曹城祿：智能微網中的數字化與智能化思考

2018年1月12日，由中國科學院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、國際能源署（IEA）、聯合國項目事務署（UNOPS）指導，中國能源研究會分布式能源專業(yè)委員會、中國能源網等聯合主辦，國家電網公司、漢能控股集團等協辦的“2018未來能源大會”在北京隆重召開。西門子中國智慧能源技術總監(jiān)曹城祿先生作題為“智能微網中的數字化與智能化思考”演講。

以下內容根據演講實錄整理摘編：

曹城祿：大家好！感謝主辦方的邀請有這樣一個機會把西門子在能源互聯網，或者未來能源的看法和觀點給大家做一個分享。為什么西門子能夠持久生存發(fā)展，而且不斷的往前走？我們一直強調創(chuàng)新，西門子不僅僅是一個做電氣化的公司，我們強調數字化和軟件，我們是全球的十大工業(yè)軟件之一，在歐洲我們是除了SAT之外第二大公司。當然我們還有其他的技術，今天上午提到的電動汽車，我們現在也在做電動飛機，我們也跟合作方一起參與了電動飛機的技術。

對未來能源的發(fā)展來講，西門子也在提4個D，對未來四個能源階段，我們認為在很長時間之內傳統的化石能源從發(fā)電到輸電到配電到用電這樣一個單一體系，和各種分布式能源并存的，有幾個大的趨勢，第一低碳化、第二個分布式、第三個市場化、第四個數字化。今天我著重介紹一下西門子在數字化領域相關的技術、一些案例，和所謂的一些平臺，做一個分享。

數字化時代數據管理我們一直在強調互聯網+，最上面一層我們整個IT技術的發(fā)展，從原始的計算機，從PC到智能化的筆記本等等，到因特網，到今天講工業(yè)4.0，物聯網時代。這樣一個融合的趨勢，會產生大量的數據，我們這邊有一個統計，我們從物聯網這個概念來看，每天連接到這樣的平臺大概有550萬的資產，像電表啊，2020年會有500億的資產，當然數字會更大。實際上50%以上的數據一年會大于50%以上，實際上真正利用的數據只有千分之五不到，這是我們一個核心關注的地方。

對西門子來講，我們在數字化取得的成就，包括整個西門子大的物聯網平臺，包括西門子的設備、第三方工業(yè)的設備，像內燃機啊、電表啊等等，電表全球我們有7500萬個智能電表，我們收益有450億歐元，有將近一萬名員工從事數字軟件的開發(fā)。

在整個數字化的架構來講，西門子也在強調電氣化、自動化和數字化整體架構的一個模型，最底層就是傳統電氣化這樣一個基本的模塊，通過我們這個物聯網的平臺，MindSphere這個平臺，機器、資產還有設備的數據可以連在我們物聯網的平臺，同時是一個開放的平臺，可以開放給我們客戶，也可以開放給我們生態(tài)的朋友圈，也可以開放給合作方等等，它也融合了一些相關的數據挖掘、人工智能這樣的技術。同時基于物聯網的平臺，西門子提供了各種各樣的軟件服務，以及我們數字化的軟件，今天著重介紹一下西門子在軟件方面取得的相關的技術和信息。

我們整個物聯網平臺全球的生態(tài)圈，包括一些做咨詢，如埃森哲，還有一些大的廠商，像ACP等等。在國內來講，我們也在尋找合作的生態(tài)圈，也在進行過程當中，這個不方便透露，我們會在中國逐步落地，推行物聯網在中國平臺的落地。

我們基于物聯網平臺所有相關的三個大的平臺，工業(yè)軟件，主要是三個：

第一個，PSS的數字化雙生的套件。

第二個，運行和控制的平臺。

第三個，業(yè)務應用和分析的平臺。我們通過通信協議跟底層設備相關的一些通信的標準，數據的安全，以及整個服務架構的體系，因為時間關系，不展開了。今天主要強調數字化軟件平臺。

我們會找這樣一個落腳點，這個落腳點以園區(qū)為例，前段時間我看了一個統計數據，現在全國大大小小的園區(qū)一萬多個，國家級的開發(fā)園區(qū)六百多個，省級開發(fā)區(qū)1100多個，所以園區(qū)整個的經濟占咱們中國經濟整個的將近30%，所以園區(qū)是很重要的這樣一個實體，所以我們以園區(qū)為例，看看我們西門子針對園區(qū)的解決方案，怎么融合數字化為我們企業(yè)和客戶帶來價值？

這個是整個智能化綠色產業(yè)園區(qū)的架構，主要是達到：綠色、智能、安全的目標。一個有智慧的基礎設施，包括能源、交通和樓宇，甚至是產業(yè)，但西門子強調的是一個使用，跟我們用戶的融合，所以我們比較強調綠色工廠、智能制造跟我們整個能源的融合。

我們這邊有一個全方位、模塊化園區(qū)智能解決方案，包括區(qū)域能源監(jiān)控中心、能源管理平臺、微網儲能，甚至是配送電的平臺，今天我只是強調介紹一下整個關于數字化的軟件，其他的不一一贅述了。大的架構是這樣子，我們這邊有一個基礎的模塊，你的光伏、燃氣分布式發(fā)電，其他的照明等等，這都是我們的基礎。基于這個園區(qū)整個基礎模塊搭建完之后，就可以建整個智慧的云平臺，可以在這個云平臺上建各種各樣的應用。

這個功能的分布式就過去的，因為從分布式來講，除了組件是第三方的，我們的配電系統、協同調度和優(yōu)化，甚至過程當中的服務都有一個解決方案。

第一個我們講PSS定義。

第二個可靠性、能源效率與電力市場交互的數據采集和優(yōu)化的平臺。

第三個數據的收集、報表對標的分析以及報表的生成，以及跟歷史數據、仿真的基準，各種各樣的應用。

我們這個定義包括兩個部分，第一個針對發(fā)電一個單元的組成部分，我們可以模擬出來你這個光伏適合的發(fā)電，什么情況下配比是最優(yōu)的，而且可以做各種各樣的模擬。第二個針對園區(qū)的配網架構，你這個配網整個的變電站的選擇，你跟上級配網怎么進行數據的交互？我們這邊有一個模擬和仿真的設計。這兩個平臺是可以互聯互通的，而且這兩個平臺也是包括了水網、熱網、氣網，所以我們是一個綜合管理的仿真平臺。

這兩個平臺做完模擬和仿真之后，再進行不斷的人工優(yōu)化和評估。其實我們做PSS的仿真大概是四個步驟，第一個步驟，做一個系統定義，包括我們整個這一個能源大概的組成部分，再進行發(fā)電的分析，不同發(fā)電的組成以及發(fā)電的容量，以及整個未來的趨勢是什么樣的？第三個網絡的搭配，第四個系統的優(yōu)化設計。

這是第一個關于園區(qū)整個能源和網絡設計的平臺和優(yōu)化，第二個關于整個園區(qū)里面多能互補，或者微網有一個控制和優(yōu)化的系統，這個平臺是基于我們這個分布式能源和微網管理平臺。主要有幾個場景，第一個可以對三聯供不同發(fā)電的效率，不同供熱的效率，不同單元優(yōu)化。我們知道可再生能源是波動，是不穩(wěn)定，這樣我們就可以跟儲能有一個配比，進行自動充放的管理和協同，實現我們新能源這樣一個最大化的利用，同時保證系統穩(wěn)定性。第三個我們可以保證它的孤島運行和并網運行模式的自動切換，我們知道它孤島運行和并網運行的功率是不一樣的，通過這套系統可以保證我們微網這套系統平穩(wěn)運行。

介紹一下我們針對微網優(yōu)化的模塊，我們怎么樣最優(yōu)化使成本最低，同時又能滿足系統的要求。第二個頻率和電壓的控制?，F在很多號稱也是微網的很多系統都是按這個模式進行操作的。這個級別需要控制電壓、頻率，這是二級控制，這個控制時間可以達到毫秒級。最高級別就是我們講的高級的控制，我們叫三級控制，它的優(yōu)化的算法，你的光伏、儲能，還有你的風電，發(fā)電運行的時候，發(fā)電的組合是最優(yōu)的，以及為未來電力市場進行協同，以及外面的天氣預報等等，進行數據的整合。我們認為這是一個高級應用，需要達到秒級的應用水平。

在未來如果有多個微網的時候，還有區(qū)域能源交易市場需求，基于我們去中心化、智能合約的區(qū)塊鏈技術，可以實現微網之間的調度、平衡和交易。

第三個介紹一下我們整個園區(qū)運營管理中心這個平臺，這個把能源側、復合側跟電網之間的關系都可以進行統一的協同和管理，這個平臺我們是面向未來物聯網云端的平臺，它支持MQTT，而且可以支持云端部署，也可以提供很多業(yè)務決策的儀表盤。這是我們整個的架構，最底層就是傳統很多運維單元以及我們分布式的微網，包括儀表、建筑、工廠以新能源發(fā)電的設施，同時數據采集的標準協議可以實現很多能源監(jiān)測、性能分析、優(yōu)化以及整個智慧園區(qū)駕駛艙很多數據的展示。

其實在整個園區(qū)里面還有配網這樣一個要求，因為時間關系我這里只介紹一下配網的管理，配網自動化是另外一個大的范疇，西門子提出先進配網的概念，包括故障的自動定位、故障的自動恢復，以及我們對故障的分析，我們有一個強大的預測模型，有很多暴風模式的模式自動設定。

這是我們大數據的一個應用，大數據的應用可以應用在兩個方面，一個是園區(qū)里面的，一個是能耗，我們園區(qū)里面很多工業(yè)用戶能耗的數據可以通過大數據管理平臺實現節(jié)能、效率的提升，對分布式能源來講，通過微網協同可以把其他的新能源或者多個微網進行整個的協同進行發(fā)電預測，負荷預測。

這是我們在德國能源互聯網示范其中的一個案例，遠端有風電，是一個山，山下有農場，農場里面養(yǎng)的是奶牛，奶牛產生的糞便用來做沼氣，家家屋頂上面做的太陽能光伏，它的發(fā)電的容量是它的三倍，剩下的電會賣給當地的電網公司，進行經濟上的一個收益。所以西門子是幫它做了整個微網優(yōu)化的控制系統，實現了供需平衡，同時我們也實現了跟電網的協同和互補。

第二個是我們國內的一個案例，是杭州國家分布式能源技術實驗中心，這個實驗中心雖然不大，但是它的能源形式比較復雜，有單伏、有多晶硅、有內燃機、燃機等等，實現了冷熱電綜合能源的優(yōu)化，也保證了安全可靠和供電質量。

第三個是區(qū)塊鏈的合作，這是我們在紐約市做的一個示范性的項目，這個是給一個合作方提供了基于智能合約P2P交易的平臺，我們知道區(qū)塊鏈有比特幣技術，還有智能合約技術，這個項目就是采用了智能合約的技術，通過智能電網實現了社區(qū)級的微電網它之間的一個交互和交易。同時我們這個區(qū)塊鏈交易的平臺，也跟我們傳統的交易市場像PGM這樣一個交易平臺，也有這樣一個數據的交互。所以我們這個項目也支持有區(qū)塊鏈的這樣一個發(fā)電的用戶，也支持沒有區(qū)塊鏈這樣一個分布式能源和它相關電網的連接。

最后介紹一下園區(qū)的案例，第一個是我們在國外馬斯達（音）做的一個社區(qū)案例，這個是在阿聯酋的阿布扎比，它號稱是零碳排放社區(qū)。我們西門子參與它的建設。國內我們跟廣東省電力設計院合作為中新知識城綜合能源規(guī)劃和整體規(guī)劃，最近我們跟它一個園區(qū)里面的售電公司有一個實際的產業(yè)合作，我們一起跟他成立的合資公司，專門做整個園區(qū)的配網，園區(qū)售電平臺的支持。

所以總結一下，西門子整個園區(qū)智慧能源的引用，體現在一個技術特點，包括多能互補的能量管控系統、能源大數據智能運維平臺，商業(yè)模式我們可以投資也可以入駐。

好了，謝謝大家！