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【施耐德白皮书】价值驱动的电网数据管理指南.pdf

欧洲一家大型配电系统运营商的前首席执行官表示，除了资产管理者和电网运营商之外， 配网电力公司还正迅速承担起数据运营商的角色

与其他企业相比，由于其资产、用户数量庞大且地域分散，对配网电力公司而言，数据管理挑战可能具备着独特的 复杂性。不过，大多数行业和企业都面临着以下数据管理问题： ·海量数据的管理和存储 ·数据的优先级 ，唯一识别电子设备 ·最大限度地减少数据损失和连接丢失 激增 ·调整现有的基础架构和业务系统以应对涌入的数据 ·基于IP的通信扩大使用 ·确保网络安全和数据隐私 需有足够的带宽来 维持连接 电力公司的众多职能部门提出了客种数据要求，在整个数据生命周期内带来了不同的电网数据管理挑战（有关 各种生命周期类型的定义，请参见文本框）。

GB/T 15432-1995(2018) 环境空气总悬浮颗粒物的测定重量法《含2018第1号修改单》价值驱动的电网数据管理

此外，电网数据需求在不同的时间范围内有所不同。实时运营人员与运营规划人员或长期规划人员有看不同的数据 需求。

去国一家电网运营商估计，他们90%的时间用于理解数据的含义，10%的时间用于实际使用数据。鉴于流入 电力公司数据库的数据呈指数级增长，这并不令人惊牙。举例来说，我们可以考虑智能电网建设的一个方面一 从传统计量向智能电表过渡一一所产生的数据爆炸： ·在传统计量方式下，配网电力公司每月手动读取并记录一个数据点一一消耗的干瓦时（kwh），每个用户每年共有 12个数据点。 ·相比之下，设置为每半小时读数的智能电表，每年为单个电力公司发送17520次读数。 ·如果将智能电表设置为每5分钟发送一次读数，则每个用户每年共发送 105,120次读数。 ，如果智能电表还向电力公司发送电压、功率因数和其他读数，一家大型电力公司每年 可能从智能电表收集数万亿个数据点。 对对更多更高保真度数据（即更详细、更准确的数据）的需求，以及几乎无法管理的数据量，电力公司正转向各 中类型的模型来组织和解释数据。以下文本框定义了本指南中讨论的各类模型

价值驱动的电网数据管理

文些用例参考了配网电力公司的一些应用实例，在这些应用中，电网数据管理可以发挥最大价值。由于职能的内 关联性，其中一些用例也整合了部分电力公司职能。例如，DER管理用例中整合的职能，关系到与输配电协调、 OER采用、需求侧管理、商业/工业建筑、微电网相关的挑战、实践和价值

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这些用例中的每一个都是按照相同的逻辑开发的

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化电网可以助力实现与重要行业价值支柱相关的目标，这些价值支柱可简要概括为（见图

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标准和配电公司数字化转型

标准是配电网数字化转型的“幕后英雄”

是自愿性规则或准则，规定了设备、服务和产品的技术信息。国家标准组织的委员会由各行业利益相关者提名 组成。这些委员会和工作组通常包含产品和服务供应商代表以及终端用户群代表。电力系统行业是一个全球 行业，许多国家标准是基于国际标准制定的。在某些情况下，标准会作为推荐性甚至强制性要求，被纳入立法 法规。电力公司普遍要求其电网符合一定的国际、国家或内部标准。

标准是自愿性规则或准则，规定了设备、服务和产品的技术信息。国家标准组织的委员会由各客行业利益相关者提 的专家组成。这些委员会和工作组通常包含产品和服务供应商代表以及终端用户群代表。电力系统行业是一个全 生的行业，许多国家标准是基于国际标准制定的。在某些情况下，标准会作为推荐性甚至强制性要求，被纳入立 和/或法规。电力公司普遍要求其电网符合一定的国际、国家或内部标准。 标准会产生重要的经济影响，因为它们规定了首选的性能标准，有助于确保产品和流程之间的互换性和互操作 性，并推高了质量和安全的基本水平。据欧洲议会研究服务中心2称，标准所带来的成果以多种积极的方式影响 经济，特别是在与技术有关的产品方面

标准会产生重要的经济影响，因为它们规定了首选的性能标准，有助于确保产品和流程之间的互换性和互操作 性，并推高了质量和安全的基本水平。据欧洲议会研究服务中心2称，标准所带来的成果以多种积极的方式影响 经济，特别是在与技术有关的产品方面

标准化通过为所有生产者提供平等的信息访问权来改善资源配置，从而使竞争环境更加公平，并降低准入壁垒 持别是，创建接口标准（即规定允许系统或设备协同工作的功能特性或物理特性）会降低供应商将消费者“锁 定”到一种产品上的能力，

洲议会,1.Zachariadis PE635.608,2019 年 3月， 世界经济论坛，“利用人工智能加速能源转型”，白皮书，2021年9月， 经济合作与发展组织(OECD)，“G20数字化转型的关键问题”，为G20轮值主席国德国/OECD联合会议准备的报告，2017年1月12日。

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智能电网架构模型（SGAM

SGAM5的出现是因为需要确定适用于智能电网的现有技术标准，并确定技术利 缺口，

缺口。 SGAM由包括欧洲标准化委员会（CEN)、欧洲电工技术标准化委员会（CENELEC）和欧洲电信标准协会（ETSI）在内 的多家欧洲标准化组织共同制定。 SGAM提供对智能电网架构的三维可视化呈现（见图3）： ·各领域（即，发电、输电、配电、DER和用户驻地）构成了一条流程和价值链。 ·各区域（即过程、现场、站点、运营、企业和市场）表明了电力系统管理的层次结构，形成了一个潜在的 自动化金字塔。 ·互操作层包括组件层、通信层、信息层、服务/功能层和业务层。 在这个可视化架构中，用例可以被置于一个三维的系统景观中，以确定标准（或判定缺芝标准

缺口。 SGAM由包括欧洲标准化委员会（CEN)、欧洲电工技术标准化委员会（CENELEC）和欧洲电信标准协会（ETSI）在内 的多家欧洲标准化组织共同制定。 SGAM提供对智能电网架构的三维可视化呈现（见图3）： ·各领域（即，发电、输电、配电、DER和用户驻地）构成了一条流程和价值链。 ·各区域（即过程、现场、站点、运营、企业和市场）表明了电力系统管理的层次结构，形成了一个潜在的 自动化金字塔。 ·互操作层包括组件层、通信层、信息层、服务/功能层和业务层。 在这个可视化架构中，用例可以被置于一个三维的系统景观中，以确定标准（或判定缺芝标准）并制定接口规范。

图4显示了新用例有时会暴露出标准缺口并导致新标准的制定。发现新用例后，新用例将进入排队，然后被映射 到SGAM中，以确定标准所规定的功能和要求。如发现存在标准缺口，则会提请相应的IEC技术委员会进行研究 并制定标准。同时，也会对现有的适用标准进行验证。

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市场、研发、试点、实施

图4。从用例到SGAM到 新标准的制定?

在大多数发达国家，是由特定的组织来制定国家标准。 然而，国际标准组织正试图为全球标准制定带来明确性和一致性。其目的是创建能够在国际范围内提高互操作 和互换性的标准，

在大多数发达国家，是由特定的组织来制定国家标准。

在欧洲，CEN、CENELEC以及ETSI被正式确立为欧洲标准化组织。CEN、CENELEC及其成员国的大部分标准 定工作是应企业申请而启动的，在制定标准的过程中，也会参考其他利益相关者的意见。根据CENELEC官网8 欧盟委员会根据欧盟立法强制执行约30%的标准。在欧洲标准发布后，34个CEN和/或CENELEC成员国 均有义务撤销任何与欧洲标准相冲突的国家标准。

图5的左侧说明了独立国家标准实体、全球标准组织以及当地制造商和电力公司之间最重要的相互关系。该图的右 侧列出了向欧盟委员会提供监管建议的各种行业团体。CEN、CENELEC和ETSI位于图的中部，它们充当着政府与 全球标准组织之间的桥梁。法兰克福和维也纳协议于1991年签署，旨在防止国际标准化组织（ISO）和CEN之间的 重复工作，并通过联合规划，节省制定新标准所花的时间，

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在美国，北美电力可靠性公司（NERC)、美国国家标准与技术研究所（NIST）和电气电子工程师学会（IEEE）都积极参 与电力行业标准的制定。电力研究所（EPRI）通过其研究为标准制定提供支持。 象大多数拥有标准组织的国家一样，在美国，各组织与国际电工委员会（IEC）紧密合作，该委员会为全球电力公司 制定通用标准。IEC为36个参与国和10个观察员国制定标准并接受它们的反馈。数字通信标准是在第57技术委 员会（TC57）的指导下制定的。IEC官网对TC57职责范围的描述如下： 制定电力系统控制设备及系统的国际标准，包括EMS（能源管理系统）、SCADA（监控和数据采集）、配 电自动化、远程保护以及相关的实时和非实时信息交换，用于电力系统的规划、运行和维护9。 TC57已经为一些更具现实意义的配电电力数据管理标准设立了工作组（见表1）

国际电工 TC57电力系统管理和相关信息交换”，2021年8月访问

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表1。与配电网数据管 理相关的IEC工作组和 相关标准10

现已扩展到其他领域的1IEC61850变电站标准证明了制定标准可以有效促进变电站加速提升自动化程度和互操 生。基于该标准，各供应商已在约2.000个变电站项目中采用了超过150,000件具互操作性的智能电子设备 IED)。（有关IEC61850的更完整讨论，请参阅后文中关于增强型自动化变电站工程”的部分。） 有关该领域标准的讨论，请参阅后文中关于“网络安全”的部分

随着时间的推移，信息技术慢慢沦为“孤岛”和过时的“遗留系统”，它们会阻碍而非促进 数据管理。

独的协议、数据结构和语义可能导致备 电网管理人员无法专注于用户服务、 本效益、可靠性、可持续性和柔性, 定带

Letebv 智能电网标准化活动2013

能电网标准化活动”，2013年。

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在电力领域，通用信息模型（CIM）已经证明了其作为信息孤岛之间接口的价值。CIM主要通过对电力系统设 备、数据和流程的语义（精确规范）进行标准化，来提电力应用和信息系统的互操作性。 如图6所示，CIM（包括IEC标准61968、61970和62325）定义了SGAM的运行、企业和市场区域的领 义。IEC61850系列涵盖了过程和现场区域。这些标准共同定义了电力系统管理的语义，

图6。SGAM中的语义领 域11

.T. Lefebvre 和 H. Eglert, “IECTC57“电力系统管理和相关信息交换’的当前和未来智能电网标准化活动”，2013年 T.Lefebvre和 H. Eglert, "ECTC57“电力系统管理和相关信息交换’的当前和未来智能电网标准化活动”，2013年。 国际电工委员会（IEC)。SMB/7253/R：TC57的战路业务规划。"2020年4月3日

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配网电力公司各领域的标准正在不断发展，包括：

·智能计量。在过去，电力公司和用户之间的主要接口承担了计费职能。而随着自动抄表标准扩展为智能电 表标准，额外的接口也就因此产生了。这些面向市场的接口通过交换电费、定价等信息来帮助产消者优化 能源成本（可能通过第三方聚合商）。 DER。可再生能源DER的广泛部署正在推动更多通信和信息交换类型的发展。配网电力公司面临DER（包 可再生能源、储能和需求响应）快速发展和采用率提升带来的诸多挑战。其中一项挑战便是缺乏明确的、可 促进配电网DER管理改善的整体标准。虽然DER相关标准存在于重点领域，但行业缺乏关于如何建立分析 DER影响所需的电力系统模型的标准，

，智能计量。在过去，电力公司和用户之间的主要接口承担了计费职能。而随着自动抄表标准扩展为智能电 表标准，额外的接口也就因此产生了。这些面向市场的接口通过交换电费、定价等信息来帮助产消者优化 能源成本（可能通过第三方聚合商）

家庭自动化。另一个正在快速发展、但迄今为止标准化不足的领域是家庭自动化（即智能家居）。供应商正在 提供家庭能源管理设备，但这些设备可能无法与运行电力系统的配网电力公司轻松通信或满足其需要。虽然这 些设备的通信协议可以成为事实上的标准，但缺乏并放的标准可能会使一些消费者的设备无法与新设备互操 作，或无法换用新设备 （互性）

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标准和配电公司数字化转型

标准和配电公司数字化转型

施耐德电气充分肯定标准对于加快未来电网发展的重要性！

也心 为践行这一立场，施耐德电气鼓励旗下的170多名员工积极参与世界各地的标准工作组。多年来，施耐德电气员 工积极帮助制定标准，并将这一传统延续到今天

施耐德电气还发布了应用指南，以帮助电力系统设计人员按照IEC标准进行设计。施耐德电气的《网络保护与 自动化指南》14是电气保护领域的标准参考书。它对保护继电器和自动化解决方案在电能管理中的应用进行了 羊细解析。在最新版本中，施耐德电气引入了新概念，包括分布式发电、电弧保护、安全设计以及IEC61850 标准对电气解决方案的影响。施耐德电气还发布了《电气安装指南》15。这份技术文件可帮助电气设计师和 承包商根据IEC60364或其他相关标准设计电气装置

二IM标准相当健全，但由于不含合规性和/或互操作性测试， 仍可能以不同的方式对标准进行解释。通过统一对 定标准配置文件的解释，电力公司可以以统一的方式部署来自不同供应商的产品，从而有可能降低部署成本。

施耐德电气官网，“网络保护和自动化指南”，2021年8月访问。 施耐德电气官网，“电气装置指南”，2021年8月访问

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资产信息管理、网络模型管理和现场工作

资产信息管理、网络模型管理和现场工作

今天，许多配网电力公司将地理信息系统（GIS）视为其资产信息的基础或“主”来源。 作为电力公司的记录系统，GIS是一个拥有最准确网络信息的存储库。一个先进的地理信息系统： ·包含带有数据层的详细地图 存储有关资产的地理空间数据和元数据 对基于位置的分析进行计算 ·为应用程序和地理空间服务提供平台 可与高级配电管理系统（ADMS）等电网网络模型轻松整合 可充当具他电网数据模型的实物资产数据存储库 然而，GIS并不是资产信息的唯一来源。其他数据源也在不断涌现，包括网络自动化（通过物联网设备）、智能电 表、DER等。越来越多的电力公司将GIS视为一个基础系统，它将为使用众多高保真数据源进行各类分析提供支 持。 GlS中的“G”正在从“地理(geographic)”程序演变为"地理空间(geospatial)”平台，该平台适用于多维决 策方法，并考虑到了自然系统（如植被）和人造基础设施。地理空间思维有助于深入了解社区，以及各种数据类 型对当地和服务区的影响。通过使用更高保真度的数据来推迟资本投资，它还有助于更有效地利用现有资源。 通过提供对特定地点的资产的可视化，GIS数据有助于增进对模式和趋势的洞察，并提高运营意识。在紧急情况 下，GIS数据可以显示出停电的区域，并提供其他关键数据，以提高危机期间的性能。较新的GIS系统（如 ArcGIS）具有处理更详细数据的能力，可以为改善数据管理打好基础。 新的GIS系统提供一个带有应用程序编程接口（API）的平台，以适应基于Web的应用程序。这一功能使现场工 作人员能够访问网络和运行状态，提高了效率和安全性。许多电力公司使用ESRIArcGIS及其电力网络平台，而 施耐德电气提供可增强ArcGIS的应用程序（见下文）。

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资产信息管理、网络模型管理和现场工作

资产信息管理、网络模型管理和现场工作

数据管理中一个经常被低估的挑战是需要在现场“创建”更高保真度的数据并将数据上传到GIS。工程师、线路工 和工头处于收集、编写和校正数据的上游，这些数据将被输入到电力公司的GIS中。 电力公司明白，数字化转型涉及众多业务领域。然而，这种转型的速度和成功在很大程度上取决于能否为工程师 和现场工作人员提供工具、培训和激励，以获取更准确和更精细的数据。一个网络模型的好坏取决于其数据 如今，电力公司寻求高保真数据以匹配更高保真度的运营模型和系统，如ADMS、DER管理系统（DERMS）等。 电力公司如何获得有关其种类繁多的已安装资产的更详细数据？

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资产信息管理、网络模型管理和现场工作

在大多数情况下，数据必须来自于工程师和现场工作人员，他们会观察到他们在现场看到的情况和GIS预测的情 兄之间的差异。这些一线人员需要拍照、记录铭牌信息、安装物联网（IoT）设备和传感器，并使用其他手段以数字 方式捕捉更为详细的修正数据。这些修正可能包括更准确的电线杆位置、归因于馈线的修正相位信息，以及许多其 也信息。这些修正对人员安全、可靠性、成本效益和服务恢复都会产生影响。电力公司的几乎每个现场工作人员都 可以通过收集和共享有关他们在现场遇到的资产的信息来帮助提高GIS数据的质量。 当工程师和现场人员在现场安装新设备，并变更现有设备以容纳新设备时，他们也应提交这些数据以上传到GIS。 该在何时以何种方法来捕捉和上传这些更详细的数据，也是一项挑战。手动数据输入和有纸化流程效率低下，耗 时长，容易出错，并且可能无法满足更高保真度的系统、数字设备、新法规和安全协议的要求。现场人员在现场 安装的智能平板电脑上及时、直接地输入图像和数字数据，可以显著提高数据更新过程的效率、及时性和准确 生

电力公司可以通过利用地理空间数据（关于电力公司资产的数据，包括其地理空间位置 和网络连接情况），最大限度地降低数据库的数量和规模

这些数据可以为资产管理的几乎所有方面奠定基础。电力公司可以使用企业GIS作为分析、设计、施工、维护和用 户服务部门的数据基础。

由于对网络连接进行了建模，地理空间数据库可以提供对网络建成后状态的洞察，这与企业资产管理（EAM）系 专统分层形式不同。例如，正常的开关位置定义了网络基础设施和接性，而这是EAM系统所不能反映的数据 GIS也比计算机辅助设计（CAD）系统和纸质文件更加灵活、数据更丰富，并提供更好的质量控制能力。企业GI 通过以下方式进一步支持准确的ADMS网络模型： 降低工单和数据库更新之间的延迟，其至消除在GIS中进行设计和竣工变更时的延迟

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资产信息管理、网络模型管理和现场工作

虽然数字化转型是目标，但转型的过程需要操作员、现场工作人员和作为数字解决方案主要用户的员工一起参与 进来。用例一般涉及如何恰当有效地编写数据。现有的数字工具使工程师和建筑工人能够从有纸化手动输入转变 为简化的数字化数据编写和输入，

然数字化转型是目标，但转型的过程需要操作员、现场工作人员和作为数字解决方案主要用户的员工一起参与 来。用例一般涉及如何恰当有效地编写数据。现有的数字工具使工程师和建筑工人能够从有纸化手动输入转变 简化的数字化数据编写和输入。 下是一些关键的推荐做法，它们通过更快速、更准确地捕获设计和现场工作数据来加速数字化转型进程： ，建立一支变革管理团队。该团队应针对数学化转型所需的资源、沟通和工作范围提出建议。在这个团队中要 括施工人员和线路工作人员的代表。 ·将一切数字化。数字化可以减少耗时的纸张使用，防止数据丢失，并通过适当的工具避免被称为“ETL（提 取，转换加载”晶贵的数据处理过程

而这些数据只有在流程可以确保质量，并且技术解决方案能够简化数据编写和验证的前提下，才能高效发挥 作用。在整个组织中将持续进行数据质量维护和改善的好处沟通清楚，可以使价值最大化，并助力实现预期 的业务成果。

使用数字化的设计、移动和竣工工具。让工程师和建筑工人至面参与到数字化转型中来。这涉及到利用可 与GIS无缝通信的应用程序。使用这些工具来

上传保真度更高的数据。工程师可以对网络进行添加或更改，并将这些更改无缝上传到电力网络模型以进行 即时分析。更高保真度的数据，如来自内置自录的详细变压器数据，可以自动被纳入。同样，现场工作人员 可以向GIS发送信息。信息流可以是双向的，每次送代都会产生更详细的数据。 启动模型推进。工程师可以使用分析工具快速评估新馈线或新低压变电站对整个电气系统的影响。这意味着 GIS可以直接与电网的ADMS“对话”，以分析新设计元素如何影响潮流并执行应急分析。这个过程被称为 “模型推进"。

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资产信息管理、网络模型管理和现场工作

拥抱资产信息管理、网络模型管理和现场 作的数学化转型可以产生以下成果

·增强安全性。确保工作人员和用户安全是第一要务。高保真数据可以改善并关管理，增强态势感知，助力工作 流程采用最新数据，带来更安全的工作环境。如果一名现场技术人员最近没有更新其网络数据，GIS管理员就 会收到警报，因为仅这种情况就有可能引发安全问题。 ·提高成本效益。能够向工程师、GIS技术人员和现场工作人员快速提供数字化数据，并能以数字化方式 访问ADMS的分析工具，从而提高成本效益

提高柔性。数字化建模更准确的电网使电力公司能够更有效地使用其现有资产，从而推迟对新基础设施的需 求，并提高电网柔性。

增强可持续性。先进且保真度更高的GIS可以改善资产建模和生命周期管理，从而减少为用户提供服务所需 的物理资源。更好的数据一一特别是更精确的资产健康状况信息一一可以带来更好的风险分析。更好的信息 可以改变传统上运营和维护之间的权衡取舍，通过采用更多的绿色标准来支持可持续性

施耐德电气与国际GIS软件供应商Esri合作提供解决方案，在电力、天然气、水务等特定行 业扩展Esri的ArcGIS的功能

施耐德电气提供一套名为“ArcFM解决方案XI系列”的产品，该产品专为Esri电力网络或几何网络平台构 建。虽然电力公司也可以单独使用这些应用程序，但XI系列可以在设备设计、建造和竣工的整个过程中实现 数字化的数据转移，消除有纸化流程。该套件有助于设计和地图更正过程中的数字化转移，能够以数字化方式 对来自现场的更正进行验证，并能对作为网络一部分的设计进行验证。核心XI套件包括：

·DesignerXI是XI系列的基石，是一款与ADMS集成的数字设计工具。它可以创建数字设计、材料清单和 施工图。设计可以发送到现场作为施工资料，发送到工作管理系统以确保库存和资产管理同步更新，也可以 发送到GIS.

EditorXI是GIS技术人员的工具。EditorXI可以大幅减少执行GIS数据编辑所需的时间，其验证工具可 以大幅减少评估和解决数据异常所需的时间

面向现场工作人员的MobileXI是一个电网规模的移动GIS系统，采用开放式设计。

价值驱动的电网数据管理

GB/T 17766-2020 固体矿产资源储量分类价值驱动的电网数据管理

使用网络模型管理进行配电分析和运营

使用网络模型管理进行配电分析和运营

DB11T 664-2009 骨灰撒海服务规范更用网络模型管理进行配电分析和运营

配网电力公司正在努力创建一个现代电网，以减少峰值需求，优化DER使用，改善停电响 立，并加强资产管理以最大限度地减少资本支出

应，开加强资产管理以最大限度地减少资本支出。 为此，电力公司需要更高保真度的数据和实时分析工具来管理配电网络中的双向流动。然而，现有的运营系统无法 处理和分析足够多的数据来实现智能、可靠、自愈的电网。例如，电网的许多遗留系统无法识别，更不用说分析和 预测来自产消者的双向潮流 相应地，许多电力公司正在实施高级配电管理系统（ADMS)。这一复杂的软件工具可以监控和运营他们的网络，帮 助改善规划、分析、建设、运营、维护和用户参与流程。施耐德电气将ADMS描述为“用于控制、分析和优化电 网运行的集成软件系统