电气信息工程概述-2011范瑜1

电气工程导论1*教学网站：/daolun/电气工程导论2*1.什么是电气信息工程？电气工程导论3*信息化带动工业化以“信息化带动工业化”，是二十一世纪实现现代化的必由之路。是党中央的决策，是为期几十年的长期发展战略。

信息化对工业化的水平、实现方式将产生巨大影响（相对于机械化时代、电气化时代的工业化）。所以，以信息化带动工业化，是二十一世纪实现现代化的必由之路。信息和通信技术是塑造二十一世纪最有力工具，信息技术正成为世界经济增长的发动机，信息技术驱动经济变革的本质是知识和新思想的社会共享。电气工程导论4*信息化的意义信息化是以信息技术广泛应用为主导，信息资源为核心，信息网络为基础，信息产业为支撑，信息人才为依托，法规、政策、标准为保障的综合体系。信息化正在推进一场深刻的全球产业革命，在当前形势下，信息化仍是促进世界经济发展的重要推动力，推进信息化是我国社会主义现代化建设的重大战略举。信息化是先进生产力发展的方向。信息化加速了产业升级，促进了资源优化配置，加速了经济全球化的进程，

信息化与工业化的进一步紧密结合，使人类社会生产力得到空前释放和提高，信息化正在超越传统的经济形态，推动世界经济加速发展。电气工程导论5*1.什么是电气信息工程？二十世纪现代化特征是电气化；二十一世纪现代化的特征是信息化。所以，将电气化与信息化结合，就是“电气信息科学与技术”。研究“电气信息科学与技术”应用的学科专业，就是电气信息工程。电气工程导论6*ENIAC,1946DevelopedbyJ.P.Eckert,J.W.Mauchley电气工程导论7*电气信息工程概念（广义）

以电气工程、信息通信、计算机与网络为基础的，工业、商业及国民经济其他行业的电气化、自动化、数字化、信息化工程。学科划分上为工学门类下的电气信息类，内容主要包括：电气工程、控制科学与工程、信息与通信工程、计算机科学与技术等一级学科，同时涉及系统科学、管理、经济、仪器仪表等学科门类或学科专业，学科交叉是其特色。电气信息工程概念（狭义）

信息化、自动化的电气工程。以基于计算机与网络通信技术的自动化控制、信息化管理与运行为主要特征的现代电气工程。强弱电结合、以弱电控强电为主要特色。电气工程导论8*2.电气信息工程研究什么？电气工程导论9*2.电气信息工程研究什么？

电气信息工程研究强电（电气工程）与弱电（控制、信息、通信）的结合。学科交叉是其特色。主要研究：电气工程与控制科学与工程、信息与通信工程、计算机科学与技术等学科的结合（交叉）领域。侧重研究信息化、自动化的电气工程相关理论、技术及其应用。是以基于计算机与网络通信技术的自动化控制、信息化管理与运行为主要特征的现代电气工程。强弱电结合、以弱电控强电为主要特色。电气工程导论10*2.电气信息工程研究什么？

电气信息工程技术电气信息工程通信语音通信数据通信多媒体通信多网合一……计算机微处理器与DSP嵌入系统微机/工控机并行机/巨型机网格……网络现场总线LAN/WANInternet/Intranet多网合一……管理/市场资源组织生产运营供需协调电子商务……控制单变量（经典控制）多变量（现代控制）智能控制大系统理论……测量模拟量开关量信息获取……电气工程导论11*2.电气信息工程研究什么？

2.1测量技术测量：观察、了解万用表8888.888888.88核心处理器量程选择电路电气工程导论12*2.电气信息工程研究什么？

外径千分尺数显千分尺线圈磁场测定仪荧光寿命测量实验电气工程导论13*2.电气信息工程研究什么？

NuclearradiationMeasurementNoisemeasurement原子放射性测量设备噪声测量设备电气工程导论14*2.电气信息工程研究什么？

UltrasonicReflectionEquipmentACEMF

Measurement电动势测量超声波反射测量设备电气工程导论15*连续变化量——模拟量测量：测量：电气量：互感器、电流电压变换器非电气量：传感器、变送器遥测：无接触测量—红外、激光测量量的传送测量新技术：光纤传感器、无接触测量基于GPS的广域（同步）测量数字化测量与数字化传输:

A/D,VFC,现场总线……2.电气信息工程研究什么？

电气工程导论16*掌握运行状况实施自动控制统计管理信息确保正常运行测量的作用？2.电气信息工程研究什么？

位置与变化——开关量测量：位置与状态测量（查询方式）变位信息（中断方式/高速查询方式）遥信测量统计——计量：记数（累计）计量（时间积分）报表（数理统计）电气工程导论17*如何测量高电压、大电流？——互感器

TVTV电磁式电压互感器等效电路图电磁式电压互感器相量图JDCF-220WB型电压互感器2.电气信息工程研究什么？

分析手段分析手段分析手段电气工程导论18*控制器控制对象测量反馈2.2控制技术控制：操纵、掌握2.电气信息工程研究什么？

e(t)r(t)u(t)q(t)c(t)y(t)n(t)设定值测量值扰动被控量控制器广义对象控制装置执行器过程检测元件电气工程导论19*2.电气信息工程研究什么？

控制器塑料挤出复膜机组电气工程导论20*2.电气信息工程研究什么？

控制理论的发展：1768年瓦特发明的蒸汽机，借助离心调速装置而使其本身的转速保持稳定。这种离心调速装置就是世界上最早的自动化机器。20世纪40年代，美国数学家维纳等，在自动调节、计算机、通信技术、仿生学以及其他科学互相渗透的基础上，产生了控制论。维纳提出的反馈控制原理，至今仍然是控制理论中的一条重要规律。20世纪60年代，随着复杂的工业生产过程、航空及航天技术、社会经济系统等领域的进步使自动控制理论得以迅速发展。两个显著进展是数字计算机得到广泛应用以及现代控制理论的诞生。当前发展趋势

向大系统发展——规模庞大、结构复杂、功能综合、因素众多……向智能系统发展——自组织、自学习、自修复、自繁殖……向开放式系统发展——混杂系统、非线性系统、非自治系统……

电气工程导论21*对控制系统的性能要求稳：动态过程的平稳性快：动态过程的快速性准：动态过程的最终精度2.电气信息工程研究什么？

电气工程导论22*中小型计算机微型计算机2.3计算机技术

计算机：通用万能工具2.电气信息工程研究什么？

电气工程导论23*2.电气信息工程研究什么？

控制计算机CNC智能机床电气工程导论24*2.电气信息工程研究什么？

通用平台万能机器计算机技术的作用？电气工程导论25*工业自动化-可编程控制器(PLC)

可编程控制器(PLC)主要包括了CPU、开关量输入、开关量输出、模拟量输入、模拟量输出几个模块。PLC和组态结合被大量运用在大型工业自动控制系统中。电气工程导论26*电气工程导论27*模拟与数字通信系统2.4网络与通信技术网络与通信：信息共享、远方测控干扰信源信宿解调调制信道模拟通信系统干扰信源信宿解码编码信道数字通信系统……100110101011……2.电气信息工程研究什么？

电气工程导论28*2.电气信息工程研究什么？

工业网络与现场总线—可靠性、电磁兼容电气工程导论29*2.电气信息工程研究什么？

铁路调度管理信息系统电气工程导论30*电力市场的技术基础电力市场技术电力技术欧姆定律控制技术反馈原理市场技术价值规律信息技术摩尔定律电力市场的目的与手段提高效率降低电价改善服务持续发展引入竞争2.电气信息工程研究什么？

资源组织？（条件）运行协调？（途径）满足需求？（目标）管理与市场的作用？电气工程导论31*在建筑中综合计算机技术、自动控制技术、通信技术和电气工程技术，构成智能楼宇技术。智能楼宇的目标：提供安全、舒适、快捷的优质服务；建立先进的管理机制；节省能耗与降低人工成本。

2.电气信息工程研究什么？

楼宇自动化:SmartBuilding;Buildingautomation住宅办公楼电气工程导论32*SecuritySystem

EnergysavingCCTVbuilding-Accesscontrol楼宇自动化电气工程导论33*智能楼宇中涉及的电气信息工程内容主要有：智能建筑的供配电、电传动、自动控制、智能建筑的电气照明、智能建筑的通信技术、有线电视系统、广播音响系统、办公自动化系统、建筑物自动化系统、智能建筑的防火、智能建筑的防盗、综合布线系统、智能建筑的系统集成、智能建筑的电气安全和智能建筑的节能等。2.电气信息工程研究什么？

电气工程导论34*综合应用举例电气工程导论35*应用举例1：火力发电厂主控系统电气工程导论36*应用举例1：火力发电厂主控系统生产系统控制与信息化：电气工程导论37*电力系统控制应用举例1：火力发电厂主控系统电气工程导论38*应用举例1：火力发电厂主控系统电厂生产控制系统电气工程导论39*37.8MW-37.8MWEMS能量管理系统电气工程导论40*应用举例1：火力发电厂主控系统※数据采集系统-DAS：

火电厂的主控系统中的DAS(数据采集系统)主要是连续采集和处理机组工艺模拟量信号和设备状态的开关量信号，并实时监视,保证机组安全可靠地运行。

■数据采集：对现场的模拟量、开关量的实时数据采集、扫描、处理。

■信息显示：包括工艺系统的模拟图和设备状态显示、实时数据显示、棒图显示、历史趋势显示、报警显示等。

■事件记录和报表制作/打印：包括SOE顺序事件记录、工艺数据信息记录、设备运行记录、报警记录与查询等。

■历史数据存储和检索

■设备故障诊断

电气工程导论41*

※模拟量调节系统-MCS系统：

■机、炉协调控制系统(CCS)

●送风控制，引风控制

●主汽温度控制

●给水控制

●主蒸汽母管压力控制

●除氧器水位控制，除氧器压力控制

●磨煤机入口负压自动调节，磨煤机出口温度自动调节■高加水位控制，低加水位控制

■轴封压力控制

■凝汽器水位控制

■消防水泵出口母管压力控制

■快减压力调节，快减温度调节

■汽包水位自动调节电气工程导论42*※炉膛安全保护监控系统-BMS系统：

BMS（炉膛安全保护监控系统）保证锅炉燃烧系统中各设备按规定的操作顺序和条件安全起停、切投，并能在危急情况下迅速切断进入锅炉炉膛的全部燃料，保证锅炉安全。包括BCS（燃烧器控制系统）和FSSS（炉膛安全系统）。

■锅炉点火前和MFT后的炉膛吹扫

■油系统和油层的启停控制

■制粉系统和煤层的启停控制

■炉膛火焰监测

■辅机（一次风机、密封风机、冷却风机、循环泵等）启、停和联锁保护

■主燃料跳闸（MFT）

■油燃料跳闸（OFT）

■机组快速甩负荷（FCB）

■辅机故障减负荷（RB）

■机组运行监视和自动报警电气工程导论43*※顺序控制系统—SCS：

■制粉系统顺控

■锅炉二次风门顺控

■锅炉定排顺控

■射水泵顺控

■给水程控

■励磁开关

■整流装置开关

■发电机灭磁开关

■发电机感应调压器

■备用励磁机手动调节励磁

■发电机组断路器同期回路

■其他设备起停顺控电气工程导论44*※电液调节系统—DEH：

该系统完成对汽机的转速调节、功率调节和机炉协调控制。包括：转速和功率控制；阀门试验和阀门管理；运行参数监视；超速保护；手动控制等功能。

■转速和负荷的自动控制

■汽轮机自启动（ATC）

■主汽压力控制（TPC）

■自动减负荷（RB）

■超速保护（OPC）

■阀门测试

电气工程导论45*应用举例2：磁悬浮列车（Maglev）电气工程导论46*应用举例2：磁悬浮列车电气工程导论47*上海磁悬浮列车基于无线通信的列车控制

应用举例2：磁悬浮列车电气工程导论48*上海磁悬浮列车（基于无线通信的列车控制）应用举例2：磁悬浮列车电气工程导论49*电气工程导论50*电气工程导论51*上海磁悬浮列车（基于无线通信的列车控制）轨道梁控制中心运行控制中心维护控制中心安全运行设备与轨道电气工程导论52*应用举例3：智能电网（SmartGrid）电气工程导论53*智能电网（SmartGrid），就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。电气工程导论54*2006年欧盟理事会的能源绿皮书《欧洲可持续的、竞争的和安全的电能策略》(AEuropeanStrategyforSustainable，CompetitiveandSecureEnergy)强调智能电网技术是保证欧盟电网电能质量的一个关键技术和发展方向。这时候的智能电网是指输配电过程中的自动化技术。

同年，美国IBM公司与全球电力专业研究机构、电力企业合作开发了“智能电网”解决方案。被比喻为电力系统的“中枢神经系统”，电力公司可以通过使用传感器、计量表、数字控件和分析工具，自动监控电网，优化电网性能、防止断电、更快地恢复供电，消费者对电力使用的管理也可细化到每个联网的装置。这个可以看作智能电网最完整的一个解决方案，标志着智能电网概念的正式诞生。电气工程导论55*智能电网-通信技术建立高速、双向、实时、集成的通信系统是实现智能电网的基础，没有这样的通信系统，任何智能电网的特征都无法实现，因为智能电网的数据获取、保护和控制都需要这样的通信系统的支持，因此建立这样的通信系统是迈向智能电网的第一步。同时通信系统要和电网一样深入到千家万户，这样就形成了两张紧密联系的网络—电网和通信网络，只有这样才能实现智能电网的目标和主要特征。

电气工程导论56*智能电网-量测技术智能电网将取消所有的电磁表计及其读取系统，取而代之的是可以使电力公司与用户进行双向通信的智能固态表计。基于微处理器的智能表计将有更多的功能，除了可以计量每天不同时段电力的使用和电费外，还有储存电力公司下达的高峰电力价格信号及电费费率，并通知用户实施什么样的费率政策。更高级的功能有用户自行根据费率政策，编制时间表，自动控制用户内部电力使用的策略。

电气工程导论57*智能电网-设备技术未来智能电网将主要应用三个方面的先进技术：电力电子技术、超导技术以及大容量储能技术。通过采用新技术和在电网和负荷特性之间寻求最佳的平衡点来提高电能质量。通过应用和改造各种各样的先进设备，如基于电力电子技术和新型导体技术的设备，来提高电网输送容量和可靠性。配电系统中要引进许多新的储能设备和电源，同时要利用新的网络结构，如微电网。

电气工程导论58*智能电网-控制技术智能电网中必须实现分析、诊断和预测状态，并采取适当的措施以消除、减轻和防止供电中断和电能质量扰动。先进控制技术紧密依靠并服务于其他四个关键技术领域，如先进控制技术监测基本的元件（参数量测技术），提供及时和适当的响应（集成通信技术；先进设备技术）并且对任何事件进行快速的诊断（先进决策技术）。另外，先进控制技术支持市场报价技术以及提高资产的管理水平。电气工程导论59*智能电网-支持技术决策支持技术将复杂的电力系统数据转化为系统运行人员一目了然的可理解的信息，因此动画技术、动态着色技术、虚拟现实技术以及其他数据展示技术用来帮助系统运行人员认识、分析和处理紧急问题。（1）可视化—决策支持技术。利用大量的数据并将其裁剪成格式化、按技术分类的关键的数据给电网运行人员。（2）决策支持—决策支持技术。确定了现有的、正在发展的以及预测的问题，提供决策支持的分析，并展