曹城祿：智能微網(wǎng)中的數(shù)字化與智能化思考

2018年1月12日，由中國(guó)科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、國(guó)際能源署（IEA）、聯(lián)合國(guó)項(xiàng)目事務(wù)署（UNOPS）指導(dǎo)，中國(guó)能源研究會(huì)分布式能源專業(yè)委員會(huì)、中國(guó)能源網(wǎng)等聯(lián)合主辦，國(guó)家電網(wǎng)公司、漢能控股集團(tuán)等協(xié)辦的“2018未來(lái)能源大會(huì)”在北京隆重召開。西門子中國(guó)智慧能源技術(shù)總監(jiān)曹城祿先生作題為“智能微網(wǎng)中的數(shù)字化與智能化思考”演講。

以下內(nèi)容根據(jù)演講實(shí)錄整理摘編：

曹城祿：大家好！感謝主辦方的邀請(qǐng)有這樣一個(gè)機(jī)會(huì)把西門子在能源互聯(lián)網(wǎng)，或者未來(lái)能源的看法和觀點(diǎn)給大家做一個(gè)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(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，西門子不僅僅是一個(gè)做電氣化的公司，我們強(qiáng)調(diào)數(shù)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(dāng)然我們還有其他的技術(shù)，今天上午提到的電動(dòng)汽車，我們現(xiàn)在也在做電動(dòng)飛機(jī)，我們也跟合作方一起參與了電動(dòng)飛機(jī)的技術(shù)。

對(duì)未來(lái)能源的發(fā)展來(lái)講，西門子也在提4個(gè)D，對(duì)未來(lái)四個(gè)能源階段，我們認(rèn)為在很長(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)傳統(tǒng)的化石能源從發(fā)電到輸電到配電到用電這樣一個(gè)單一體系，和各種分布式能源并存的，有幾個(gè)大的趨勢(shì)，第一低碳化、第二個(gè)分布式、第三個(gè)市場(chǎng)化、第四個(gè)數(shù)字化。今天我著重介紹一下西門子在數(shù)字化領(lǐng)域相關(guān)的技術(shù)、一些案例，和所謂的一些平臺(tái)，做一個(gè)分享。

數(shù)字化時(shí)代數(shù)據(jù)管理我們一直在強(qiáng)調(diào)互聯(lián)網(wǎng)+，最上面一層我們整個(gè)IT技術(shù)的發(fā)展，從原始的計(jì)算機(jī)，從PC到智能化的筆記本等等，到因特網(wǎng)，到今天講工業(yè)4.0，物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。這樣一個(gè)融合的趨勢(shì)，會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，我們這邊有一個(gè)統(tǒng)計(jì)，我們從物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念來(lái)看，每天連接到這樣的平臺(tái)大概有550萬(wàn)的資產(chǎn)，像電表啊，2020年會(huì)有500億的資產(chǎn)，當(dāng)然數(shù)字會(huì)更大。實(shí)際上50%以上的數(shù)據(jù)一年會(huì)大于50%以上，實(shí)際上真正利用的數(shù)據(jù)只有千分之五不到，這是我們一個(gè)核心關(guān)注的地方。

對(duì)西門子來(lái)講，我們?cè)跀?shù)字化取得的成就，包括整個(gè)西門子大的物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，包括西門子的設(shè)備、第三方工業(yè)的設(shè)備，像內(nèi)燃機(jī)啊、電表啊等等，電表全球我們有7500萬(wàn)個(gè)智能電表，我們收益有450億歐元，有將近一萬(wàn)名員工從事數(shù)字軟件的開發(fā)。

在整個(gè)數(shù)字化的架構(gòu)來(lái)講，西門子也在強(qiáng)調(diào)電氣化、自動(dòng)化和數(shù)字化整體架構(gòu)的一個(gè)模型，最底層就是傳統(tǒng)電氣化這樣一個(gè)基本的模塊，通過我們這個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)，MindSphere這個(gè)平臺(tái)，機(jī)器、資產(chǎn)還有設(shè)備的數(shù)據(jù)可以連在我們物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)，同時(shí)是一個(gè)開放的平臺(tái)，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(guān)的數(shù)據(jù)挖掘、人工智能這樣的技術(shù)。同時(shí)基于物聯(lián)網(wǎng)的平臺(tái)，西門子提供了各種各樣的軟件服務(wù)，以及我們數(shù)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(guān)的技術(shù)和信息。

我們整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)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(guó)內(nèi)來(lái)講，我們也在尋找合作的生態(tài)圈，也在進(jìn)行過程當(dāng)中，這個(gè)不方便透露，我們會(huì)在中國(guó)逐步落地，推行物聯(lián)網(wǎng)在中國(guó)平臺(tái)的落地。

我們基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)所有相關(guān)的三個(gè)大的平臺(tái)，工業(yè)軟件，主要是三個(gè)：

第一個(gè)，PSS的數(shù)字化雙生的套件。

第二個(gè)，運(yùn)行和控制的平臺(tái)。

第三個(gè)，業(yè)務(wù)應(yīng)用和分析的平臺(tái)。我們通過通信協(xié)議跟底層設(shè)備相關(guān)的一些通信的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)的安全，以及整個(gè)服務(wù)架構(gòu)的體系，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系，不展開了。今天主要強(qiáng)調(diào)數(shù)字化軟件平臺(tái)。

我們會(huì)找這樣一個(gè)落腳點(diǎn)，這個(gè)落腳點(diǎn)以園區(qū)為例，前段時(shí)間我看了一個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，現(xiàn)在全國(guó)大大小小的園區(qū)一萬(wàn)多個(gè)，國(guó)家級(jí)的開發(fā)園區(qū)六百多個(gè)，省級(jí)開發(fā)區(qū)1100多個(gè)，所以園區(qū)整個(gè)的經(jīng)濟(jì)占咱們中國(guó)經(jīng)濟(jì)整個(gè)的將近30%，所以園區(qū)是很重要的這樣一個(gè)實(shí)體，所以我們以園區(qū)為例，看看我們西門子針對(duì)園區(qū)的解決方案，怎么融合數(shù)字化為我們企業(yè)和客戶帶來(lái)價(jià)值？

這個(gè)是整個(gè)智能化綠色產(chǎn)業(yè)園區(qū)的架構(gòu)，主要是達(dá)到：綠色、智能、安全的目標(biāo)。一個(gè)有智慧的基礎(chǔ)設(shè)施，包括能源、交通和樓宇，甚至是產(chǎn)業(yè)，但西門子強(qiáng)調(diào)的是一個(gè)使用，跟我們用戶的融合，所以我們比較強(qiáng)調(diào)綠色工廠、智能制造跟我們整個(gè)能源的融合。

我們這邊有一個(gè)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(tái)、微網(wǎng)儲(chǔ)能，甚至是配送電的平臺(tái)，今天我只是強(qiáng)調(diào)介紹一下整個(gè)關(guān)于數(shù)字化的軟件，其他的不一一贅述了。大的架構(gòu)是這樣子，我們這邊有一個(gè)基礎(chǔ)的模塊，你的光伏、燃?xì)夥植际桨l(fā)電，其他的照明等等，這都是我們的基礎(chǔ)?；谶@個(gè)園區(qū)整個(gè)基礎(chǔ)模塊搭建完之后，就可以建整個(gè)智慧的云平臺(tái)，可以在這個(gè)云平臺(tái)上建各種各樣的應(yīng)用。

這個(gè)功能的分布式就過去的，因?yàn)閺姆植际絹?lái)講，除了組件是第三方的，我們的配電系統(tǒng)、協(xié)同調(diào)度和優(yōu)化，甚至過程當(dāng)中的服務(wù)都有一個(gè)解決方案。

第一個(gè)我們講PSS定義。

第二個(gè)可靠性、能源效率與電力市場(chǎng)交互的數(shù)據(jù)采集和優(yōu)化的平臺(tái)。

第三個(gè)數(shù)據(jù)的收集、報(bào)表對(duì)標(biāo)的分析以及報(bào)表的生成，以及跟歷史數(shù)據(jù)、仿真的基準(zhǔn)，各種各樣的應(yīng)用。

我們這個(gè)定義包括兩個(gè)部分，第一個(gè)針對(duì)發(fā)電一個(gè)單元的組成部分，我們可以模擬出來(lái)你這個(gè)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(gè)針對(duì)園區(qū)的配網(wǎng)架構(gòu)，你這個(gè)配網(wǎng)整個(gè)的變電站的選擇，你跟上級(jí)配網(wǎng)怎么進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互？我們這邊有一個(gè)模擬和仿真的設(shè)計(jì)。這兩個(gè)平臺(tái)是可以互聯(lián)互通的，而且這兩個(gè)平臺(tái)也是包括了水網(wǎng)、熱網(wǎng)、氣網(wǎng)，所以我們是一個(gè)綜合管理的仿真平臺(tái)。

這兩個(gè)平臺(tái)做完模擬和仿真之后，再進(jìn)行不斷的人工優(yōu)化和評(píng)估。其實(shí)我們做PSS的仿真大概是四個(gè)步驟，第一個(gè)步驟，做一個(gè)系統(tǒng)定義，包括我們整個(gè)這一個(gè)能源大概的組成部分，再進(jìn)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(gè)未來(lái)的趨勢(shì)是什么樣的？第三個(gè)網(wǎng)絡(luò)的搭配，第四個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

這是第一個(gè)關(guān)于園區(qū)整個(gè)能源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的平臺(tái)和優(yōu)化，第二個(gè)關(guān)于整個(gè)園區(qū)里面多能互補(bǔ)，或者微網(wǎng)有一個(gè)控制和優(yōu)化的系統(tǒng)，這個(gè)平臺(tái)是基于我們這個(gè)分布式能源和微網(wǎng)管理平臺(tái)。主要有幾個(gè)場(chǎng)景，第一個(gè)可以對(duì)三聯(lián)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(dòng)，是不穩(wěn)定，這樣我們就可以跟儲(chǔ)能有一個(gè)配比，進(jìn)行自動(dòng)充放的管理和協(xié)同，實(shí)現(xiàn)我們新能源這樣一個(gè)最大化的利用，同時(shí)保證系統(tǒng)穩(wěn)定性。第三個(gè)我們可以保證它的孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行模式的自動(dòng)切換，我們知道它孤島運(yùn)行和并網(wǎng)運(yùn)行的功率是不一樣的，通過這套系統(tǒng)可以保證我們微網(wǎng)這套系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

介紹一下我們針對(duì)微網(wǎng)優(yōu)化的模塊，我們?cè)趺礃幼顑?yōu)化使成本最低，同時(shí)又能滿足系統(tǒng)的要求。第二個(gè)頻率和電壓的控制。現(xiàn)在很多號(hào)稱也是微網(wǎng)的很多系統(tǒng)都是按這個(gè)模式進(jìn)行操作的。這個(gè)級(jí)別需要控制電壓、頻率，這是二級(jí)控制，這個(gè)控制時(shí)間可以達(dá)到毫秒級(jí)。最高級(jí)別就是我們講的高級(jí)的控制，我們叫三級(jí)控制，它的優(yōu)化的算法，你的光伏、儲(chǔ)能，還有你的風(fēng)電，發(fā)電運(yùn)行的時(shí)候，發(fā)電的組合是最優(yōu)的，以及為未來(lái)電力市場(chǎng)進(jìn)行協(xié)同，以及外面的天氣預(yù)報(bào)等等，進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合。我們認(rèn)為這是一個(gè)高級(jí)應(yīng)用，需要達(dá)到秒級(jí)的應(yīng)用水平。

在未來(lái)如果有多個(gè)微網(wǎng)的時(shí)候，還有區(qū)域能源交易市場(chǎng)需求，基于我們?nèi)ブ行幕?、智能合約的區(qū)塊鏈技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)微網(wǎng)之間的調(diào)度、平衡和交易。

第三個(gè)介紹一下我們整個(gè)園區(qū)運(yùn)營(yíng)管理中心這個(gè)平臺(tái)，這個(gè)把能源側(cè)、復(fù)合側(cè)跟電網(wǎng)之間的關(guān)系都可以進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)同和管理，這個(gè)平臺(tái)我們是面向未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)云端的平臺(tái)，它支持MQTT，而且可以支持云端部署，也可以提供很多業(yè)務(wù)決策的儀表盤。這是我們整個(gè)的架構(gòu)，最底層就是傳統(tǒng)很多運(yùn)維單元以及我們分布式的微網(wǎng)，包括儀表、建筑、工廠以新能源發(fā)電的設(shè)施，同時(shí)數(shù)據(jù)采集的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)很多能源監(jiān)測(cè)、性能分析、優(yōu)化以及整個(gè)智慧園區(qū)駕駛艙很多數(shù)據(jù)的展示。

其實(shí)在整個(gè)園區(qū)里面還有配網(wǎng)這樣一個(gè)要求，因?yàn)闀r(shí)間關(guān)系我這里只介紹一下配網(wǎng)的管理，配網(wǎng)自動(dòng)化是另外一個(gè)大的范疇，西門子提出先進(jìn)配網(wǎng)的概念，包括故障的自動(dòng)定位、故障的自動(dòng)恢復(fù)，以及我們對(duì)故障的分析，我們有一個(gè)強(qiáng)大的預(yù)測(cè)模型，有很多暴風(fēng)模式的模式自動(dòng)設(shè)定。

這是我們大數(shù)據(jù)的一個(gè)應(yīng)用，大數(shù)據(jù)的應(yīng)用可以應(yīng)用在兩個(gè)方面，一個(gè)是園區(qū)里面的，一個(gè)是能耗，我們園區(qū)里面很多工業(yè)用戶能耗的數(shù)據(jù)可以通過大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)節(jié)能、效率的提升，對(duì)分布式能源來(lái)講，通過微網(wǎng)協(xié)同可以把其他的新能源或者多個(gè)微網(wǎng)進(jìn)行整個(gè)的協(xié)同進(jìn)行發(fā)電預(yù)測(cè)，負(fù)荷預(yù)測(cè)。

這是我們?cè)诘聡?guó)能源互聯(lián)網(wǎng)示范其中的一個(gè)案例，遠(yuǎn)端有風(fēng)電，是一個(gè)山，山下有農(nóng)場(chǎng)，農(nóng)場(chǎng)里面養(yǎng)的是奶牛，奶牛產(chǎn)生的糞便用來(lái)做沼氣，家家屋頂上面做的太陽(yáng)能光伏，它的發(fā)電的容量是它的三倍，剩下的電會(huì)賣給當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)公司，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)上的一個(gè)收益。所以西門子是幫它做了整個(gè)微網(wǎng)優(yōu)化的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了供需平衡，同時(shí)我們也實(shí)現(xiàn)了跟電網(wǎng)的協(xié)同和互補(bǔ)。

第二個(gè)是我們國(guó)內(nèi)的一個(gè)案例，是杭州國(guó)家分布式能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)中心，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中心雖然不大，但是它的能源形式比較復(fù)雜，有單伏、有多晶硅、有內(nèi)燃機(jī)、燃機(jī)等等，實(shí)現(xiàn)了冷熱電綜合能源的優(yōu)化，也保證了安全可靠和供電質(zhì)量。

第三個(gè)是區(qū)塊鏈的合作，這是我們?cè)诩~約市做的一個(gè)示范性的項(xiàng)目，這個(gè)是給一個(gè)合作方提供了基于智能合約P2P交易的平臺(tái)，我們知道區(qū)塊鏈有比特幣技術(shù)，還有智能合約技術(shù)，這個(gè)項(xiàng)目就是采用了智能合約的技術(shù)，通過智能電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了社區(qū)級(jí)的微電網(wǎng)它之間的一個(gè)交互和交易。同時(shí)我們這個(gè)區(qū)塊鏈交易的平臺(tái)，也跟我們傳統(tǒng)的交易市場(chǎng)像PGM這樣一個(gè)交易平臺(tái)，也有這樣一個(gè)數(shù)據(jù)的交互。所以我們這個(gè)項(xiàng)目也支持有區(qū)塊鏈的這樣一個(gè)發(fā)電的用戶，也支持沒有區(qū)塊鏈這樣一個(gè)分布式能源和它相關(guān)電網(wǎng)的連接。

最后介紹一下園區(qū)的案例，第一個(gè)是我們?cè)趪?guó)外馬斯達(dá)（音）做的一個(gè)社區(qū)案例，這個(gè)是在阿聯(lián)酋的阿布扎比，它號(hào)稱是零碳排放社區(qū)。我們西門子參與它的建設(shè)。國(guó)內(nèi)我們跟廣東省電力設(shè)計(jì)院合作為中新知識(shí)城綜合能源規(guī)劃和整體規(guī)劃，最近我們跟它一個(gè)園區(qū)里面的售電公司有一個(gè)實(shí)際的產(chǎn)業(yè)合作，我們一起跟他成立的合資公司，專門做整個(gè)園區(qū)的配網(wǎng)，園區(qū)售電平臺(tái)的支持。

所以總結(jié)一下，西門子整個(gè)園區(qū)智慧能源的引用，體現(xiàn)在一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)，包括多能互補(bǔ)的能量管控系統(tǒng)、能源大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維平臺(tái)，商業(yè)模式我們可以投資也可以入駐。

好了，謝謝大家！