（工商管理专业论文）面向智能电网愿景的企业信息化建设研究.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 本文从支撑智能电网建设切入，对电网企业信息化建设的目标、内容及方法进 行研究。文章综合分析国外智能电网发展的共性特点和坚强智能电网的内涵特征， 揭示信息化是实现智能电网核心价值的关键支撑；解剖电网产生“智能”的根本原 因，基于从信息流、价值链多角度的分析，提出了智能电网信息平台模型构想。文 章认为，信息化需求分析是确定信息化建设目标的关键环节，在总结应用需求分析 的方法论分析信息化现状基础上，参考国家电网公司相关对标数据资料，提出信息 化建设改进的方向；基于我国智能电网建设现状和对智能电网技术应用的发展趋 势，提出信息化建设需关注的重点内容；借助具体案例，文章提出一种基于能力蓝 图的信息化业务需求分析流程，为电网企业在坚强智能电网总体框架下推进智能电 网建设提供了方法。企业架构是一个全新的模型，其所包含的业务架构是将企业业 务战略转化为日常运作的渠道，i t 架构是建立企业信息系统的综合蓝图，s o a 以“服 务”为基本元素来组建企业i t 架构。面对智能电网业务融合、流程贯通的需求，企 业如何解决信息的流通渠道问题，文章提出了基于s o a 建设企业服务总线( e s b ) 的 解决方案。 文章最后尝试应用成熟度模型理论探讨电网企业信息化对智能电网建设的支 撑能力问题，提出智能电网信息化支撑五级模型，以指导企业信息化改进提升。 关键词：智能电网；信息化；能力蓝图；架构；成熟度 华北电力大学硕七学位论文 a b s t r a c t t h ep a p e rc u t sf 两mm es u p p o r to fs m a n 鲥dc o n s t m c t i o n ，a l l ds t l l d i e st h e o b j e c t i v e so fe n t e 印r i s e s 鲥dc o n s t r u c t i o ni n f o r n l “o n ，c o n t e n ta n dm e t h o d t h ea n i c l e a n a l y z e st h ec o m m o nc h a r a c t 嘶s t i c so ff o r e i 鲫d e v e l o p m e n ts m a n 鲥dc o m p r e h e n s i v e l y a n dt h ec o n t e n to fs 协o n gs m a n 鲥d ，r e v e a l i n gi n f o m a t i o ni st h ec o r ev a l u eo fs m a r t 鲥d t h ep a p e rd i s s e c t st h er o o tc a u s eo ft h e “s m a r t o f 鲥d ，b a s e do na n a l y s i so ft h e i n f o r n l a t i o nn o wa n dv a l u ec h a i na 1 1 西e s ，p r o p o s i n gm e c o n c 印to fs m a n 酊di n f o m a t i o n p l a t f o 肌m o d e l t h ea n i c l eb e l i e v e st h a tm ea i l a l y s i so fi n f o n l l a t i o nn e e d si sm ek e yt o i d e n t i 匆m eo b j e c t i v e so fi n f o 衄a t i o nt e c h n o l o g y ，b a s e do nt h es u m m a 叫o fm e m o d o l o g y o fa p p l i c a “o nr e q u i r 锄e n t st oa n a l y z et h ei n f o 册a t i o ns t a t u s ，r e f e 盯i n gt ot h er e l e v a n t s t a n d a r dd a t ao fs t a t eg r i dc o 叩o r a t i o na 1 1 dp r o p o s i n gt h ed i r e c t i o nt oi m p r o v et h e i n f o n l l a t i o nt e c h n o l o g y b a s e do nt h ec o n s t m c t i o ns t a t u sa 1 1 dt e c h n o l o g ya p p l i c a t i o n d e v e l o p m e n to fs m a r t 鲥d ，t r e n d i n go fi n f o 瑚a t i o nt e c h n o l o g yc o n t e n tt 0b et h ef o c u s ， w i t l ls p e c i f i cc a s e s ，t h e 砒i c l ep r e s e n t sa na n a l y s i sp r o c e s so fi n f o m a t i o nb u s i n e s sn e e d s b a s e do na b i l i t yb l u 印订n tw h i c hp r o v i d e sam e t h o dt o h e l pt h e 鲥dc o m p a l l i e st o p r o m o t et h es m a r t 鲥dc o n s t f l j c t i o ni nm es 仃d n gs m a r t 酣df h m e w o r k e n t e r 研s e a r c h i t e c t u r ei san e wm o d e l ，i tc o n t a i n st h eb u s i n e s ss t m c t u r et h a ti st h ec h a n n e lt oh e l p e n t e r p r i s e s b u s i n e s ss t r a t e g yc h a n g ei n t o t h ed a i l yo p e r a t i o n ，i ta r c h i t e c t u r ei sa c o m p r e h e n s i v eb l u 印r i n tt oc o n s t m c tm ee n t e 叩r i s ei n f o m a t i o ns y s t e m s ，s o at 1 1 i 1 1 k s ”s e i c c a st h eb a s i ce l 锄e 1 1 tt of o 姗e n t 唧r i s ei ts t m c m r e t i l ef a c eo fs m 矾鲥d b u s i n e s si n t e 伊a t i o na n dt l l en e e d so fp r o c e s sp 刊o r a t i o n ，m ee 1 1 t e 印r i s e st a k ew h i c h m e t h o dt 0s o l v ep r o b l 锄o fi n f o 衄a t i o nd i s t r i b u t i o nc h a n n e l s ，t h ep a p e rp r o p o s e st h e s o l u t i o nb a s e do ns o at ob u i l de i l t e 印n s es e r v i c eb u s ( e s b ) f i n a l l y t h ep a p e rt r i e st o 印p l yt h em e o 巧o fm a t l j r i t ym o d e lt od i s c u s st h es u p p o r t c a p a c i t ) ，m a tt h ei n f o n n a t i o no f 鲥de n t e 印r i s et ot h ec o n s n l j c t i o no fs m a r t 面d ，p r o p o s e s f i v es u p p o r t1 e v e l so fs m a r t 鲥di n f o m a t i o nm o d e lt og u i d ei m p r o v e m e n t st oa l l l a n c e e r l t e 印r i s ei n f o n n a t i o n k e y w o r d s ：s m a r t 鲥d ；i n f o 姗a t i o n ；b l u 印r i n ta b i l i t y ；a r c h i t e c t u r e ；m a t u r i t ym o d e l h 华北电力大学硕十学位论文 1 1 选题背景和意义 第1 章绪论 当今社会，信息化已成为现代企业的一个显著特征，以信息化推进企业发展方 式的转变、实现集团化运作成为了许多国内外一流企业不断做强做大、实现持续发 展的有效路径。作为关系国家能源安全和国民经济命脉的国有重要骨干企业，近年 来，为满足经济社会的发展需求，我国电力系统进行了一系列的改革，快速推进电 网企业的信息化建设。 在电力体制改革之前，电网企业信息化建设重点是保证生产自动化；电力体制 改革之后，管理信息化建设已成为重点建设目标。由此，构建提升企业内部管理效 率、降低生产成本的企业资源规划( e r p ) 系统与企业资产管理( e a m ) 系统，支持 客户信息管理与分析的客户关系管理( c r m ) 系统，可以全面提高价值链竞争效率 的供应链管理( s c m ) 系统等等，都逐步纳入了电力行业信息化建设的范畴。“十 一五 期间，信息化建设纳入电网企业总体发展战略，与电网企业的生产、管理、 经营进一步融合，并取得突出建设成果：其一信息化硬件设施不断完善，宽带广域 数据网络、数据中心等基础设施广泛建设，以光纤和数字微波为主，卫星、电力载 波、电缆、无线等多种通信方式并存的电力通信专网覆盖全国各网省公司；其二电 力工业软件系统不断升级，包括数据采集与监控系统( s c a d a ) 、分散控制系统 ( d c s ) 、配电管理系统( d m s ) 、能量管理系统( e m s ) 、相量测量单元广域测量系 统( p m u 愚，a m s ) 等在内的电力生产控制软件和管理信息系统( m i s ) 、企业资源规划 ( e i 冲) 、企业资产管理( e a m ) 、自动作图设备管理地理信息系统( a m f m g i s ) 、 电能计量( t m r ) 、电力营销系统等企业管理软件系统广泛建设应用。 自2 0 0 6 年国家电网公司开始实施“s g l 8 6 信息化工程以来，电网企业信息化 建设进入新的阶段。截至2 0 0 9 年“s g l 8 6 ”信息化工程全面完成，国家电网公司建 成了一体化信息平台，完成八大业务应用( 财务资金管理、营销管理、安全生产管 理、协同办公管理、人力资源管理、物资管理、项目管理、综合管理) 的典型设计、 开发和全面推广，建立健全了六个保障体系( 管理调控、评价考核、安全防护、标 准规范、技术研究、人才队伍) ，使得国家电网公司及所属各网省公司整体信息化 水平大幅提高。 在快速发展过程中，电网企业信息化建设也暴露出诸多问题。譬如：缺乏统一 的标准体系，存在重复建设问题；信息孤岛众多，信息集成度低，无法相互协作发 华北电力大学硕士学位论文 挥整合效益；企业管理信息系统与生产控制系统通常相互分离；信息化建设过程中， 偏重设备的自动控制、数据信息的收集共享，对信息的整理和挖掘不够等。 2 0 0 9 年国家电网公司提出了“立足自主创新，加快建设以特高压电网为骨干网 架，各级电网协调发展，具有信息化、自动化、互动化特征的坚强智能电网”发展 目标，宣告我国的智能电网建设全面启动。 智能电网建设将开启电网技术和管理的重大变革和转型，而信息技术变革，即 信息获取、传递和利用模式的变革，是这场技术变革的重要组成部分，甚至某种程 度上将成为加速变革的重要力量。信息化与电力工业的深度融合也将随着智能电网 的建设体现得更加充分。在智能电网建设背景下，电网企业信息化将面临新的定位、 新的挑战和新的机遇，如何支撑智能电网建设成为电网企业信息化需要研究的一项 重要课题。 本论文将电网企业信息化置于智能电网建设的大背景下，就电网企业信息化建 设应达到的目标、重点内容及方法等进行研究，探讨信息化支撑智能电网建设的实 施方法。 1 2 国内外研究动态 美国电科院e p r i 推动的i n t e l l i g r i d 研究计划致力于开发智能电网架构，目标是为 未来的电网建立一个全面、开放的技术体系，支持电网及其设备间的通信与信息交 换【。欧洲于2 0 0 5 年成立了欧洲智能电网论坛，在其2 0 0 8 年9 月发布的欧洲未来电 网发展策略中提出了欧洲智能电网的发展重点和路线图，其优先关注的重点领域 包括：优化电网的运行和使用、优化电网基础设施、大规模间歇性电源集成、信息 和通讯技术、主动的配电网、新电力市场的地区、用户和能效【2 】。世界著名的i b m 、 g o o 西e 、i n t e l 等信息产业龙头企业也提出了自己的技术解决方案，具有代表性的是 i b m 与a b b 、g e 、s b c 等设备制造商联合提出了智能电网解决方案。i b m 提出的“智 能电网 解决方案涵盖了完整、规范的数据采集；基于i p 协议的实时数据传输；应 用服务无缝集成；完整、结构化的数据分析；有针对性的信息展现等五个层次【3 】。 国外电力企业业务应用建设均经历了从分散到整合的过程，且这种整合均是由 管理变革和电力市场逐渐开放所引起的。各公司在早期业务应用系统分散建设时 期，分别采用了不同的技术路线和产品，同时在实施系统整合时，也分别采取了各 不相同的集成模式。大致可分为两类：一是通过实施e r p 进行系统整合。大多数欧 美电力公司采用s a p 的产品实施e r p ，采用接口方式、第三方软件、s a p x i 标准、数 据交换平台、统一数据架构、s o a 等方式实现电力公司各种不同系统的整合。少部 分电力公司采用其他平台实施e r p ，如日本中部电力公司采用o r a c l e 套件。二是 通过一体化信息集成平台进行系统整合。美国南方公司、日本东京电力公司的业务 2 华北电力大学硕十学佗论文 系统分散建设时期采用了多种产品和平台，但并未实施e r p ，主要是通过统一平台， 全部或部分的实现应用系统之间的数据共享和应用集成。整体上，国外电力公司信 息化已从分散走到集中，对业务应用进行整合、集成是发展趋势。由于国情、体制、 发展阶段、社会经济诉求等多方面的因素，国外电力公司信息化装备与国内有较大 的不同，很多方面不具可比性。但在作为电网基础支撑的信息化基础支撑技术上， 信息化建设发展趋势上，均对国内电网装备研制具有重要的借鉴意义1 4 】。 多年来，国内电力行业在通信及信息技术方面做了大量工作，对电网自动化水 平的提高发挥了巨大作用，未来智能电网对此方面的技术要求会更高，依赖性也会 更强。支撑广域、全景实时信息的传输系统建设成为智能电网的一项重要工作。因 此，必须从战略高度重视新型信息、通信网络体系结构建设。必须注重信息与业务 的关联度及整合度，合理构建信息交互与共享的层次架构，避免无谓的、甚至是有 害的海量信息操作。在构建智能电网信息传输平台过程中，应重点关注结构扁平、 多层分布、功能可组及布置灵活等方面的设计。同时，新型的信息交互平台必须是 坚固的、灵活的、抗攻击的、自防御的【4 】。 2 0 0 7 年6 月，华东电网有限公司开始探索智能电网建设等前瞻课题，针对电网 运行和控制信息化开展了高级调度中心、数字化变电站的建设，针对电网企业管理 经营开展了e r p 的深化应用，并在两者的集成融合方面作出了一些有益的尝试和探 索。2 0 0 9 年，华东公司在e r p 与e m s 基于开放i t 架构的融合基础上，进行企业智能运 作平台、智能分析平台及智能决策平台的研究和实践【5 1 。 华北电网有限公司从2 0 0 7 年以智能电网为愿景，实施信息化“5 e ”工程 ( e m s m o s ，e i 冲，e c m ，e a m ，e a i ) ，制定了智能调度“三步走 战略，致力 于打造智能调度体系。2 0 0 7 年建设开发了“华北电网可视化安全节能发电调度辅 助决策系统”，2 0 0 8 年在此基础上建设开发了“华北电网稳态、动态、暂态三位一 体安全防御及全过程发电控制系统”，2 0 0 9 年建设开发了基于s o a 的高级控制总线 架构，并在e a m 系统与e r p 系统整合基础上，建立资产全寿命分析体系【6 】。 文献1 5 提出了智能电网成熟度模型，作为一个经过验证的流程，它提供了一个 活动、投资和最佳实践的路线图。作为一种战略和决策的框架，它可以帮助企业找 出差距和需要提高的方面，指导制定明确的业务模型和计划，制定从现阶段到下一 个成熟度阶段的发展路径。最关键的是，成熟度模型提供了一种方法来衡量智能电 网发展成功与否的关键绩效指标( 1 0 i ) ，为互相学习提供了一个基准【7 】。 华北电力大学硕十学位论文 1 3 论文主要研究内容和基本框架 1 3 1 主要研究内容 本文主要研究内容包括：信息化在智能电网中的定位，实现智能电网信息平台 应具备的能力，智能电网下的信息支撑平台模型；电网企业信息化建设的现状，面 向智能电网信息化建设的发展方向和重点内容，信息化建设需求分析的方法；面向 智能电网的信息化架构，在面向服务的体系结构( s o a ) 下，电网企业如何实施业 务融合；如何评估信息化支撑智能电网的能力。 1 3 2 基本框架 面 向 智 能 电 网 第二章 信息化平台 第三章 求分析及方 第四章 信息架构 厂第五张、 信息化支撑 、能力评 占一 外智能电网发 及内涵特征 内一呸强智能电 的愿景 求分析的一般 法 于能力蓝图的 求分析方法 理解企业信息架构 s o a 的应用 成熟度理论及智能电 网成熟度模型发展 信息化的定位，关键支 撑 产生智能的原因，数 据、信息、业务 信息流特点 业务形态变化，传统价 值链调整 电网企业信息化现状、 差距及不足 智能电网发展趋势 以能力导向确定需求的 流程 统一架构下信息融合方 案 信息化成熟度模型构建 的思路 信息支撑平台应该具备 的能力 信息化的定位，关键支 撑 一 支撑智能电网信息化需 要关注的重点内容 应用案例说明 应用案例说明 应用的意义 图卜l 论文基本框架 论文主体分五个章节进行论述。第一章主要介绍论文的选题背景及意义，引入 本文要研究的内容；第二章综合分析国内外智能电网发展及建设愿景，剖析信息在 此愿景下的形态特征、应具备的能力，分析构建信息化平台的模型；第三章对信息 4 华北电力大学硕十学位论文 化建设需求分析的一般方法进行总结，提出电网企业信息化建设需要关注的重点内 容，应用案例提出适用于智能电网信息化需求的分析方法；第四章对企业信息架构 进行研究，通过案例分析提出电网企业业务融合方案；第五章探索提出支撑智能电 网的信息化建设能力成熟度模型。论文的基本框架如图卜1 所示。 华北电力大学硕十学位论文 第2 章智能电网建设愿景下的信息化平台 为了应对全球气候变化，降低对化石能源的依赖程度，实现能源产业的可持 续发展，世界能源发展格局正发生着重大而深刻的变化。普遍的观点认为：以清 洁能源和智能电网为核心的第四次工业革命序幕已经拉开。本轮能源变革的目标 是通过科技创新，实现以低碳能源为核心的低碳经济。目前电力工业是全球最主 要的二氧化碳排放源( 4 5 的二氧化碳来自电力生产) ，实现电力减排和清洁生产， 降低电力输送损耗，全面优化电力生产、输送、消费全过程，将有助于推动低碳 电力、低碳能源乃至低碳经济的发展。因此，世界主要发达国家纷纷把发展智能 电网作为抢占未来低碳经济制高点的一项重要战略措施，掀起了一场全球范围的 智能电网建设热潮。 本章对国内外智能电网的发展其建设愿景进行研究，从信息化是智能电网的 核心特征这一定位出发，提出电网企业信息化模型。 2 1 国外智能电网发展概述 2 1 1 发展历程 智能电网概念最早起源于美国，1 9 9 8 年，美国电科院( e p r i ) 开展“复杂 交互式网络系统”( c i n s i ) 研究，目的是打造高可靠、完全自动化的美国电网， 这是美国智能电网的最初原型。2 0 0 2 年，美国电科院( e p r i ) 正式提出并推动 了“i n t e l l i 鲥d ”项目研究，致力于智能电网整体的信息通信架构开发，配电侧的 业务创新和技术研发。为吸取2 0 0 3 年美加大停电事故的教训，美国加快了对未来 电网的研究。随着高温超导体、新材料、信息、电力电子、分布式能源等新技术 的涌现，以及电力市场、国家安全、环保等方面对电网的要求，美国提出了基于 全新技术和架构的“智能电网”解决方案。2 0 0 3 - 2 0 0 5 年间，d o e ( 美国能源部) 先后发布了“g r i d2 0 3 0 、“国家输电技术路线图”，描绘美国未来电网远景和 技术战略；发起了“g i r dw i s e ”和“现代电网( m g i ) 等项目，使电网现代化愿 景和计划在全国达成共识。随后几年，美国电力企业开始在智能电网领域开展一 系列实践。 2 0 0 5 年，欧洲委员会首次在欧洲提出“智能电网( s m a n 嘶d s ) 概念，成立 “智能电网欧洲技术论坛 ，目标是把电网转换成用户和运营者互动的服务网， 提高欧洲输配电系统的效率、安全性及可靠性，并为分布式和可再生能源发电的 6 华北电力大学硕十学位论文 大规模整合扫除障碍。2 0 0 6 年，论坛提出了欧洲未来电网的远景和策略，制 定了战略研究议程( s r a ) ，欧洲未来电网发展策略，指导欧盟及其各国开 展相关项目，促成智能电网的实现。 近几年来，有关政府和企业加快智能电网研究和实践，进一步旋起智能电网 建设热潮。2 0 0 9 年l o 月，作为建设新能源经济的重大举措，美国新任总统奥巴马 宣布斥资3 4 亿美元改造现有电网系统，使其“更智能、更坚强、更安全”。2 0 0 9 年9 月1 6 同，欧盟在能源技术发展战略中提出：将选择3 0 座城市作为智能电 网城市的试点，来争当全球绿色科技竞赛中的领跑者。英国政府宣布将在5 年内 投资5 亿英镑建设4 个“智能城市”，依次发布了“英国可再生能源发展战略”和 “英国低碳转型计划”两份战略性文件。德国政府启动了“e e n e r g y ”示范工程 计划，目前已确定6 个示范项目，分别由6 个技术联盟负责实施，政府投入6 千万 欧元，另外8 千万欧元由技术联盟自筹。丹麦启动了e d i s o n 示范项目，主要研 究集成大规模分布式风电和电动汽车的智能电网，丹麦电网公司e n e r g i n e t 对项目 进行了资助，i b m 与西门子公司也参与了项目建设。 日本于2 0 0 9 年4 月公布了“日本发展战略与经济增长计划”，其中包括了太阳 能发电并网、未来日本智能电网实证试验、电动汽车快速充电装置等与智能电网 密切相关的内容。日本电气事业联合会在2 0 0 9 年7 月表示，将全面建设“日本版 智能电网”。经济产业省启动了日本国内的智能电网工程，由九州电力公司和冲 绳电力公司在十个独立的岛屿上实施示范项目，项目整体预算为9 0 亿日元，政府 将资助6 0 亿日元。韩国在2 0 0 8 年发布了“绿色能源工业策略”，提出了“韩国版 智能电网”设想。韩国知识经济部决定在2 0 0 9 2 0 1 2 年间，投入2 5 4 7 亿韩元开发 推进电网智能化的商用化技术。韩国电力公司计划花费6 千5 百万美元在2 0 1 1 年完 成济州岛智能电网示范项目。 2 1 2 驱动因素 美国政府发展智能电网主要有以下三方面的考量：一是美国的电网设备比较 落后，急需更新改造，提高电网运行的可靠性，避免电网大面积停电的风险；二 是提高能源利用效率、方便可再生能源的接入，以适应新能源技术革命的需要； 三是通过智能电网建设拉动内需，将美国拉出金融危机的泥潭。改造基础电网设 施，提升电网智能化水平，提高电网运行的安全可靠性、降低电网损耗是建设智 能电网的最初动因。其在智能电网建设中更加关注电力网络基础架构的升级更 新，以提高电网运行水平和供电可靠性，有效接入可再生能源，同时最大限度地 利用信息技术，实现系统智能对人工的替代。 欧洲各国电网运行模式不同，电力需求趋于饱和，智能电网建设的驱动因素 7 华北电力大学坝十字位论文 可以归结为市场、安全与电能质量、环境等三方面。欧洲能源政策强调对环境的 保护和可再生能源发电的发展。发展可再生能源、打造低碳经济是欧洲智能电网 的主要发展动因。同时，欧洲电力企业受到来自开放电力市场的竞争压力，亟须 提高用户满意度，争取更多用户，因此提高运营效率、降低电力价格、加强与客 户互动就成为欧洲智能电网建设的重点之一。在迅速增长的能源成本压力下，欧 洲智能电网建设更加关注可再生能源和分布式电源的接入，并带动整个行业发展 模式的转变，关注电网资产管理、电网运行、需求侧管理、电源“即插即用”和 更加友好灵活的接入方式以及与用户的互动。 日本韩国的输、配网已经非常先进，可靠性很高，因此智能电网主要面对的 问题是如何应对越来越多的接入电网的屋顶光伏、燃料电池分布式电源，引入智 能电网的重点领域是太阳能、燃料电池等分布式新能源。此外，日本智能电网倡 导“能源信息化概念”，高度重视家庭与社区的高效用电问题和能源利用的信息 化。 图2 1 智能电网的驱动因素图。敢盟叠员台_ 欧洲职能屯一笈晨平台。 国外职能电网的驱动因素图如图2 1 所示，其中解决能源安全与环保问题， 应对气候变化，是国外发展智能电网最主要的共性动因。另外抢占产业制高点， 创造新的经济增长点与就业岗位，也是国外主要发达国家发展智能电网的共性经 济动因之一。 2 1 3 主要特征 美国电力科学院( e p 砌) 2 0 0 9 年6 月提供给美国国家标准技术研究院( n i s t ) 的报告给出了基于美国2 0 0 7 年能源独立与安全法案( e n 盯g y1 1 l d 印e i l d e n c ea n d s e 硼t ) ，a c to f2 0 0 7 ) 的智能电网的描述，提出：智能电网是一个完全自动化的 电力网络传输系统，可以监测控制每一个用户及节点，并保证信息及电能在发电 华北电力大学硕十学位论文 厂、设备及其间任意点进行双向流动，可以监控、保护并且自动地优化与之相连 的设备的运行，这些设备包括集中式的和分布式的电源和通过高压网络和配电系 统与之相连接的工业用户、楼宇自动化系统、储能装置、终端用户和他们的自动 调温器、电动汽车、电器以及其它家用设备。 美国能源部给出的智能电网的主要技术可概括为：c e ( c o n s u m e r e n a b l e m e n t ，a m i ) 、a d o ( a d v a n c e dd i s t r i b “o no p e r a t i o n s ) 、a t o ( a d v a n c e d t r a n s m i s s i o no p e r a t i o n s ) 、a a m ( a d v a n c e da s s e tm a n a g e n l e n t ) 。其中c e ( 消费 者体验) 指为用户提供信息，并帮助他们接受和有效地利用智能电网提供给用户 的新的选择，实现“即插即用”；a d o ( 高级配电运行) 重点在于提升电力系统 的可靠性并赋予其自愈能力；a t o ( 高级输电运行) 指将配电系统和区域性输电 网以及电力市场相联系，其目的在于改善整个电力系统的运行状况，减少输电拥 塞；a a m ( 高级资产管理) 主要功能在于更好地利用各类电力资源，保证电力 系统经济、高效的运行。美国智能电网的主要技术结构如图2 2 所示。 亡堡量迦i 技本一 图2 2 美国智能电网的主要技术内涵 基于欧盟设定的电力系统的建设目标：“增加欧洲电力系统的效率、安全性 和可靠性；将现有电网改造成为具有交互能力的服务网络；并且为大规模发展分 布式可再生能源发电系统及其与电网的有效联接扫清技术障碍。欧洲电力工业 联盟在2 0 0 9 年5 月给出了相应的智能电网的描述：智能电网是能够整合发电方、 用户或者同时具有发电和用电特性的成员的行为和行动，以期保证电力供应持 续、经济和安全的电力网络，它能够交互运行，可容纳广大范围的小型分布式发 电系统并网。 9 华北电力大学硕十学位论文 欧盟所描述的未来智能电网具有高可靠性的网架结构、与电网相联接的各类 分布式电源、热电联产等多种产能形式、能够与电力公司进行双向交互的用户等。 欧洲智能电网主要框架如图2 3 所示。 基礴k 醪 黎 t 、警 獬锄獭 办公楼 j 麓蕊暮。 一 谬黼蒯瓢琉 图2 3 欧洲智能电网主要框架欧般员会f 敢洲鲁能电同发晨平台1 美国p j m 公司认为，智能电网通过对整个电力供应体系的自动化来提高电网 的可靠性及效率，对于从发电厂到最终用户的每一个系统接入者，电网结构将是 开放式的，满足即插即用技术标准。简而言之，智能电网就是要实现在适当的时 间，把适当的信息交给适当的人。p j m 认为广域测量技术是保证大电网安全的重 要手段，也是实现智能输电网的基础，因此p j m 目前主要从同步相量技术和先进 控制中心( a c 2 ) 的研究建设着手开展智能输电网的工作，主要内容包括 s o c i m 可视化。 美国埃森哲公司认为，智能电网利用传感、嵌入式处理、数字化通信和i t 技术，将电网信息集成到电力公司的流程和系统，使电网可观测( 能够监测电网 所有元件的状态) ，可控制( 能够控制电网所有元件的状态) 和自动化( 可自适 应并实现自愈) ，从而打造更加清洁、高效、安全、可靠的电力系统。其主要特 征包括：清洁，能够大规模利用可再生能源减少对环境的潜在影响；坚强，有能 力抵御恶劣天气和外部攻击并确保信息安全；自愈，有能力实现电网的自我诊断， 自我调整，自动隔离故障和自动快速恢复；优化，能够优化资源，提高设备资产 1 0 爨鬻黝撼 l 攀置眵 蠛装嬲 n 乜匕 鐾 i i 能潞苦缓；霪 赌掰 华北电力大学硕士学位论文 的利用率和电网的运行效率；交互，能够与电力市场和用户进行交互和实时响应， 提升服务水平；经济，能够以最优成本向社会提供优质电力。 2 1 4 共性特点 综上所述，虽然不同国家、电网企业和咨询公司对智能电网的定义和内涵并 不统一，技术路线也不所相同，但发展重点都侧重研发可再生能源和分布式电源 并网技术，电动汽车与电网协调运行技术以及电网与用户的双向互动技术，实现 信息系统的全面集成是其共同的努力方向。 2 2 国家电网公司坚强智能电网的发展愿景 我国电力系统的专家学者已经对智能电网的各个方面进行了深入的研究。早 在2 0 0 0 年，卢强院士就提出“数字电力系统”( d p s ) 的概念，即将某一实际运 行的电力系统的物理结构、物理特性、技术性能、经济管理、环保指标、人员状 况、科教活动等数字地、形象化地、实时地描述与再现。数字电力系统是最原始 最朴素的将信息技术和电网技术结合的想法。 2 2 1 坚强智能电网的提出 我国对于智能电网的需求主要体现在以下几个方面：满足我国电力工业抢占 未来低碳经济战略制高点的需求；提高我国电网资源优化配置能力的需要；应对 全球气候变化，推进能源工业可持续发展的需要；提升电网性能和多样化服务的 需要；推动我国经济发展方式转变的需要。 2 0 0 9 年国家电网公司发布坚强智能电网建设计划，提出了总目标、技术框架 体系和三个阶段推进实施计划。国家电网公司对坚强智能电网的定义是：以特高 压电网为骨干网架、各级电网协调发展的坚强网架为基础，以通信信息平台为支 撑，具有信息化、自动化、互动化特征，包含电力系统的发电、输电、变电、配 电、用电和调度各个环节，覆盖所有电压等级，实现“电力流、信息流、业务流” 的高度一体化融合的现代电网。 2 2 2 坚强智能电网的内涵 内涵是坚强可靠、经济高效、清洁环保、透明开放和友好互动的电网。坚强 可靠，指具有坚强的网架结构、强大的电力输送能力和安全可靠的电力供应；经 济高效，指提高电网运行和输送效率，降低运营成本，促进能源资源和电力资产 的高效利用；清洁环保，指促进清洁能源发展与利用，降低能源消耗和污染物排 华北电力大学硕一卜学位论文 放，提高清洁电能在终端能源消费中的比重；透明开放，指电网、电源和用户的 信息透明共享，电网无歧视开放；友好互动，指实现电网运行方式的灵活调整， 友好兼容各类电源和用户接入，促进发电企业和用户主动参与电网运行调节。坚 强智能电网建设全景图如图2 4 所示。 坚强智能电网的基本特征就是在技术上体现信息化、自动化、互动化，管理 上体现集团化、集约化、精益化、标准化，从而实现安全、可靠、优质、清洁、 高效、互动的电力供应。信息化是坚强智能电网的实施基础，实现实时和非实时 信息的高度集成、共享与利用；自动化是坚强智能电网的重要实现手段，依靠先 进的自动控制策略，全面提高电网运行控制自动化水平；互动化是坚强智能电网 的内在要求，实现电源、电网和用户资源的友好互动和相互协调。 智 能 电 网 调 度 电 至匮圃圆圆 医匿雹囹 回 口耍匦困匦圈 联合运行ili 联合运行 匮圊口雯困 匿圈匿亘圆 圈浮彩一 厂 l 鉴查些型l ie 示萄 蔓堕吼嚣 孽 普竖小篇幢 一r 叫t 1 亘菰亏军+ 一塑堡! ：垦 电动汽车 l 屋顶光伏发电 智能家居 智能楼宇 智能家电 智能楼字 能效及 信息管理终端 信息通信平台支撑 图2 4 坚强智能电网建设全景图 1 2 黑 墨一 华北电力大学硕十学位论文 2 3 智能电网下的信息平台模型构建 2 3 1 信息流分析 有观点认为，信息就是经过加工处理的数据。“信息流”就是经过加工处理 的“数据流”，“电力流”贯穿了从发电到用电全过程，业务流覆盖了电网企业的 价值链。电力流、业务流、信息流三流合一，从数据的角度分析，可以看成是数 据从采集传输后经过信息系统处理应用的过程。数据的充分融合，信息的全方位 分析以及对分析结果的即时应用是电网产生“智能”的根本原因“。 i b m 从信息通信平台的角度将智能电网划分为数据采集、数据传输、信息集 成、分析优化和信息展现五层，并其突出具有以下三个特征： ( 1 ) 数字化程度 更高，内含各种智能的传感器、电力设备、控制系统、应用系统等，实现全面实 时的监视和全系统可观测；( 2 ) 基于一个统一的信息平台，能够自动完成数据 和应用的整合，提供先进的i t 技术手段，实现了对电网企业信息的传输和集成； ( 3 ) 在信息集成的基础上，进行高级分析，具有辅助决策支持的数据分析能力， 实现提高可靠性、降低成本、提高收益和效率目标。i b m 对智能电网的理解示意 图如图2 5 所示。 图2 5i b m 对智能电网的理解 可以进一步理解智能电网中“信息”应具有的特性。 从数据采集角度来说，是信息全面完整。将现有的电网监控范围进一步扩大 并采集全面而完整的数据，通过全面有效的分析并回馈到电网，更好的控制和优 化电网的运行。作为我国智能电网的特色之一，其中特高压输电更加强调可靠性 和安全性，需要部署传感器来感知输电线路和电塔的状况，如输电线路的垂度、 华北电力大学硕十学位论文 晃动幅度、结冰厚度等信息。此外在配用电环节尤其是微网的部署，信息的采集 点将向用户侧延伸，用户家庭的用电信息和策略以及分布式能源与电网的双向交 互与结算等信息也需要采集上来。 蕊- 戳銎 丽 l 二_ 二二二二一 图2 6 智能电网的信息流不慈图 采集后的数据经过处理后变成有价值的信息，需要提供给价值链各环节使 用，因此，从数据处理角度来说，信息需要全面整合与共享。目前电网公司业务 系统一般由各个不同部门负责，如生产部门负责电力调度监测和控制，并拥有自 己的电力调度网和e m s 或d m s 等业务系统，而营销部门也有自己的m i s 网和e i 冲 系统等。智能电网建设需要逐步打破部门间的信息壁垒，建立企业级层面的信息 整合与共享，企业各层面根据各自业务需求来获取相关信息，实现生产与控制、 企业经营管理、营销与市场交易三大领域的业务与信息化的融合。 海量的数据经过一体化的平台实现共享，经过高级智能处理和分析，用于经 营决策智能分析、管理控制智能处理、业务操作智能作业三层智能应用；未来 a m i 系统中用户用电信息被采集到系统中，综合各种因素确定电价，并回馈给用 户，用户根据电价来调整自己的用电策略，从而实现整个电网的消峰填谷。整个 过程是一个实时或准实时的闭环过程，因此信息流一定是闭环和双向。智能电网 的信息流示意图如图2 6 所示。 1 4 华北电力大学硕士学位论文 2 3 2 从价值链角度分析 1 9 8 5 年，哈佛商学院教授迈克尔波特提出了价值链概念。他将一个企业 的经营活动分解为若干战略性相关的价值活动，指出每一种价值活动都会对企业 的相对成本地位产生影响。企业内部价值链是指企业内部各职能部门、各流程环 节，即企业内部各战略单元的价值链。比如采购部门与销售部门，与客服部门， 与管理部门等。 固 豳 二二二二】互二二二二刁 物理流 一卜信息流 图2 7 电力企业的传统价值链 电力系统是围绕电能的运作和经营过程中有关资源及其变化过程的总称。电 力系统的价值目标是在电能运营中实现最优化，传统上电力系统的价值实现过程 是：电力系统从能源材料供应商处取得能源材料，经过电能的生产、运送和供应 过程，最终满足电能用户的电能需求，获得电能用户回报。i b m 商业价值院提出 的电力行业的传统价值链如图2 7 所示。 奄万泰苟爰i 产霜舌商磊苗丽；荔一jr _ j 一 ，一一ji 一一一一一一一一一j 物理韶双本地电力) 一物理流( 销售过剩电力) 物理流( 电网电力) _ 信息流 图2 8 智能电网下的企业价值链 智能电网将促进电力行业全价值链生产、运行、经营各环节根本性转变。对 电网企业而言，最突出的变化来自以下几个方面。 在电网运行方面，数据容量增加、范围扩大，要求数据管理能力提升；电 网更加复杂，要求提高数据分析能力；用户将实现与电网的双向互动，同时带来 实时、双向信息交流的需求，要求提高客户管理能力。 1 5 华北电力大学硕十学位论文 在电力市场方面，电动汽车、分布式能源、电力光纤到户、智能小区、智能 家居等新型业务模式和节能服务等新型服务模式出现，改变了传统的业务形态。 在新的业务形态下，传统的电网企业价值链将出现变化。智能电网下的电力 企业价值链模型如图2 8 所示。 2 3 3 信息平台模型 根据以上分析，面向智能电网的信息支撑平台主要应具备以下能力。 r 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 一h 战略层决策 h经营层决策卜一作业层决策卜 、 局域网 li 广域网 li 区域网 ll 本地网 采集装置智能元件 分布式 发电 - - - - 输电 配电 避电 _ - - 用户 - - - 发电及 _ _ _ _ - - 一 - - - - - - 一 储能 图2 9 智能电网下的信息支撑平台 ( 1 ) 实现电网规划、设计、建设、生产、运营、服务信息的全面采集、流 畅传输和高效处理，提升设备和业务处理的数字化、自动化水平，支撑电力流、 信息流、业务流的高度一体化。 ( 2 ) 建设贯通智能电网六个环节，覆盖公司全部业务的信息系统，提升管 理的现代化水平，实现全网资源的优化配置、高效利用和风险的全面控制、及时 处置。 ( 3 ) 搭建信息共享透明、流程规范集成、功能强大友好的业务协同和互操 作平台，提升人与应用系统之间、六个环节之间、各业务之间、公司与各利益相 关者之间的互动水平。 ( 4 ) 充分利用智能电网多元、海量信息的潜在价值，挖掘其背后所蕴含的 知识，提升电网的智能分析和科学决策水平。 1 6 一 智能电网应用层 一触艨贼信一电力层一 华北电力大学硕一 ：学位论文 第3 章信息化建设需求分析 3 1 信息化需求分析的方法 根据战略规划的一般理论，制定规划任务就是要明晰清现状与未来状态之间 的差距并制定实施策略或解决方案。因此，从业务、i t 技术应用等不同层面开展 需求分析是制定战略规划的重要要素。 企业信息化需求不同于软件功能要求，包含企业战略、运作和技术各层面的 需求，应体现系统性。在具体实施中，应能用数据流程图、业务流程图、表格等 进行表达，清晰体现各层次间具有的结构关系。是否满足企业信息化需求是检验 企业信息化建设效果的重要依据。因此，准确把握信息化需求是企业信息化建设 至关重要的一步。 梳理逻辑关系 先考虑关键成功因素 分析存在的瓶颈 企业架构j 企业内外邵条件燹化时 图3 1 信息化需求分析方法 实践中，企业的战略层、运作层、业务部门和信息部门等往往对信息化具有 不同的需求。一般通过企业专门的团队或第三方专业的信息化咨询公司来实施。 通过开展高层访谈、书面问卷调查、查阅企业资料等方式，明晰了解企业的战略 和发展思路、企业的定位、所面临的内外部环境、信息化现状、企业的组织结构、 业务流程等，在此基础上，综合分析企业各方面对信息化的需求，进行结构化的 推理，