S7-300

一般步骤

S7-300自动化系统采用模块化设计。它拥有丰富的模块，且这些模块均可以独立地组合使用。

一个系统包含下列组件：

CPU：

不同的 CPU 可用于不同的性能范围，包括具有集成 I/O 和对应功能的 CPU 以及具有集成 PROFIBUS DP、PROFINET 和点对点接口的 CPU。

用于数字量和模拟量输入/输出的信号模块 (SM)。

用于连接总线和点对点连接的通信处理器 (CP)。

用于高速计数、定位（开环/闭环）及 PID 控制的功能模块（FM）。

根据要求，也可使用下列模块：

用于将 SIMATIC S7-300 连接到 120/230 V AC 电源的负载电源模块(PS)。

接口模块 (IM)，用于多层配置时连接中央控制器 (CC) 和扩展装置 (EU)。

通过分布式中央控制器 (CC) 和 3 个扩展装置 (EU)，SIMATIC S7-300 可以操作多达 32 个模块。所有模块均在外壳中运行，并且无需风扇。

SIPLUS 模块可用于扩展的环境条件：

适用于 -25 至 +60℃ 的温度范围及高湿度、结露以及有雾的环境条件。防直接日晒、雨淋或水溅，在防护等级为 IP20 机柜内使用时，可直接在汽车或室外建筑使用。不需要空气调节的机柜和 IP65 外壳。

设计

简单的结构使得 S7-300 使用灵活且易于维护：

安装模块：

只需简单地将模块挂在安装导轨上，转动到位然后锁紧螺钉。

集成的背板总线：

背板总线集成到模块里。模块通过总线连接器相连，总线连接器插在外壳的背面。

模块采用机械编码，更换极为容易：

更换模块时，必须拧下模块的固定螺钉。按下闭锁机构，可轻松拔下前连接器。前连接器上的编码装置防止将已接线的连接器错插到其他的模块上。

现场证明可靠的连接：

对于信号模块，可以使用螺钉型、弹簧型或绝缘刺破型前连接器。

TOP 连接：

为采用螺钉型接线端子或弹簧型接线端子连接的 1 线 - 3 线连接系统提供预组装接线另外还可直接在信号模块上接线。

规定的安装深度：

所有的连接和连接器都在模块上的凹槽内，并有前盖保护。因此，所有模块应有明确的安装深度。

无插槽规则:

信号模块和通信处理器可以不受限制地以任何方式连接。系统可自行组态。

扩展

提供了以下标准 CPU

CPU312，        用于小型工厂

CPU314，        用于对程序量和指令处理速率有额外要求的工厂

CPU315-2 DP，   用于具有中/大规模的程序量以及使用PROFIBUS DP进行分布式组态的工厂

CPU315-2 PN/DP，用于具有中/大规模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的工厂，在PROFIne

               t上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统

CPU317-2 DP，   用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP进行分布式组态的工厂

CPU 17-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的工厂，

               在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统

CPU319-3 PN/DP，用于具有极大容量程序量何组网能力以及使用PROFIBUS DP和PROFINET

                IO进行分布式组态的工厂，在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统

以下紧凑型 CPU：

CPU312C，      具有集成数字量 I/O 以及集成计数功能的紧凑型 CPU

CPU313C，      具有集成数字量和模拟量 I/O 的紧凑型 CPU

CPU313C-2 PtP，具有集成数字量 I/O 、2个串口和集成计数功能的紧凑型 CPU

CPU313C-2 DP， 具有集成数字量 I/O 、PROFIBUS DP 接口和集成计数功能的紧凑型 CPU

CPU314C-2 PtP，具有集成数字量和模拟量 I/O 、2个串口和集成计数、定位功能的紧凑型 CPU

CPU 14C-2 DP， 具有集成数字量和模拟量 I/O、PROFIBUS DP 接口和集成计数、定位功能的紧凑型 CPU

下列技术型CPU 可以提供：

CPU 315T-2 DP，用于使用 PROFIBUS DP进行分布式组态、对程序量有中/高要求、同时需要对8个轴进行常规运动控制的工厂。

CPU 317T-2 DP，用于使用 PROFIBUS DP进行分布式组态、对程序量有高要求、又必须同时能够处理运动控制任务的工厂

下列故障安全型CPU 可以提供：

CPU 315F-2 DP，用于采用 PROFIBUS DP 进行分布式组态、对程序量有中/高要求的故障安全型工厂

CPU 315F-2 PN/DP，用于具有中/大规模的程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的工厂，在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统

CPU 317F-2 DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP进行分布式组态的故障安全工厂

CPU 317F-2 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的工厂，在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统

CPU 319F-3 PN/DP，用于具有大容量程序量以及使用PROFIBUS DP和PROFINET IO进行分布式组态的故障安全型工厂，在PROFInet上实现基于组件的自动化中实现分布式智能系统

2

所有 CPU 均具有坚固、紧凑的塑料机壳。在前面板上的部件有：

状态和故障 LED

模式选择开关

MPI 端口

CPU 还具有以下配置：

SIMATIC 微型存储卡（MMC 卡）插槽；

MMC 卡替代集成的装载存储器，因此是操作必备品。

使用前连接器连接到集成的 I/O 端口（仅限紧凑型 CPU）

连接 PROFIBUS 总线(仅限于DP型CPU)

RS 422/485 的连接（仅 PtP CPU）

连接 PROFINET(仅限于PN型CPU)

SIMATIC S7-300 CPU 具有高性能、所需空间小以及的维护成本，因此提高了性价比。

高处理速度；

例如，在 CPU 315-2 DP 中，位运算时，0.05 μs；浮点运算时，0.45 μs，

在 CPU 319-3 PN/DP 中，位运算时，0.004 μs；浮点运算时，0.04 μs

扩展数量

作为装载存储器的 SIMATIC 微型存储卡（MMC）：

可在微型存储卡中存储一个完整的项目，包括符号和注释。RUN 模式下也可以进行读/写操作。这样可以降低服务成本

无需电池即可在 MMC 上备份 RAM 数据

编程

使用STEP7中的 LAD、FBD STL 对 CPU 进行编程。可以使用下列编程工具：STEP 7 Basis 和 STEP 7 Professional。

可以运行 CPU 314 的工程与组态工具（例如，S7-GRAPH、S7-HiGraph、SCL、CFC 或 SFC）。

标准型CPU

对标准型 CPU 进行编程时需要 STEP 7 V5.2+SP1 以上的软件。

紧凑型 CPU

对紧凑型 CPU 进行编程时需要 STEP 7 V5.3+SP2 以上的软件。老版本的STEP 7需要升级。

西门子PLC控制器CPU315-2PN/DP ，西门子PLC控制器CPU315-2PN/DP ， 通过 IM 360/361 扩展： ,虽然带有 STEP 7 的编程器/PC 或 OP 是总线上的主站，但是只使用 MPI 功能，另外通过 PROFIBUS DP 也可部分提供 OP 功能。 ,接口模块 (IM)，用于多层配置时连接中央控制器 (CC) 和扩展装置 (EU)。 , ,西门子S7-300FM352电子凸轮控制器 ,西门子PLCS7-1200模块 ,西门子存储卡RAM，16 MB

西门子PLC模块销售公司 西门子代理商 S7-200、S7-1200、S7-300、S7-400、ET-200 全新原装 现货销售

易操作PLC有较高的易操作性。它具有编程简单，操作方便，维修容易等特点，一般不容易发生操作的错误。对PLC的操作包括程序输入和程序更改的操作。程序的输入直接可接显示，更改程序的操作也可以直接根据所需要的地址编号或接点号进行搜索或程序寻找，然后进行更改。PLC有多种程序设计语言可供使用。用于梯形图与电气原理图较为接近。容易掌握和理解。PLC具有的自诊断功能对维修人员维修技能的要求降低。当系统发生故障时，通过硬件和软件的自诊断，维修人员可以很快找到故障的部位。

西门子SM321输入模块分别有：8路输入模块，16路输入模块，32路输入模块

西门子SM322输出模块分别有：8路输出模块，16路输出模块，32路输出模块

西门子SM323输入输出模块：  8路输入8路输出模块，16路输入16输出模块

西门子SM331模拟量输入模块：2路输入模块，8路输入模块，

西门子SM332模拟量输出模块：2路输出模块，4路输出模块，8路输出模块

6ES7307-1EA01-0AA0西门子电源代理

6ES7870-1AA01-0YA0 MdbusRTU 主站，包含软件和单授权

6ES7870-1AB01-0YA0 MdbusRTU 从站，包含软件和单授权

6ES7870-1AA01-0YA1 MdbusRTU 主站，单授权，不包含软件

6ES7870-1AB01-0YA1 MdbusRTU 从站，单授权，不包含软件

6ES7870-1AE00-0YA0 DataHighway，DF1 协议，包含软件和单授权

6ES7870-1AE00-0YA1 DataHighway，DF1 协议，单授权，不包含软件

6GK7 342-5DA02-0XE0 CP342-5，PROFIBUS-DP 主站/ 从站通讯处理器

6GK7 342-5DF00-0XE0 CP342-5 FO，PROFIBUS-DP 主站/ 从站通讯处理器，光纤接口

6GK7 343-2AH01-0XA0 CP343-2，AS-I 主站通讯处理器，20 针前连接器

6GK7 343-5FA01-0XE0 CP343-5，PROFIBUS-FMS 通讯处理器

6GK7 343-1EX11-0XE0 CP343-1， 工业以太网通讯处理器，10/100Mbit/s，RJ45 接口，15 针D

型接口

6GK7 343-1CX00-0XE0 CP343-1 LEAN， 工业以太网通讯处理器，10/100Mbit/s，RJ45 接口，低

成本

6GK7 343-1GX21-0XE0 CP343-1 IT，工业以太网通讯处理器，10/100Mbit/s，RJ45 接口，15 针

D 型接口，IT 功能

6ES7317-6TJ10-0AB0 CPU317T-2DP，512K 工作内存，位操作时间0.05μs，PROFIBUS-DP 主/

从接口，DI/DO

65536 点(集中式1024 点)，AI/AO 4096 点(集中式256 点)， 运动控制功能

6ES7864-1CC20-0YX0 S7-Technology 工艺软件包，用于组态T-CPU

6ES7350-1AH03-0AE0 FM350-1，单通道高速计数模块，500KHz，2DO，20 针前连接器

西门子S7-300可编程序控制器

6ES7350-2AH00-0AE0 FM350-2，8 通道高速计数模块，20KHz，8DO，40 针前连接器

6ES7351-1AH01-0AE0 FM351，快速进给/ 爬行定位模块，以双速电机实现闭环定位，8DI/8DO

，15 针D 型接口，20 针前连接器

6ES7352-1AH01-0AE0 FM352，电子凸轮模块，支持128 个凸轮，32 条凸轮轨迹，可代替机械凸

轮和时间凸轮，4DI/13DO，

15 针D 型接口，20 针前连接器

6ES7352-5AH10-0AE0 FM352-5，高速布尔运算处理器，扫描周期1 微秒，一个接口，12DI/8DO

漏型，40 针前连接器

6ES7352-5AH00-0AE0 FM352-5，高速布尔运算处理器，扫描周期1 微秒，一个接口，12DI/8DO

源型，40 针前连接器

6ES7352-5AH00-7XG0 FM352-5 组态软件包，包括软件，功能块库，印刷版手册

6ES7353-1AH01-0AE0 FM353，1 轴步进电机定位模块，脉冲频率200KHz，4DI/4DO，15

孔D 型接口，20 针前连接器

上海卓蜀自动化科技有限公司

6ES7354-1AH01-0AE0 FM354，1 轴伺服电机定位模块，±10V 模拟接口，4DI/4DO，9 孔D 型接

口，15 孔D 型接口，20 针前连接器

6ES7357-4AH01-0AE0 FM357-2，4 轴路径及定位模块，可控制步进和伺服电机，驱动接口

750KHz/ ± 10V 模拟量/PROFIBUS-DP，

18DI/8DO，4 个15 孔D 型接口，50 针D 型接口，40 针前连接器

6ES7357-4AH03-3AE0 FM357 固件L，与存储卡一起提供，定位/ 路径控制，插补

6ES7357-4BH03-3AE0 FM357 固件LX，与存储卡一起提供，L 的功能+Spline 插补+ 台架+3D 保

护区域

6ES7357-4AH02-0AE0 FM357 固件H，与存储卡一起提供，LX 的功能+Handling，coordinated

transformation，Teach-In

6ES7355-0VH10-0AE0 FM355C，4 回路闭环控制模块，模拟量输入，模拟量输出，8DI，

4AI/4AO，2 个20 针前连接器

6ES7355-1VH10-0AE0 FM355S，4 回路闭环控制模块，模拟量输入，脉冲输出，8DI/8DO，4AI

，2 个20 针前连接器

6ES7355-2CH00-0AE0 FM355-2C，4 回路温度控制模块，集成在线优化功能，高温度控制

6ES7355-2SH00-0AE0 FM355-2S，4 回路温度控制模块，集成在线优化功能，高温度控制

6ES7338-7UH01-0AC0 SM338，超声波位置

6ES7338-4BC01-0AB0 SM338，位置输入模块，3 个SSI，支持等时模式，20 针前连接器

6ES7392-1AJ00-0AA0 20 针前连接器，螺钉型

6ES7392-1AM00-0AA0 40 针前连接器，螺钉型

6ES7392-1AJ00-0AA0 20 针前连接器，弹簧型

6ES7392-1BM01-0AA0 40 针前连接器，弹簧型

6ES7390-1AB60-0AA0 安装导轨，160 毫米

6ES7390-1AE80-0AA0 安装导轨，480 毫米

6ES7390-1AF30-0AA0 安装导轨，530 毫米

6ES7390-1AJ30-0AA0 安装导轨，830 毫米

6ES7390-1BC00-0AA0 安装导轨，2000 毫米

6ES7972-0BA12-0XA0 PROFIBUS 总线接头，RS485，90 度出线，无编程器接口

6ES7972-0BB12-0XA0 PROFIBUS 总线接头，RS485，90 度出线，有编程器接口

6ES7972-0BA41-0XA0 PROFIBUS 总线接头，RS485，斜向线，无编程器接口

6ES7972-0BB41-0XA0 PROFIBUS 总线接头，RS485，斜向出线，有编程器接口

6ES7972-0BA50-0XA0 PROFIBUS 总线接头，RS485，90 度出线，无编程器接口，快速连接

6ES7972-0BB50-0XA0 PROFIBUS 总线接头，RS485，90 度出线，有编程器接口，快速连接

6GK1500-0EA02 PROFIBUS 总线接头，RS485，9 轴向出线，无编程器接口，连接PG/PC 及OLM

西门子S7-300可编程序控制器

上海卓蜀自动化科技有限公司西门子代理商

6ES7972-0AA01-0XA0 RS485 中继，用于PROFIBUS/MPI 总线扩展，12Mbit/s，IP20

6ES7390-1AB60-0AA0 PROFIBUS 总线电缆，两芯屏蔽双绞线，按米销售，长1000 米，短

20 米

6ES7901-0BF00-0AA0 MPI 电缆，5 米

6ES7810-4CC07-0YA5 STEP7 V5.3 标准版，包括STL,LAD,FBD,用于S7-300/400/C7/WinAC

6ES7810-5CC08-0YA5 STEP7 V5.3 版，包括STEP7 标准版加S7-GRAPH，S7-SCL，S7-

PLCSIM，用于S7-300/400/C7/WinAC

6ES7810-5CC08-0YE5 STEP7 版升级包，将STEP7 V3.X-5.X 版升级到STEP7 V5.3

版

6ES7810-4CC07-0YE5 STEP7 标准版升级包，将STEP7 V3.X-5.X 标准版升级到STEP7 V5.3 标准

版

6ES7810-5CC08-0YC5 标准版到版升级包，用于升级STEP7 V5.3 标准版到版

6ES7972-0CB20-0XA0 PC 适配器，USB 接口，连接PC 至S7-300/400

6GK1561-1AA01 CP5611，PCI 卡，用于台式机的PROFIBUS/MPI 通讯处理器，连接PC 至S7-

300/400，19.2kbit/s-12Mbit/s

6GK1551-2AA00 CP5512,PCMCIA 卡，用于笔记本电脑的PROFIBUS/MPI 通讯处理器，连接笔记

本电脑至S7-300/400， 19.2kbit/s-12Mbit/s

6ES7321-1BH02-0AA0 SM321,数字量输入模块,16点,24VDC,光电隔离,20针前连接器

6ES7321-1BL00-0AA0 SM321,数字量输入模块,32点,24VDC,光电隔离,40针前连接器

6ES7321-1EL00-0AA0 SM321,数字量输入模块,32点,120VDC,光电隔离,40针前连接器

6ES7321-1FF01-0AA0 SM321,数字量输入模块,8点,120/230VAC,光电隔离,20针前连接器

6ES7321-1FF10-0AA0 SM321,数字量输入模块,8点,120/230VAC,每点独立,光电隔离,20针前连接

6ES7321-1FH00-0AA0 SM321,数字量输入模块,16点,120/230VAC,光电隔离,20针前连接器

6ES7321-7BH01-0AB0 SM321,数字量输入模块,16点,24VDC,光电隔离,过程中断及诊断功能,20针

前连接器

6ES7322-1BF01-0AA0 SM322,数字量输出模块,8点,24VDC,2A,晶体管输出,光电隔离,20针前连接

器

6ES7322-1BH01-0AA0 SM322,数字量输出模块,16点,24VDC,0.5A,可控硅输出,光电隔离,20针前

连接器

6ES7322-1BL00-0AA0 SM322,数字量输出模块,32点,24VDC,0.5A,晶体管输出,光电隔离,40针前

连接器

6ES7322-1FL00-0AA0 SM322,数字量输出模块,32点,120VAC,1A,可控硅输出,光电隔离,双宽度模

块,两个20针前连接器

6ES7322-1FF01-0AA0 SM322,数字量输出模块,8点,120/230VAC,1A,可控硅输出,光电隔离,20针

前连接器

6ES7322-5FF00-0AA0 SM322,数字量输出模块,8点,120/230VAC,1A,可控硅输出,光电隔离,CPU停

止时可选择保持输出,20针前连接器

6ES7322-1FH00-0AA0 SM322,数字量输出模块,16点,120/230VAC,1A,可控硅输出,光电隔离,20

针前连接器

6ES7322-1HH01-0AA0 SM322,数字量输出模块,16点,24~120VDC/48~230VAC,2A,继电器输出,

光电隔离,20针前连接器

6ES7322-1HF01-0AA0 SM322,数字量输出模块,8点,24VDC/230VAC,2A,继电器输出,光电隔离,20

针前连接器

6ES7322-1HF10-0AA0 SM322,数字量输出模块,8点,24VDC/230VAC,5A,继电器输出,光电隔离,40

针前连接器

6ES7322-5HF00-0AA0 SM322,数字量输出模块,8点,24VDC/120~230VAC,5A,继电器输出,光电隔

离,内含用于感性负载的浪涌吸收器,每点独立,40针前连接器

6ES7322-8BF00-0AB0 SM322,数字量输出模块,8点,24VDC,0.5A,晶体管输出,光电隔离,每点有两

个输出端,一个内部串联二极管,一个直接输出,诊断功能,20针前连接器

6ES7322-8BH01-0AB0 SM322,数字量输出模块,8点,24VDC,0.5A,晶体管输出,光电隔离,诊断功能,

冗余功能,使用SIMATIC PDM参数化,20针前连接器

6ES7323-1BH01-0AA0 SM323,数字量输入/输出模块,8入,24VDC;8出,24VDC,0.5A晶体管输出,光

电隔离,20针前连接器

6ES7323-1BL00-0AA0 SM323,数字量输入/输出模块,16入,24VDC;16出,24VDC,0.5A晶体管输出,

光电隔离,40针前连接器

6ES7331-1KF01-0AB0 SM331,模拟量输入模块,8通道,电压,电流,电阻,PT100,13位(+符号位),中

断及诊断功能,光电隔离,40针前连接器

6ES7331-7KB02-0AB0 SM331,模拟量输入模块,2通道,电压,电流,热电阻,热电偶,9/12/14位(+符号

位),中断及诊断功能,光电隔离,20针前连接器

6ES7331-7KF02-0AB0 SM331,模拟量输入模块,8通道,电压,电流,热电阻,热电偶,9/12/14位(+符号

位),中断及诊断功能,光电隔离,20针前连接器

6ES7331-7NF00-0AB0 SM331,模拟量输入模块,8通道,电压,电流,15位(+符号位),光电隔离,20针前

连接器

6ES7331-7NF10-0AB0 SM331,模拟量输入模块,8通道,电压,电流,15位(+符号位),光电隔离,20针前

连接器

6ES7331-7PF01-0AB0 SM331,模拟量输入模块,8通道,电阻,15位(+符号位);热电阻,24(+符号位),

光电隔离,20针前连接器

6ES7331-7PF11-0AB0 SM331,模拟量输入模块,8通道,热电偶,24(+符号位),光电隔离,20针前连接

器

6ES7332-5HB01-0AB0 SM332,模拟量输出模块,2通道,电压,电流,11位(+符号位),光电隔离,20针

前连接器

上海卓蜀自动化科技有限公司西门子代理商

6ES7332-5HD01-0AB0 SM332,模拟量输出模块,4通道,电压,电流,11位(+符号位),诊断功能,光电隔

离,20针前连接器

6ES7332-7ND01-0AB0 SM332,模拟量输出模块,4通道,电压,电流,15位(+符号位),光电隔离,20针

前连接器

6ES7334-0CE01-0AA0 SM334,模拟量输入/输出模块,4入,电压,电流;2出,电压,电流,8位,不隔离,20

针前连接器

6ES7334-0KE00-0AB0 SM334,模拟量输入/输出模块,4入,电压,电流,热电阻;2出,电压,12位,光电隔

离,20针前连接器

6ES7335-7HG01-0AB0 SM335,模拟量输入/输出模块,4入,电压,电流,14位(+符号位);4出,电压,电

流,12位,中断及诊断功能,光电隔离,20针前连接器

西门子PLC-400说明:

6ES7 407-0DA02-0AA0 电源模块(4A)

2 6ES7 407-0KA02-0AA0 电源模块(10A)

3 6ES7 407-0KR02-0AA0 电源模块(10A)冗余

4 6ES7 407-0RA02-0AA0 电源模块(20A)

5 6ES7 405-0DA02-0AA0 电源模块(4A)

6 6ES7 405-0KA02-0AA0 电源模块(10A)

7 6ES7 405-0RA01-0AA0 电源模块(20A)

8 6ES7 971-0BA00 备用电池

CPU

9 6ES7 412-3HJ14-0AB0 CPU 412-3H; 512KB程序内存/256KB数据内存

10 6ES7 414-4HM14-0AB0 CPU 414-4H; 冗余热备CPU 2.8 MB RAM

11 6ES7 417-4HT14-0AB0 CPU 417-4H; 冗余热备CPU 30 MB RAM

12 6ES7 400-0HR00-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型中央机架、2个电源、2个1M 存

储卡、4个同步模块、2根同步电缆，以及4个备用电池(PS407 10A)

13 6ES7 400-0HR50-4AB0 412H 系统套件包括 2 个CPU、1个H型中央机架、2个电源、2个1M 存

储卡、4个同步模块、2根同步电缆，以及4个备用电池(PS405 10A)

14 6ES7 412-1XJ05-0AB0 CPU412-1,144KB程序内存/144KB数据内存

15 6ES7 412-2XJ05-0AB0 CPU412-2,256KB程序内存/256KB数据内存

16 6ES7 414-2XK05-0AB0 CPU414-2,512KB程序内存/512KB数据内存

17 6ES7 414-3XM05-0AB0 CPU414-3,1.4M程序内存/1.4M数据内存 1个IF模板插槽

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内存卡

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在物联网概念已被炒得火热的今天，大家似乎很少提到一个已经存在了上百年，并且已经深深嵌入城市和家庭每个角落的大网——电网。这个网络不仅将所有的发电及用电设备连接起来，还须保证发电量和用电量时刻保持平衡。这就意味着，像打开一盏灯这样的一个简单动作，也可能引发千里之外电网发电端的微小调整。

这个网络之所以让大家觉得很遥远，是因为在大多数情况下，它都是单向的：我们只是电力的纯消费者，电网与人们的联系好像只有每月的电费账单，而电网背后的复杂运行机制和普通消费者并没有直接联系。而这一切即将被蓬勃发展的新能源产业以及随之而来的能源行业的变革所打破。

新能源和传统能源相比，除了大家已经熟知的绿色无污染的优点外，还具备另外两大特征：分散性和不稳定性。在新能源的发展先驱地德国，随处可见的屋顶光伏发电设备和分散在田间路旁的风力发电机所输出的电力，就像无数的涓涓细流一样汇入广阔的电网。2016 年，以风能和太阳能为代表的新能源发电在德国电力的生产比例已经超过 30%。

与传统能源主要被大型发电集团控制不同，德国大部分的新能源发电设备都属于个人或小业主。对于电网来说，这一变化所带来的影响是革命性的。前面已经提到，为了维持电网的稳定，发电量和用电量必须保持平衡。过去，这种平衡主要是通过调节发电端的发电量来实现的，而当分散在全国各个角落且不可控的新能源发电所占的比例越来越高的时候，这一调节方式就越来越难以为继了。

2016 年 5 月 8 日，德国出现了历史性的一刻，在几个小时的时间里，德国的新能源发电总量（主要是风能和太阳能）居然达到接近其用电总量95% 的高峰，这就意味着，整个德国在这几个小时里几乎全由风能和太阳能驱动！

当然，这一现象具有一定的偶然性：首先是天气的完美配合，即德国北部（风电集中）的强劲风力和德国南部（太阳能集中）的充沛阳光同时出现；其次，当天是一个周日，德国的整体用电量相比工作日来说有所降低。而对于整个能源市场来说，这一偶然事件所引发的连锁反应却几乎颠覆了整个市场结构，即电价由正常的3 欧分 / 千瓦时 跌至 –32 欧分 / 千瓦时，这就意味着在这几个小时内，用电居然还可以赚钱！

导致这一不可思议的现象发生的原因是：在德国，虽然能源的交易已经全面市场化，但由于德国能源法保障可再生能源必须全额上网，因此新能源的发电量越大，留给其他传统能源的份额就越小。电作为商品的特殊性就在于其生产和消费必须即时进行，存储的代价极大。而传统能源由于设备运转的需求，发电量有一个极限值，所以当传统能源的发电份额被新能源挤到低于其发电量时，就必须通过补贴的方式，将多余的发电量卖出去，以免威胁电网的稳定，这才造就了这一“负电价”现象。

能源行业的变革需要信息技术的支撑

从上面这个德国电力市场负电价的例子可以看出，虽然从全年来看，新能源发电量只占发电总量的1/3，但由于新能源发电的不稳定性，在某些时间点，新能源的发电量将可能远远超出平均水平，这将给电网和电力市场带来巨大冲击。如果不能解决这一问题，新能源的进一步发展将受到极大的限制，而这正是信息技术可以大显身手的痛点。

首先是解决由新能源的分散性所带来的发电量的不可控问题。正如叫车软件滴滴打车将在路上盲目“扫街”的出租车司机有序地组织起来一样，利用信息技术同样可以将分散的新能源发电单元协调组织起来，形成一个大型的虚拟电场。这一领域已经涌现了很多初创公司，代表企业是德国的Next Kraftwerke 公司，其目前已经接入4000 多个 新能源发电单元，总体发电功率已经达到2.7 吉瓦（GW），相当于一个大型火电站的发电能力。它的运行模式是在每个发电单元安装一个 叫作“NextBox”（下一个盒子）的通信和控制组件，Next Box 通过一 个专门的加密GPRS（通用分组无线服务）信道与中央服务器相连，一方面将发电单元的实时数据传送到中央服务器，另一方面接收服务器的控制指令，这样就可以对电网以及电力市场进行实时响应。它的商业模式是：一方面可以将小型发电单元打包成大型发电厂，从而直接进入电力市场进行交易，获得更高的电价；另一方面可以利用自己的快速响应能力，为电网提供调峰服务，从而获得进一步的收益。

其次是解决新能源发电不稳定的问题，基本可以分为三个技术方向。个方向是运用信息技术对新能源的发电量进行预测，从而通过电力市场机制提前对未来新能源的发电量做出相应反应，避免电网出现大的波动。欧洲电力市场根据交易与实际电力交付的时差可分为远期（Future）市场、日前（Day-ahead）市场、日间（Intra-day）市场 以及平衡（Balancing）市场。远期市场可以交易未来数月甚至数年的电力，日前市场是在实际电力交付前一天进行交易，日间市场则是在当天提前数小时进行交易，而平衡市场是为了维持电网的稳定以 15 分钟为单位进行的交易。

针对欧洲电力市场的要求，法国初创公司Steadysun根据不同的预测周期和为太阳能发电量预测提供了一个三级系统，它们分别是： SteadyMet、SteadySat 和 SteadyEye。级系统SteadyMet 主要基于气象模型和太阳能发电单元的历史运行数据，并综合运用智能学习算法，提供未来几天的太阳能发电量预测，主要可用于日前市场交易。第二级系统SteadySat 在此基础上加入了每小时更新1~4 次的实时卫星图片信息，从而能够比较准确地预测太阳能发电单元被云层遮盖的程度，可以提供对多6 小时后的太阳能发电量的更预测，主要可用于日间市场交易，并及时对级系统的预测误差进行修正，从而减少损失。第三级系统SteadyEye 则可以提供对未来15 分钟发电量的预测，它通过在太阳能发电单元附近加装一个观察云层运动的摄像头，捕捉云层的运动轨迹，再通过对云层运动的物理建模，实现对云层遮盖非常的预测，主要用于实时电网的稳定控制。

在风能发电量预测方面，比较有特色的是德国的初创公司Enercast，它开发了基于云端智能算法的发电量预测服务。预测算法可以分为两个部分。部分是对气象参数的预测。由于影响风力发电机发电量的气象参数非常多，如风速、风向、空气密度、湿度、气压等，为了综合各气象模型和气象信息，Enercast 推出了 ensemble engine（集成引擎），它将各种不同的气象信息和模型融合起来，并根据特定风电场的历史观测数据，通过自学习算法来设定它们的权重，从而获得的预测效果。第二部分是基于气象参数的发电量预测。对于风能发电来说，不仅是众多的气象参数，甚至周围的地形和附近的其他风力发电机都会对发电量产生不同程度的影响，因此用传统的物理建模预测方法很难进行预测。Enercast 公司推出了基于人工神经网络的风力发电量预测算法，它首先使用历史数据（包含气象参数和特定风力发电机的发电量），对人工神经网络进行训练，然后再由人工神经网络基于部分的气象参数预测得到发电量预测，并且在运行过程中持续地将实测数据反馈回神经网络以进行迭代训练，从而不断提升预测以及持续跟踪风力发电机本身运行状态的变化。

对于前面提到的像NextKraftwerke 公司这样的虚拟电厂运营商来说，由于电力交易需要提前进行，新能源发电量的预测服务是不可或缺的。甚至对于传统能源发电企业来说，新能源发电量的预测服务也越来越重要——它不仅可以避免前文提到的负电价的出现，而且根据预测，如果未来几天的电价由于新能源电力的大量涌入而降到成本以下，那么传统能源发电企业就可以提前适当减少发电量以避免亏损。

第二个技术方向是通过用电端的主动调整来适应新能源的不确定性。在工业用电方面，有很多工业流程是可以在一定范围内灵活调整对电力的使用而并不影响终产品质量的。在挖掘这方面的潜力上，比利时的初创公司 REstore 在冶金、造纸、化工等很多工业领域已经获 得了上百家客户。REstore 的商业模式从对每个客户的用电特性进行分析开始，据此量身定制电力调节方案，比如在哪些时间段可以减少多大比例的用电量。当这些工业企业在电网发电端供应不足时（如新能源发电量较低时），便会在REstore 信息系统的指挥下，调低相应的用电负荷。而当电网发电端供应过大时，则

开足用电负荷。在整个过程中，REstore 不收取任何费用，只通过参与电网稳定控制［也就是前文 提到的电力平衡（Balancing）市场交易］，从客户获得的额外收益中抽取一定比例的佣金。对电网来说，主动参与电网稳定控制的用电企业越多，需要准备的备用发电能力就越少，相应的整体发电成本也会随之降低。可以说，REstore 塑造了一个多赢的格局。

第三个技术方向是通过储能设备在新能源发电量大的时候储存电力，在发电量小的时候输出电力。这是补偿新能源不稳定性有效的方式，随着新能源发电份额的不断上升，大规模储能将不可或缺。

2017 年 2 月 15 日，澳大利亚南澳地区发生的大停电事故，部分原因就是新能源发电量低于预期，同时电网又缺乏足够的储备发电能力，而这已经是南澳地区在几个月内发生的第三起大停电事故了。针对这一挑战，特斯拉创始人埃隆·马斯克在社交媒体推特（Twitter）上公开宣称，他们有能力在100 天的时间内安装100 兆瓦时（Mwh）的电池储能设备，从而完全解决南澳地区的电网稳定性问题，并许诺如果不能在100 天内完成，将提供所有电池储能设备。这个听上去有些自信心爆棚的宣言引起了澳大利亚的积极回应，并终促成了澳大利亚总理马尔科姆·特恩布尔（Malcolm Turnbull）和马斯克的会面。马斯克的底气来自2017 年 1 月在美国加州落成的特斯拉电池储能项目，它用3 个月时间建成了可以为15 000 个家庭提供数小时电能的电能存储设备。加州阳光充沛，白天的光伏发电充足，甚至常常超过需求，但到了晚上仍需要用传统的燃气发电来补充电力供应。2015 年加州发生的燃气泄漏事故，不断加强的环保要求，以及即将关停核电站的计划，都促使政府不得不寻求另外的解决方案，而电池储能可以很好地满足这一需求，即可以将白天富余的太阳能电力存储起来以便夜间使用。