电力系统自诞生之日起就一直在应用数字技术推动其数字化进程。
从最初的布尔代数和继电器应用，到电子管、晶体管、大规模集成电路，再到后来的电子计算机和网络技术，直至当今的“云大物移智”等新一代数字技术，均一出现就很快被运用于电力系统生产运营实践。
结合数字技术发展进程和其与电力系统的融合模式，电力系统数字化发展可分为物理系统、信息物理系统和社会信息物理系统3个阶段。
电力物理系统
19世纪中叶，电磁现象的发现和相关技术的发明，加之工业化进程对能源动力的强烈需求，19世纪末20世纪初电力工业应运而生。
直到20世纪60年代，电力系统呈现出交流输电占主导、输电电压较低、电网规模小等特征。此阶段对应于以硬件布线承载数字逻辑的发展阶段，基于数字逻辑实现了早期电力系统的继电保护功能，实现了初步的自动化；
设备信息主要以台账、定值单、运行记录等进行手工记录和传递，业务信息以纸质文件进行人工传递，存在效率低下、修改困难、难以保存、沟通成本高、易产生偏差、运行状态掌握不及时、不精细、信息不对称等诸多弊端。此阶段，电力系统数字化以继电保护和简单自动装置应用为主要标志，呈现出物理系统自动化的雏形。
20世纪70年代，单体软件开始在电力系统得到应用，例如，绘图软件应用促进了电网绘图效率和精度提升，且易于修改、便于存储；又如，计算机技术发展改变了电网计算业务形态，电网计算从使用传统的计算尺、晶体管计算机到微机、小型机等，计算效率大幅提升。
在此阶段，电力物理系统形态如图3所示。信息空间与物理世界、人类社会的互动较弱，离线系统和运行系统技术边界的相互独立性高，电力系统主要呈现出其物理系统属性。
电力信息物理系统
20世纪60年代至90年代，电力系统规模快速扩大，逐步形成了以大机组、超高压输电和电网互联为主要技术经济特征的大型互联电力系统。如1981年，我国首条500 kV交流输电通道河南平顶山至湖北武昌工程投产，这标志着我国电网正式迈入500 kV超高压时代；1985年，我国第一台0.6GW火力发电机组投产运行，标志着我国电源迈入中大型机组时代。
此阶段正值数字技术从单机应用逐步向计算机网络应用发展的阶段，电力企业计算机应用从离线系统向在线系统发展，极大地促进了电力系统自动化水平和生产运营效率提升，电力系统数字化表征为信息物理系统形态，信息空间与物理世界、人类社会的互动不断增强。电力信息物理系统如图4所示。
电力信息物理系统具有以下特点：
1、设备自动化水平不断提升，部分设备通过数字化升级改造，工作性能明显提升。例如，电网继电保护装置的核心元器件不断更新迭代，从电磁式、晶体管、集成电路到微机保护，逐步达到高可靠、高性能、高集成。信息系统从离线系统逐步发展为在线系统，如20世纪70年代，调度自动化以电话通信等方式传递系统状态，随着互联网等数字技术的发展，逐步实现了调控一体化。
2、管理信息化水平不断提升，从单体软件应用发展为信息集成应用，逐步实现了企业日常经营管理核心业务全面覆盖，实现从分散建设到集中建设、从局部应用到企业级应用的转变，有效提升了企业规范化管理水平，并积累了宝贵的数据资源。按计算机及网络技术发展水平及其在电力系统中的应用深度，可将电力系统数字化分为局域网及互联网阶段，具体如下：
1）局域网阶段：局域网技术在电力系统中的应用始于20世纪90年代中期，为适应电网内部区域性信息流下的各类业务要求，应用局域网组网技术构建了企业内部的通信网络平台。此阶段系统建设大多呈现“独立建设、定制开发、功能单一”等特征，信息冗余与信息不完整现象并存，难以满足电力系统安全稳定运行的要求。
以电网二次系统为例，由于缺乏对全网性、跨部门、跨专业等协同作业要求的技术架构和标准支撑，系统建设较为分散、信息孤岛现象突出，各专业系统及装置之间的协调控制困难，厂站间缺乏配合，导致电网运行效率较为低下，并带来巨大的运行维护工作量。
2）互联网阶段：此阶段计算机网络遵循国际标准构建，具备统一网络体系结构，软件系统从单机计算环境向网络计算环境延伸，EAI、SOA等技术发展迅猛，促进了电力系统信息集成发展。图5所示为南方电网一体化电网运行智能系统(overallpower grid operation intelligent system，OS2)。
该系统设计遵循SOA标准体系，在主站端系统集成了以EMS、DMIS、保信等为核心的电网运行监控以及业务管理功能，在厂站端突出强化建设了站控层数据整合、站端智能化应用功能，实现了“一体化、模块化、智能化”的系统建设目标。
在此阶段，信息系统的融合和支撑推动电网从物理系统发展为信息物理系统，在物理世界全面感知的基础上，通过信息空间虚拟网络和电网物理空间实体网络的相互协调，支撑物理电网具备更高的可靠性、安全性、灵活性、自治性和经济性。
社会信息物理系统
电力系统数字化的进程中，随着社会传感器技术发展进步，社会传感器网络实现了社会系统和信息系统的高效连接，如图6所示，“社会+物理系统”等价地映射到数字系统中，信息空间与物理世界、人类社会的互动更为全面、实时。
电力系统数字化发展进入数字电网发展阶段，互联网技术与“云大物移智”等新一代数字技术快速崛起并融合发展，信息社会发展进入“大机器”时代。数字电网特点可从广度、深度、速度、跨度4个维度展开分析。
在广度上，数字技术覆盖电网发、输、变、配、用全环节，贯穿规划、建设、运行、营销等全业务过程，并延伸至能源产业价值链与能源生态系统；在深度上，数字技术与业务的深度融合，持续促进电网企业数据价值释放，极大的引领技术革新和业务变革；
在速度上，数字技术促进电网企业对内、外部环境的全面洞察和快速反应，实现数字技术对海量信息的接入、传输、存储和处理速度不断提升；在跨度上，数字技术有效推动电力行业与其他行业的广泛联系和跨界协作，支撑内外部服务撮合，催生平台经济，促进社会治理能力提升，支撑数字经济和数字中国建设。
