系统工程与数字孪生应用与实践

碳中和，自2020年底起作为国内的热搜话题频频出镜。而远在七个时区之外的法国作为低碳能源的先锋倡导者，从2018年即开始着手应对能源系统的新范式，如：能源体系变得越来越分散化；市场上大量进场的“新玩家”；强壮但“略呆板”的核能基本盘、灵活但“力不足”的可再生能源之间的平衡；用户端充电桩和储能设备的扩张等。

以电力、热力、燃气网络为代表的多能源体系是世界上最为复杂的物理网络之一，是连接能源生产和消费的重要传输环节，也是多能源体系耦合的重要途径。虽然多能源形式的互补与耦合为多能源系统集成带来巨大价值，但不同能源形式遵循不同的物理规律和数学表征形式，为综合分析与协同优化带来了挑战，而目前还没有一种建模和仿真的集成方案能够处理如此大规模的多模式系统。

ModeliScale（Modelica for Large Scale Cyber Physical Systems – 大规模信息物理系统建模仿真）项目将基于法国几个城市或园区的实际案例，应用创新的建模与仿真（ModSim）方案来设计和组合多能源系统，用于优化设计定义并仿真未来体系的性能与可靠性。

• 法国经济财政部基金

• 法国企业总局

• 法国国家投资银行

• 巴黎大区

• 里昂大区

• 巴黎数字化生态联盟

对高新园区内以下对象进行建模并仿真优化：

• 720栋建筑（包括民宅、第三产业和工业建筑）

• 少量的当地能源生产：热电联产、燃气锅炉、光伏屋顶

• 当地供电和供热系统

• 通信系统

• 与国家电网的连接

建立由一个建筑群、一个供热网和一个供电网为样本的微型能源系统数字化仿真方案，集成研究生产、输送、消费和存储等多个系统。此方案需要至少仿真一年四季间整体系统的运行情况，同时要考虑某些短期事件（如事故、替代），尤其是是极端天气下某些可再生能源“掉链子”的情况。

基于巴尔马（Balma）和里约拉帕普（Rillieux-la-Pape）两个城镇的现场实际数据，用于仿真城市级的供热系统。目标是开发一个全新的Modelica模型库，用于大型供热系统的建模和仿真。

以里昂和图卢兹下辖城镇的供热系统的设计优化与仿真为例，其数字化业务流程如下：

1. 基于协同平台的项目与业务360 º

2. 基于单一数据源的项目智能

3. 基于R-需求工程可追溯性的设计变更影响分析

4. 基于系统视角R-F-L-P的多专业协同校审

5. 根据变更行动项更新L-逻辑架构

6. 根据变更行动项更新P-物理设计

7. 变更后的系统进行集成F-功能分析与验证

a. 从3D模型自动化生成行为仿真模型

b. 基于3D动态可视化模型来进行系统行为仿真，用于验证需求

c. 仿真结果通过合作区共享，形成闭环并迭代式优化

如果您正在规划智慧城市或园区的新型能源体系，并希望了解更多关于ModeliScale项目实施的背景、条件、流程、技术难点和解决方案等细节，请点击文章末尾链接，关注百世慧科技。