电力信息化发展历程

电力信息化教材自编(学生可复印)参考书:1.电力系统综合自动化(杨新民中国电力出版社)2.能量管理系统(于尔铿科学出版社)3.智能电网技术(刘振亚中国电力出版社)4.电力企业信息化(张世翔中国电力出版社)一场全球化的“信息风暴”悄然来袭，电力行业对信息化的依存度愈来愈高，人才无可厚非地成为这场信息风暴的弄潮儿，对于技术密集型的传统电力行业快速的信息化进程，熟稔于传统电力行业和信息专业的跨平台人才显得弥足珍贵。尤其表现在智能电网对信息技术的高度依赖。本课程主要内容1．电力工业生产过程简介2．计算机控制与通讯基础技术（1）采集技术，过程通道技术，PLC技术和应用以及在电力工业信息化中常用的通讯技术（串行通讯和总线，工业以太网）。（2）电力系统自动化和信息化(发电和电网)3．电力信息化热点技术4.智能电网和物联网技术第1章电力信息化发展概述主要内容1.1电力工业生产过程简介1.2电力系统自动化概述1.3电力信息化概述1.4电力智能化概述1.1电力工业生产过程简介电力工业生产过程包括电力工业规划、设计、施工、发电生产、输电、变电、配电、电网调度、供电营销、物资及管理等各个环节。1.1电力工业生产过程简介电力一次设备:一次设备是指直接生产、输送和分配电能的高压电气设备。它包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、接触器、刀开关、母线、输电线路、电力电缆、电抗器、电动机等。由一次设备相互连接，构成发电、输电、配电或进行其它生产的电气回路称为一次回路或一次接线系统。电力二次设备:对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行、维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备。如熔断器、控制开关、继电器、控制电缆等。由二次设备相互连接，构成对一次设备进行监测、控制、调节和保护的电气回路称为二次回路或二次接线系统。二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系。1.2电力系统自动化概述电力系统自动化是指应用各种自动检测、决策和控制功能的装置，通过信号系统和数据传输系统对电力系统各元件、局部系统或全系统进行就地或远方的自动监视、调节和控制，以保证电力系统安全经济地运行和具有优质的电能质量。传统电力系统自动化按照领域可划分为厂站自动化、调度自动化、变电站综合自动化和配电自动化。1.2电力系统自动化概述能量管理系统（EMS）是以计算机为基础的现代电力系统的综合自动化系统，主要针对发电和输电系统，用于大区级电网和省级电网的调度中心。根据能量管理系统的技术发展的配电管理系统（DMS）主要针对配电和用电系统，用于10kV以下的电网；实际上我国还有城市网、地区网和县级网，电压等级在35kV~220kV（也有500kV者），这一级网应称为次输电网，针对电源和负荷管理情况可以采用能量管理系统（EMS）或配电管理系统（DMS）。EMS=EnergyManagementSystem.DMS=DistributionManagementSystem.1.3电力信息化概述电力信息化是指电子、计算机、网络等信息技术在电力工业规划、设计、施工、发电生产、输电、变电、配电、电网调度、供电营销、物资及管理等各个环节应用全过程的统称，是电力工业在电子信息技术的驱动下由传统工业向高度集约化、高度知识化、高度技术化工业转变的过程。计算机信息通信网络是电力信息化的基础，各类电力资源的开发和利用是电力信息化的核心，提高电力企业的经营决策水平和经济效益是电力信息化的宗旨，其本质是加强电力企业的“核心竞争力”。电力企业信息化包括生产过程自动化和管理信息化两个方面。电力信息化发展现状中国电力工业信息化可以追溯到20世纪60年代，开始主要应用在发电厂和变电站自动监测、控制方面，80~90年代进入电力系统专项业务应用，即进入了电网调度自动化、电力负荷控制、计算机辅助设计、计算机仿真系统等的使用。进入90年代后信息技术应用进一步发展到综合应用，由操作层向管理层延伸，实现管理信息化，建立各级企业的管理信息系统。电力信息化发展现状从单机、单项目向网络化、整体性、综合性应用发展，从局部应用发展到全局应用，从单机运行发展到网络化运行，同时其它专项应用系统也进一步发展到更高的水平。目前，我国电力系统的规划设计、基建、发电、输电、供电等各环节均有信息技术的应用。在“十一五”期间，电力信息化建设已纳入企业总体发展战略，信息化进一步与电力企业的生产、管理与经营融合。发电企业信息化系统发电企业分散控制系统DCS发电企业厂级监控信息系统SIS发电企业管理信息系统MIS发电企业资源规划系统ERP常见电力信息化系统电力生产企业生产和管理一般分为三个层次，即下层的控制操作层，面向运行操作者；中间的生产管理层，面向生产和技术管理者；上层的经营管理层，面向行政和经营管理者。面向运行操作者的是DCS面向生产管理层的是厂级监控信息系统(SIS)面向经营管理层的是MIS发电企业信息化系统分散控制系统DCS分散控制系统又称分布式计算机控制系统，简称DCS（DistributedControlSystem），它是一个为满足大型工业生产和日益复杂的过程控制要求，从综合自动化的角度出发，按功能分散、管理集中的原则构思，采用多层分级、合作自治的结构形式，综合了4C技术----计算机（Computer）、通信（Communication）、终端显示（CRT）和控制（Control）技术而发展起来的新型控制系统。分散控制系统DCS的特点(1)高可靠性。由于DCS将系统控制功能分散在各台计算机上实现，系统结构采用容错设计，因此某一台计算机出现的故障不会导致系统其它功能的丧失。此外，由于系统中各台计算机所承担的任务比较单一，可以针对需要实现的功能采用具有特定结构和软件的专用计算机，从而使系统中每台计算机的可靠性也得到提高。(2)开放性。DCS采用开放式、标准化、模块化和系列化设计，系统中各台计算机采用局域网方式通信，实现信息传输，当需要改变或扩充系统功能时，可将新增计算机方便地连入系统通信网络或从网络中卸下，几乎不影响其他计算机的工作。分散控制系统DCS的特点(3)灵活性。通过组态软件根据不同的流程应用对象进行软硬件组态，即确定测量与控制信号及相互间连接关系、从算法库选择适用的控制规律以及从图形库调用基本图形组成所需的监控和报警画面，从而方便地构成所需的控制系统。(4)易于维护。功能单一的小微型专用计算机，维护简单、方便，当某一局部或某个计算机出现故障时，可以在不影响整个系统运行的情况下在线更换，迅速排除故障。(5)协调性。各工作站之间通过通信网络传送各种数据，整个系统信息共享，协调工作，以完成控制系统的总体功能和优化处理。分散控制系统DCS的特点(6)控制功能齐全。控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。处于底层的过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能，如计划调度、仓储管理、能源管理等。厂级监控信息系统SISSIS（supervisoryinformationsystem）是面向生产管理层的自动化管理软件，它是实现厂内各个机组和全厂生产过程最优控制和管理的系统，也是一个联系发电厂各生产过程控制系统以及MIS的纽带。SIS可以综合全厂各单元机组、辅助车间有关实时信息，通过计算、优化和分析，对各单元机组的运行和设备维护提供在线的运行指导，并进行发电厂各单元机组间的负荷经济分配。通过其计算机和通讯设施，可以实现全厂各生产部门的实时信息上网共享。厂级监控信息系统SIS企业管理信息系统MIS电厂MIS是根据电厂的管理组织结构形成的一种树状结构体系，它基本上与电厂的行政管理体系结构相符合，各部门将其生产经营的各种数据通过不同的方式录入计算机(数据库)，通过一定的处理，供各类人员查询和统计，把用户的工作转移到计算机上，实现了无纸(或少纸)办公，一定程度上提高了生产力和生产效率。传统意义和功能上的电厂MIS只能起到比较单纯的数据收集的作用，实现生产、运行、管理数据的采集、存储、展现的功能。主要功能模块如下生产管理：生产计划及统计、运行管理、安监管理、DCS网关；设备管理：设备台帐管理、设备可靠性管理、设备消缺、保护定值及报警、无泄漏管理；供应管理：燃料管理、库存管理、采购管理；财务管理：帐务管理、应付帐管理、固定资产管理、工资管理、成本核算、出纳管理；辅助管理：人力资源管理、保险管理、环保管理、模拟图管理；办公自动化：OA系统、档案管理。企业资源规划系统ERP发电企业的ERP系统实际上将信息、业务、人等全局资源进行有机集成。通过集成，使得流程得以疏通，效率得以提高，内部的各项管理控制程序得以真正贯彻。管理软件系统的技术焦点是集成，简单单一的系统容易实现，复杂系统需要解决系统内部之间、内外部之间的集成。随着应用环境的不同，需要解决异构系统间的集成，解决分布式计算环境下的集成，解决业务层面上的业务逻辑集成等。ERP是管理思想与信息技术的结晶，是企业经营管理的工具。国网SG186就是最新ERP应用。电力调度中心信息化SCADA/EMS系统电力市场交易系统电能量计量系统水调自动化系统继电保护和故障录波信息系统常见电力信息化系统能量管理系统（EMS）是一套为电力系统控制中心提供数据采集、监视、控制和优化，以及为电力市场提供交易计划安全分析服务的计算机软硬件系统的总称，它包括为上层电力应用提供服务的支撑软件平台和为发电和输电设备安全监视和控制、经济运行提供支持的电力应用软件，其目的是用最小成本保证电网的供电安全性。SCADA/EMS系统电力市场交易系统是以网省电力公司及相关发电供电企业为运作对象，为保证电力市场公平、公正、公开和高效有序的运行，由计算机设备、数据通信设备及相应软件组成的一个集成化开放式系统。该系统既实时运行系统又是一个信息发布系统，它在现有的SCADA/EMS系统及TMR（TeleMeterReadingSystem，以下简称电能计量系统）提供电网实时运行工况和电量计量数据的基础上，按照竞价上网的原则，在满足电网各类约束条件的前提下，以全网购电成本最小为目标，完成机组组合、机组经济分配、系统分时段边际电价的计算和安全校核，并按照市场运行规则对各单位进行考核结算，将发电供电计划、电价、运行考核结果、电量电费结算报表等实时发布。电力市场交易系统电网关口电能计量系统（TMR：TeleMeterReadingSystem，以下简称电能计量系统）是指进行电能量数据自动采集、远程传输和存储、预处理及统计分析，为电力市场的运营考核、电费结算和经济补偿计算提供支持与服务的信息系统。电能计量系统主要由关口电能计量装置和电能量采集系统两部分组成。关口电能计量装置包括有功及无功电能表、多费率电能表或多功能电能表、计量用电压和电流互感器及计量二次回路；电能量采集系统包括厂站侧远方终端、通信传输网络和调度端主站系统以及实现其功能的全部应用软件。电能量计量系统TMR水调自动化系统主要是针对电网及流域、水库群和电站开展未来趋势预测和完成历史资料分析、统计等功能，包括短期洪水预报、中期径流预报、长期水文预报、发电调度、防洪调度、风险分析、决策支持等内容。水调自动化系统电力系统故障录波装置也称为故障录波器，是常年投入运行监视着电力系统运行状况的一种自动记录装置。系统正常运行时，录波装置不启动录波。当系统发生故障、出现振荡等异常情况时，才通过启动装置启动录波器进行录波，它可以记录因短路故障