電力市場輔助服務

電力市場輔助服務是指為維護電力系統的安全穩定運行，保證電能質量，除正常電能生產、輸送、使用外，由發電企業、電網經營企業和電力用戶提供的服務。包括:一次調頻、自動發電控制（Automatical Generation Control，簡稱AGC）、調峰、無功調節、備用、黑啟動等。

基本介紹

• 中文名：電力市場輔助服務
• 外文名：ancillary service in power market
• 類型：電力市場關鍵技術
• 作用：維護電力系統的安全穩定運行
• 領域：能源
• 學科：電氣工程

背景

近幾年來，隨著世界經濟的蓬勃發展和科學技術日新月異的進步，電力工業正經歷著一場重大的變革。電力工業是有著悠久歷史的傳統工業，它對國民經濟的發展有著十分重要的作用。但是由於電力的生產、銷售和使用的特殊性，長期以來電力工業一直壟斷經營，實行發電、輸電、配電一體化的體制。這種體制在電力工業發展的初期有效地促進了電力工業的發展，但是隨著電力工業規模的不斷擴大，特別是現代社會市場經濟的發展，傳統電力體制越來越不適應經濟的發展，迫切需要實行電力市場，引入競爭機制。

上世紀80年代以來，英國首先進行了電力市場的探索，隨後美國、挪威、澳大利亞、阿根廷等國家也先後實施了電力市場制度。我國於90年後期也開始了電力市場的試點工作。前不久，國家出台了電力體制改革方案，明確了“實施廠網分開，實行競價上，建立電力市場運行規則和政府監管體系，初步建立競爭、開放的區域電力市場，實行新的電價機制”的方針政策。雖然各國的具體制度不盡相同，但其目的都是消除壟斷，促進競爭，推動電力工業的發展。由於電力市場是一種全新的電力生產模式，它的逐步推行帶來了一系列的相關問題需要進一步的深入研究。

為了滿足用戶的需求和適應同行業之間的競爭，電力工作者必須能生產、輸送和分配高質量、低成本的電能。由於電力生產的特殊性，要保證用戶得到優質、廉價的電能就必須依靠電網相關的輔助措施來確保電力市場的安全、經濟和可靠運行。在傳統的電力生產模式下由於實行統一調度，統一管理，能較好地保證電力生產的安全、可靠;在電力市場條件下電力生產者的自主性得到了增強，同時也對電網的安全、可靠運行帶來了巨大的挑戰。發電競爭的引入和電網開放的實施及新的技術，如FACTS和ASG C adjustable speed generator)的套用，增加了電網運行和控制的複雜性，因而會產生一些新的引起電網功角穩定、電壓穩定、過負荷和系統崩潰等問題的因素[[2]。這就使輔助服務問題越來越受到廣泛的重視。

此外，在電力市場中，不能再要求發電廠和用戶無條件地提供輔助服務，因此必須解決一系列問題，如與每一項輔助服務相關的費用、各輔助服務供應者的貢獻、各用戶使用了哪些輔助服務和使用量是多少等。輔助服務的定價機制不但應確保供應者收回成本，還要保障其合理的利潤。隨著電力市場研究和實踐的不斷深人，輔助服務問題由於其重要性和技術上的複雜性吸引了越來越多的研究者和電力公司的興趣。因此對於輔助服務及其定價方式的研究在電力市場中有著十分重要的理論和現實意義。很多公司和學者對輔助服務價格進行了非常有益的探索。但與電能價格相比，輔助服務定價的研究起步較晚，尚未形成理論體系。因此，在電力市場中迫切需要對輔助服務進行深入的研究。

影響因素

輔助服務一般定義為:為完成輸電的主要功能，即將電能從電廠輸送到用戶並保證安全和質量，所需要採取的所有輔助措施。換句話說，在輸電服務中，為保證電能質量和系統安全所採取的一切輔助措施都屬於輔助服務。

不同的國家甚至電力公司對輔助服務的定義都不盡相同。因為輔助服務的供應由系統需求決定。其決定因素包括:

(1)系統協調方式有無統一的系統調度中心決定了輔助服務供應的模式。

(2)電力生產的構成它決定了輔助服務的重要程度，如火電占優還是水電占優。

(3)電網結構決定各種輔助服務的具體需要。

(4)管理模式市場發育的不同階段，採用不同的輔助服務定價方法，以免振盪過於劇烈。

(5)標準系統的運行水平不同，所用的質量和安全標準也不同。

(6)量測和監視系統輔助服務定價採用的算法要以系統的量測和監視水平為基礎，水平較低的系統不能採用信息量需求較大的算法。這是輔助服務定價的重要問題。

分類

輔助服務應主要包括:

(1)頻率控制(負荷跟蹤)處理較小的負荷與發電的不匹配，維持系統頻率，以使控制區內負荷與發電的偏差及控制區之間的交換功率實際值與計畫值的偏差為最小。基本上是實時的。

(2)可靠性備用(旋轉備用和快速啟動機組)由於發電或輸電系統故障，使負荷與發電發生較大偏差時，l0min內可以提供急需的發電容量(增加/降低)，恢復負荷跟蹤服務的水平。

(3)非旋轉備用(運行備用)30min內可以滿發的發電備用容量，包括發電機容量和可間斷電負荷，用於提高恢復可靠性備用的水平。

(4)無功備用/電壓控制/無功最佳化通過發電機或輸電系統中的其它無功源向系統注人或從系統吸收無功，以維持輸電系統的電壓在允許範圍內。

(5)發電再計畫(reschedule)/再分配(redispatch)對於較大的發電負荷偏差，調度中心要重新安排各機組出力。

（6）能量不平衡補償實際的交易量與計畫交易量的差額。

（7）網損補償輸電時造成的功率損耗通過此項服務來補償。

(8)事故恢復服務(restoration service)提供重大事故發生後系統恢復所需的功率。

(9)穩定控制服務FACTS, PSS, ASG等。

(10)其他。

歸納各國電力市場的經驗，提供輔助服務的模式一般有3種:統一型、投標型和雙邊契約型。

統一型指輔助服務必須由系統調度員統一安排協調，在結算時根據各參與者對輔助服務命令執行的情況，對其進行獎懲。投標型指各客戶分別對每一種輔助服務進行投標，調度員根據他們的投標情況，排定優先次序，安排輔助服務供應計畫，使提供輔助服務的費用為最小。雙邊契約型是指某一輔助服務的用戶直接與供應者簽訂雙邊契約，從而得到其所需的輔助服務，而無需通過系統運行人員。某一服務到底應採用哪種供應方式與整個電網的管理運行水平和電力市場發育程度有關。如英國、阿根廷等國家採用統一型方式提供頻率回響與無功控制等服務，而美國西部加州電網，以投標方式與雙邊契約結合的方式提供負荷跟蹤與頻率回響服務。目前世界上還未出現完全非調控狀態下的雙邊契約市場。 輔助服務價格與電能價格一起構成了電力市場價格體系的基礎，對形成健康的電力市場有重要意義。但輔助服務定價的理論與實踐之間還存在著嚴重的脫節，這與以下幾個因素有關:

(1)輔助服務問題的研究比較複雜。輔助服務研究的實質是研究電力系統運行中各種控制手段對系統總的運行水平的影響(安全性、經濟性)，並賦予其相應的經濟含義。但輔助服務間相互關聯複雜，你中有我，我中有你。並且由於研究的角度不同，使得同一種控制行為可能屬於不同的輔助服務類型。

(2)各國電力市場模式不同，很難建立一種普遍適用的輔助服務算法。各電力公司只能根據自己的經驗和電力市場的結構，確定自己的定價策略。

(3)不同系統有不同的輔助服務需求和定義，某一種輔助服務在不同電力系統中的重要性會有很大差別。在某一系統中很重要的服務，而在另一系統中對生產費用的影響可能很小，完全可以忽略。在同一系統中輔助服務的概念和算法也是隨著量測、監視、控制技術的進步，管理經營體制的日益完善而不斷發展的。

因此，對輔助服務中的一些重要課題應進行更加深人的探索。如: (1)從理論上推導系統對負荷跟蹤、旋轉備用和非旋轉備用容量的需求，確定電壓允許波動範圍的根據及相應的無功需求。

(2)如何建立合理的輔助服務市場結構，並且實現從現有的管理運行體制向電力市場平穩過渡。

(3)為不同的市場結構，澄清輔助服務的定義、分類，發展科學的定價機制，在費用與可靠性之間找到最佳的平衡點。

無功服務

無功功率輔助服務是使電網中的輸電交易順利完成的一個必要條件，尤其在輸電網重負荷條件下，電壓和無功功率控制變得格外重要。電力市場中除了要保證電能的有效供應外還必須保證良好的電壓水平和穩定性。系統中的無功功率控制能夠引起電壓的變化，因此必須保證系統中無功的平衡。與頻率的全系統統一的特性不同，電壓的分布是與當地的無功供應和需求相關的。

電力市場中的無功服務主要包括

1無功能源的供應。無功的能源供應必須滿足系統和負荷的需求，負荷的無功需求會根據有功需求的大小和其特性變化。系統的需求則與線路的負荷程度有關。線路輕載時系統輸出無功，重載時則吸收無功。

2)提供無功的事故備用。為了保持無功供給與需求的就地平衡，必須有充足的無功備用，包括容性無功備用容量和感性無功備，以滿足事故發生時的系統需求。

3)保證系統的電壓水平。必須有合理的無功供應來保證系統良好的電壓分布，從而保證系統電壓的穩定性。

4)無功最佳化以降低網路損耗。無功控制是減少電力系統網路損耗的一種手段，可以通過無功控制來保證電力系統的安全經濟運行。

與有功服務相比，無功服務有著其特殊性。

1)電源的多樣性發電機依據系統的運行要提供無功;與有功不同，電力系統中的無功電源除發電機和負荷外，還包括電容器和靜止無功補償器CSVC)等，而且電網本身也是無功電源。

2)供應的地域性由於遠距離輸送無功需要發電端和受電端之間有較大的電壓差，因此無功供應原則上是就地平衡。

3)調整無功的手段也多種多樣，如自動電壓調節器(AVR)、電容器投切及變壓器有載調壓等。

4)控制的分散性與頻率控制需要有功平衡類似，電壓控制需要無功的平衡。但頻率是全網統一的，依賴於全網的有功平衡，而電壓是各節點不同的，必須依賴於該節點或就近節點的電壓控制。

(5)分析的複雜性有功的費用主要是發電費用，而無功的運行費用很小但投資費用很大，分析起來比有功複雜。無功的生產不消耗燃料，且與機組的同步運行合為一體，所以要把無功的相關費用從總的費用中分離出來是十分困難的。

網損分攤

在電力交易的過程中，電力網路必定會出現損耗，在電力市場中需要將此損耗在相關的電力交易者之間進行公平、合理、有效的分攤，這是電力市場的關鍵問題之一。在輸電市場中，輸電定價有很大一部分成本是網損的成本，因此解決網損的合理分攤問題是電力市場定價的重點。在計畫體制下網損被平均分攤到各用戶，這實際上是不公平的，因為各用戶在電網中的位置各不相同，引起的網損也是不同的。因此需要對用戶區別對待，這就迫切需要一套合理的網損分攤方法。

網損分攤目前有多種方法，主要為按容量分攤、按比例分攤、按網損微增率分攤以及雙邊交易分攤、潮流追蹤法等多種方法。

負荷頻率控制

(AGC )

頻率是電力系統的主要參量之一，其穩定程度依賴於發電與負荷間複雜的平衡關係。不平衡可能是由於負荷預報有誤差、缺少跟蹤負荷變化的發電容量或由於故障造成的突然失去發電或負荷等因素所致。頻率偏差調整的方法主要是調整發電出力和負荷管理。通過頻率調整，可以完成的功能有:

(1)使電自動跟蹤負荷的變化。

(2)回響負荷或發電的隨機變化，維持系統頻率為規定值。

(3)在區域內分配系統發電功率，維持區域間淨交換功率為計畫值。

(4)對周期性負荷變化，按發電計畫調整出力，對偏離計畫的負荷，實現線上經濟負荷分配。

(5)監視/調整備用容量，滿足安全需要。

頻率調整問題是電力系統中最基本的控制問題，奠定了AGC的基礎，但其基本假設是電力公司的控制中心有權要求控制區內的各發電機組無條件地執行AGC控制信號。但是隨著電力市場的逐漸形成，發電與輸電分離，這就對傳統的頻率控制方式和算法提出了新的要求。

備用服務

備用服務的研究與調頻服務是緊密相連的，在時間周期上它們有所重疊。並且由於作用不同或討論的側重點不同，同一種備用容量可能會有不同的名稱。有些國家甚至將兩者作為一種服務，如挪威，電力市場中備用問題的核心是確定備用容量及其分配的算法，並提出相應的價格機制，使各電廠積極回響調度的備用容量安排。