維思自動(dòng)化校級(jí)綜合智慧能源實(shí)驗(yàn)平臺(tái)架構(gòu)介紹
考慮到校級(jí)綜合智慧能源實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的復(fù)雜性,平臺(tái)架構(gòu)將從以下幾個(gè)方面分別進(jìn)行描述。
從層級(jí)結(jié)構(gòu)方面,本平臺(tái)架構(gòu)如下圖,整個(gè)系統(tǒng)分為能源層、信息層與應(yīng)用層三個(gè)層級(jí),能源層包括了不同形式的能源模擬器以及從能源產(chǎn)生到消耗全過程的設(shè)備設(shè)施;信息層包括了對(duì)能源設(shè)備設(shè)施的測量、控制、調(diào)度以及數(shù)據(jù)的采集與處理;應(yīng)用層包括了用戶界面接口,提供能源管理與調(diào)度系統(tǒng),以及研發(fā)與實(shí)驗(yàn)所需的用戶界面及應(yīng)用程序。
從能量應(yīng)用流程角度,本平臺(tái)架構(gòu)如下圖。其中,各種能源均要來自不同形式的能源模擬器,并具備與實(shí)際形式能源設(shè)備替換的接口與功能,或通過純軟件方式進(jìn)行模擬的接口與功能。電能可能產(chǎn)生于電網(wǎng)、分布式光伏、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、生物質(zhì)發(fā)電、天然氣熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)等,通過儲(chǔ)能環(huán)節(jié)并經(jīng)交/直流微電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)工作或獨(dú)立運(yùn)行,以根據(jù)能源情況進(jìn)行不同能源之間的耦合與分配,并最終通過負(fù)荷進(jìn)行使用于消耗;冷/熱源在模擬系統(tǒng)中以冷/熱水形式產(chǎn)生于鍋爐、空調(diào)系統(tǒng)或不同形式的冷熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)供系統(tǒng)中,在具備條件的情況下,可模擬固體儲(chǔ)熱、冰蓄冷的設(shè)備進(jìn)行冷熱形式能源的存儲(chǔ)與調(diào)度,并通過負(fù)荷進(jìn)行消耗;天然氣或生物質(zhì)氣體的產(chǎn)生來源于模擬的供氣管道,并提供給天然氣鍋爐、生物質(zhì)鍋爐或熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)以產(chǎn)生電、冷熱等能源,氣能的利用包括燃燒后的余熱回收與利用,以及通過用戶空調(diào)、供暖系統(tǒng)的消耗和排放:
從信息流動(dòng)的角度,平臺(tái)架構(gòu)如下圖。其中,物聯(lián)層主要負(fù)責(zé)從就地的模擬裝置(以及為平臺(tái)提供能量的外部電源及其控制系統(tǒng))中采集數(shù)據(jù)并根據(jù)其接口進(jìn)行遠(yuǎn)程控制與操作,物聯(lián)層獲取數(shù)據(jù)與控制信號(hào)的方式主要分為傳感器與通訊兩種形式,前者在關(guān)鍵位置加裝傳感器進(jìn)行感知,后者通過就地設(shè)備自身的接口進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)視與控制,物聯(lián)層在不同能源位置安裝邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)以分散計(jì)算壓力并提供局部人工智能的能力,以進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理與分析等操作;數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)工業(yè)數(shù)據(jù)的傳輸、存儲(chǔ)、中轉(zhuǎn)以清洗與結(jié)構(gòu)化等工作,對(duì)現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化存儲(chǔ),并通過中間件將工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行中轉(zhuǎn),以實(shí)現(xiàn)滿足互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一接口,對(duì)數(shù)據(jù)的清洗與結(jié)構(gòu)化,為進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作提供條件;應(yīng)用層主要包括不同形式的用戶應(yīng)用,例如仿真、實(shí)驗(yàn)與科研應(yīng)用等。
從硬件角度,本平臺(tái)架構(gòu)如下圖。其中,外部系統(tǒng)包括了給平臺(tái)供電的供配電裝置與設(shè)備,及其對(duì)應(yīng)控制與測量接口,如果系統(tǒng)采用流行的云端架構(gòu)與部署方案,則還需要具備外部的云服務(wù)器、云數(shù)據(jù)庫等系統(tǒng)設(shè)備;模擬裝置主要用于模擬系統(tǒng)中能源的產(chǎn)生、存儲(chǔ)與消耗裝置,包括光伏、風(fēng)力發(fā)電、燃料電池、熱電聯(lián)產(chǎn)、生物質(zhì)能源、熱負(fù)荷及電負(fù)荷模擬裝置等,模擬裝置以現(xiàn)有平臺(tái)設(shè)備為主,補(bǔ)充和完善其他設(shè)備,模擬裝置要求具備統(tǒng)一的控制與采集接口,以便兼容不同形式的能源模擬器,并具備和真實(shí)設(shè)備替換的功能,以及可便捷的通過軟件系統(tǒng)進(jìn)行模擬與仿真的功能;配網(wǎng)設(shè)備包括交直流微電網(wǎng)并網(wǎng)、配網(wǎng)設(shè)備,以及電池儲(chǔ)能于調(diào)配等設(shè)備;物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備主要包括物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)需要的邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)、傳感器與通訊裝置等;信息化設(shè)備主要包括用于就地監(jiān)控的監(jiān)控大屏、用于控制、實(shí)驗(yàn)與研究的就地計(jì)算機(jī)、平板電腦等終端設(shè)備以及服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)等后臺(tái)設(shè)備等。