按任務(wù)類型：邏輯、規(guī)則、語文網(wǎng)絡(luò)、框架計算智能感知智能認認知智能數(shù)據(jù)資源 網(wǎng)絡(luò)理論與方法 管理科學(xué)理論與方法圖3電力系統(tǒng)、綜合能源系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)、AI及系統(tǒng)應(yīng)用需求的關(guān)系注：SVM表示支持向量機；RF表示隨機森林算法；K-means表示K均值算法；CNNs表示卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；DBNs表示動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；Sarsa表示強化學(xué)習(xí)算法；TrAdaBoost表示一類遷移學(xué)習(xí)算法。038五、透明電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與基礎(chǔ)裝備（一）透明電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)透明電網(wǎng)技術(shù)體系主要包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應(yīng)用層上的關(guān)鍵技術(shù)見圖。感知層關(guān)鍵技術(shù)感知層旨在為透明電網(wǎng)的建設(shè)運行提供信息采集服務(wù)，關(guān)鍵在于構(gòu)建由多參量智能微納傳感組成的物聯(lián)終端智能集成系統(tǒng)[15]。多參量傳感器與多通道等技術(shù)疊加，進行多參量采集以提高信息的透明度與可靠性，增強信息價值、延長感知周期、降低部署與維護成本。智能微納傳感器以過納米工藝芯片、納米材料技術(shù)為支撐，縮小傳感器的體積以提高傳感場景的通用性與空間利用率，提升傳感終端的自維護、自學(xué)習(xí)能力，參與智能反饋與輔助決策。網(wǎng)絡(luò)層關(guān)鍵技術(shù)突破網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的廣泛鋪設(shè)與連接穩(wěn)定、通信傳輸安全[16]、信息高速傳輸?shù)燃夹g(shù)，適應(yīng)通信

網(wǎng)絡(luò)的廣覆蓋、高可靠、低延時要求。綜合網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計、維護等方面涉及的通信標準與協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全防護、數(shù)據(jù)傳輸保障等關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)傳感數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。保障數(shù)據(jù)接入數(shù)量與質(zhì)量，保護數(shù)據(jù)的隱私性和安全性，改善信息的應(yīng)用范圍與應(yīng)用效率以提高數(shù)據(jù)應(yīng)用價值；降低信息傳輸過程中的潛在風(fēng)險，減少數(shù)據(jù)損失。平臺層關(guān)鍵技術(shù)一是終端智能管控平臺與透明電網(wǎng)平臺關(guān)鍵技術(shù)。智能終端提供感知功能，旨在提供目標信息以輔助決策，從而需要接受透明電網(wǎng)的管控。智能管控平臺計及終端工作環(huán)境、電網(wǎng)實時需求等約束，利用AI等技術(shù)對海量智能終端的工作狀態(tài)進行管控[17]。智能終端提供了海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的接口，獲得的大數(shù)據(jù)是透明電網(wǎng)的重要資產(chǎn)。運用新一代數(shù)據(jù)庫、分布式存儲等技術(shù)[18]，高效組織、存儲、處理數(shù)據(jù)；運用檢索引擎等技術(shù)，快速獲取所需數(shù)據(jù)以加速后續(xù)開發(fā)流程。此外，數(shù)據(jù)平臺衍生出數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘等應(yīng)用，感知層感知層網(wǎng)絡(luò)層平臺層應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)5：面向業(yè)務(wù)的人工智能關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)6：基于行為科學(xué)模型和數(shù)學(xué)優(yōu)化的透明電網(wǎng)管理關(guān)鍵技術(shù)信息通信技術(shù)統(tǒng)計學(xué)運籌學(xué)新一代管理技術(shù)數(shù)字化與智能決策深度學(xué)習(xí)機器學(xué)習(xí)動態(tài)電力知識圖譜關(guān)鍵技術(shù)3：終端智能管控平臺及透明電網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)4：數(shù)字孿生的建模與融合關(guān)鍵技術(shù)數(shù)字鏡像自適應(yīng)調(diào)整超實時仿真實時態(tài)勢感知AI與數(shù)據(jù)挖掘搜索引擎分布式存儲新一代數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵技術(shù)2：高可靠安全性傳感數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)信息高速傳輸技術(shù)通信傳輸安全技術(shù)穩(wěn)定連接技術(shù)通信標準與協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)1：多參量智能微納傳感和物聯(lián)終端智能化集成關(guān)鍵技術(shù)多傳感信息融合技術(shù)多傳感陣列技術(shù)納米材料納米芯片工藝圖4透明電網(wǎng)技術(shù)體系總體框架039不僅支持開展透明電網(wǎng)業(yè)務(wù)，而且反饋數(shù)據(jù)采集與處理的全流程。二是數(shù)字孿生建模與融合關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)字孿生模型源自壓縮后的真實物理系統(tǒng)，篩選突出特征并重構(gòu)對應(yīng)的數(shù)字化模型，應(yīng)針對透明電網(wǎng)各環(huán)節(jié)特點，研究不同特征壓縮方法，選取最優(yōu)方法構(gòu)建虛擬模型。數(shù)字孿生充分利用實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)資源，將數(shù)字化模型和物理系統(tǒng)進行虛實同步，通過實時態(tài)勢感知、超實時仿真等過程構(gòu)造動態(tài)虛擬數(shù)字模型[19,20]。搭建數(shù)字孿生平臺，形成可拆解、可轉(zhuǎn)移、可修改、可重復(fù)操作的數(shù)字鏡像，輔助操作人員深入理解電網(wǎng)物理實體；開展現(xiàn)狀評估、歷史診斷、未來預(yù)測，以各種可能性的充分模擬來支持全面決策。應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)C0C1UC3C4一是面向業(yè)務(wù)的AI關(guān)鍵技術(shù)。針對透明電網(wǎng)業(yè)務(wù)的智能快速響應(yīng)需求，面向業(yè)務(wù)的AI關(guān)鍵技[21]C0C1UC3C4

/見圖頻率、功角等電氣量測量與對時功能（見。）準預(yù)測（見圖。⑤在透明輸電線路方面，將智能傳感器布置到輸電線路和鐵塔以實現(xiàn)全狀態(tài)監(jiān)測并實時呈現(xiàn)線路狀態(tài)（見圖卡扣式 抱箍式圖5微型智能電流傳感器r。 U0rU二是基于行為科學(xué)、數(shù)學(xué)優(yōu)化的透明電網(wǎng)管理關(guān)鍵技術(shù)。利用行為科學(xué)理論和數(shù)學(xué)優(yōu)化理論建立基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的數(shù)學(xué)管理模型，追求高效管理，創(chuàng)Ux造管理價值[22]。透明電網(wǎng)感知層中的多參量小微傳感器為電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集提供基礎(chǔ)條件，進一步拓寬傳統(tǒng)意義上的傳感器應(yīng)用場景。運用運籌學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等數(shù)學(xué)優(yōu)化理論，尋求透明電網(wǎng)數(shù)學(xué)管理模型的最優(yōu)解。數(shù)學(xué)優(yōu)化、行為科學(xué)模型與信息通信技術(shù)的有機結(jié)合，提高實際管理問題的處理能力、增強決策的科學(xué)性和可靠性。（二）透明電網(wǎng)基礎(chǔ)裝備圖

等效電路 樣機測試圖6微型智能電壓傳感器注：U表示待測電壓；U表示傳感器內(nèi)部串接的標準信號源的電壓；U表示臨近導(dǎo)體的電壓；C表示待測電纜中的導(dǎo)體與傳感器之間的電容；C表示串接的分壓電容；C表示傳感器外殼對地的分布電容；C為外殼對臨近導(dǎo)體的分布電容。圖7“五合一”智能電氣量集成傳感器數(shù)字化保護482mm芯片化保護120mm50mm數(shù)字化保護482mm芯片化保護120mm50mm100mm圖9透明輸電線路

（a）保護裝置尺寸實時控制類管理通信類定值管理出測量功能MMS報跳閘邏入控制功能實時控制類管理通信類定值管理出測量功能MMS報跳閘邏入控制功能錄波記錄保護算法析 通信接口共享內(nèi)存前端數(shù)據(jù)處理MAC風(fēng)暴控制低通濾波報文分發(fā)插值同步SV解碼六、透明電網(wǎng)發(fā)展建議（一）以“透