技术洞察ㅣ霍尼韦尔：虚拟电厂技术助力新型电力系统建设实践

▏摘要

由于新能源的间歇性，储能成为新型电力系统基础建设的必备部分，能源管理系统EMS使投入的大量储能资产管好用好。霍尼韦尔能源控制系统EMS通过能源控制器现场对新能源储能进行调配和控制，面向新能源电站、共享储能电站、分布式储能侧，自研调峰、调频、平滑输出等算法，实现自主调度、虚拟电厂、电网交易等应用。

▏关键发现

• 控制算法是能源控制系统的核心，通过控制算法的方式进行调控而非编程方式，可使控制更加可靠。控制算法通过储能改变充放电以进行补偿，实现调峰、调频等操作，可快速实现供需平衡，提升新能源电能质量；

• 虚拟电厂是基于云端的分布式电厂，有聚合分布式电源提供增强发电的能力，同时在电力市场上交易或出售电力。虚拟电厂有三个重要要素，分别是分布式电源、可调负荷和储能。通过虚拟电厂，可以在尖峰时刻提供负载电力、为电网提供辅助服务（调频、负荷跟踪）、完成电力现货交易（需求预测、发电预测、定价预测等优化算法）。

分享专家：姜亚春，霍尼韦尔可再生能源业务中国区负责人

作者：沙丘社区分析师团队

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霍尼韦尔能源控制系统介绍

随着新能源的发展，储能成为热门领域之一，被认为是解决可再生能源间歇性发电问题的关键。国家要求加大储能技术的开发力度，让更多新能源所产生的电力能够及时有效储存，用储能解决跨时空输送调节。

最开始国家要求新能源强配储能，但使用效率不高。2021年，发电端和电网端开始采用共享储能的方式，用户端则采取分布式储能，可控负荷也作为一种资源被调配。

新能源大量加入后，由于新能源的间歇性，峰谷差问题催生更多储能资源需求，储能成为新型电力系统基础建设的必备部分。如何使投入的大量储能资产管好用好，能源管理系统EMS尤为重要。

霍尼韦尔能源管理系统EMS除了实现调度和运维之外，还可以通过能源控制器现场对新能源储能进行调配和控制。

霍尼韦尔能源控制系统EMS的结构示意图如下：控制算法是能源控制系统的核心，面向新能源场站和电站，开发了调频/调峰/微网等算法；面向共享储能电站，除了调频/调峰以外，还有虚拟电厂应用；面向分布式储能用户侧，同样支持虚拟电厂等应用。

这些算法大部分作为控制算法运行在能源控制系统中。能源控制系统除了基本的监视功能以外，还有应用级功能，可以实现自主调度、虚拟电厂、电网交易等。由于分布式资产比较偏僻且分散，集中控制难度较大，霍尼韦尔采用远程操作中心，将操作放在一个集中的城市，对分布式资产进行集中监视和操作。

现场能源控制器通过Mobbus TCP的方式连接每一个储能集装箱中的BESS控制器和PCS，实现现场集中管理，一个现场能源控制器可以实现对多个BESS集装箱的现场调配和控制。现场能源控制器中嵌入多种控制算法模块以供调用，可以实现调峰控制、电压无功率控制、调频、用储能对新能源间歇性的补充、平滑处理等。能源控制系统既支持本地部署，也可以部署在云端。

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能源控制算法介绍

（1）调峰算法

调峰算法的应用场景包括表后工商业最大化减少峰值用电和表前补足发电的不足。调峰算法提供三种算法可供选择，第一种是直接通过，接受电网调度，不进行任何限制；第二种是有条件通过，接受SOC/限幅检查，判断电量是否足够储能；第三种是自主控制，内嵌负荷管理算法，通过总负荷、调峰值、总发电进行运算和核算，判断储能是处于充电、休眠还是放电的状态，通过控制算法的方式进行调控而非编程方式，可使控制更加可靠。

（2）电压无功功率控制算法

电压无功功率控制算法监视电网的电压，实现连续的平滑调节，为黑启动提供保障。

（3）调频算法

传统发电通过改变发电机出力实现调频，但新能源设备接入后，需要依靠储能进行调频。霍尼韦尔开发的调频算法，当调频超过死区后，可通过储能充放电实现调频，以实现快速的供需平衡。

欧洲市场目前开发了一些新型调频算法。一种是动态抑制，针对大的需求或电源失去突发情况时，可以将频率控制在规定范围内，是一种事故后的频率管理服务，快速响应和调节频率偏差，要求在0.2-0.55秒检测到，在0.5-1秒时间内提供频率响应服务；另一种是FFR（The Firm Frequency Response），也是一种响应系统频率变化的服务，可提供动态响应服务和非动态响应服务。

（4）平滑输出

对于以小时为单位的中长期波动，例如太阳能，算法通过储能实现平滑输出，判断间歇性检测是否达到范围，然后通过充放电实现调频，提升新能源电能质量。

对于分钟级的高频短期波动，如果一段时间内移动平均值超过设计范围，则补偿高频短期波动输出，同样可以通过储能的方式改变充放电以进行补偿。

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能源控制系统应用级功能

（1）自主调度

自主调度模式不依靠人工，而是通过算法对现场的储能柜进行调配。自主调度的执行界面如下：设置开始时间、时长、充放电模式、电量等，产生调度命令。

例如调度命令为“在上午9：40到10:40输出3.0 WM的电量”，系统按照命令自动执行调度。

内部优化算法基于现场储备电量、SOC最低电量、区域定价等多个因子，将3MW的电量分配到四个现场。

系统提供纠错功能，当某一储能发生故障不能提供电量时，系统会自动检测到，采用模型预测控制算法，计算其他储能是否足以供电，如果可以，其他储能重新分配故障储能的放电量，满足承诺的3MW输出电量。当某一电站需要维护时，同样可以以重新分配的方式满足电量输出需求。

（2）虚拟电厂

虚拟电厂是基于云端的分布式电厂，有聚合分布式电源提供增强发电的能力，同时在电力市场上交易或出售电力。虚拟电厂有三个重要要素，分别是分布式电源、可调负荷和储能。通过虚拟电厂，可以在尖峰时刻提供负载电力、为电网提供辅助服务（调频、负荷跟踪）、完成电力现货交易（需求预测、发电预测、定价预测等优化算法）。

当前，霍尼韦尔的虚拟电厂基于储能为核心进行调配，未来将纳入可调负荷等应用。霍尼韦尔虚拟电厂具有如下技术优势：

第一，响应市场需求，优化电力成本；

第二，基于储能优化现场成本；

第三，跨多个现场优化调度储能；

第四，采用机器学习、人工智能等技术实现电价预测、需求预测和发电预测等。

虚拟电厂建立在能源控制系统SCADA基础之上做应用和接口算法，包括调度优化、调度控制、交易市场API接口等，也可以接受电网调度命令。

虚拟电厂技术基于DCS的HIVE（高度集成的虚拟环境），下图所示虚拟电厂由4个储能构成，可供优化调度，并通过自动调度算法，将电量动态分配到储能中。

（3）电网交易

以霍尼韦尔服务加拿大AYPA公司的表后交易项目为例，项目是分布式，整个规模为90MW/180MWh。加拿大的电力市场完全开放，支持交易，基本电价很便宜，但超过基本电价后，定价由市场需求驱动。因此，需要进行电价的峰值预测和调峰，以实现回报最大化。

霍尼韦尔帮助AYPA公司运行，将10个分布式现场全部集中到远程操作中心进行统一操作，通过优化算法预测峰值电价，降低峰值电力成本。

电价峰值预测首先输入历史电价数据、天气数据、日历数据等，基于递归神经网络（深度学习）算法和回归分析，预测日前负荷和实时电价峰值预测，每周最少预测准确三次。

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