電力市場輔助服務(wù)分析

1、電力市場輔助服務(wù)分析 A Market for Ancillary service 主 要 內(nèi) 容 輔助服務(wù)概述 調(diào)頻輔助服務(wù) 備用輔助服務(wù) 無功輔助服務(wù) 黑啟動輔助服務(wù) 輔助服務(wù)概述(1) 輔助服務(wù)定義沒有公認(rèn)定義 一般的定義，認(rèn)為在電力市場的運(yùn)營過程中，為滿 足輸電可靠性和經(jīng)濟(jì)性要求，為完成輸電和電能量 交易，并保障電力系統(tǒng)安全、和電能質(zhì)量的有關(guān)服 務(wù)稱為輔助服務(wù)。 主要內(nèi)容：包括調(diào)頻、無功電壓控制、各種備用、 調(diào)度、各種穩(wěn)定控制等。 輔助服務(wù)概述(2) 從發(fā)電側(cè)來考慮，輔助服務(wù)是發(fā)電廠為保 證電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行而采取的必要措 施。 從輸電的角度出發(fā)，輔助服務(wù)是為完成輸 電的主要功能 將

2、電能從發(fā)電廠輸送到 用戶，并保證安全和質(zhì)量所需要采取的所 有輔助措施。 從運(yùn)行管理的角度出發(fā)，可把在當(dāng)日的實(shí)時 運(yùn)行中，由于一些不可預(yù)測和不可控制的原 因，如交易的臨時變動、負(fù)荷的隨機(jī)波動以 及機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)等，為保證供電質(zhì)量和可 靠性要求而要有一個有功、無功的實(shí)時平衡 服務(wù)及其它的運(yùn)行服務(wù)，稱為輔助服務(wù)。 從系統(tǒng)控制的角度出發(fā)，輔助服務(wù)是由控制 設(shè)備和操作員執(zhí)行的有關(guān)功能，這些功能是 發(fā)、控、輸、配電用以支持基本的發(fā)電容量、 電能供應(yīng)和電力傳輸服務(wù)。 電量平衡和P-f調(diào)節(jié) 聯(lián)絡(luò)線控制，AGC Q-V控制(負(fù)荷Q供應(yīng)) V三相對稱，波形 安全穩(wěn)定監(jiān)控 保護(hù)自動裝置 穩(wěn)定控制:預(yù)防/校正/事故/

3、恢復(fù)控制 確?？煽啃? 備用；黑啟動容量等 為什么要開展輔助服務(wù)市場？ 垂直壟斷條件下的輔助服務(wù) 電力公司保證電能質(zhì)量，安全可靠運(yùn)行服務(wù)。 總成本(會計意義上的成本)-向用戶分?jǐn)偂?優(yōu)點(diǎn)： 集中輔助服務(wù)管理，有利于全系統(tǒng)安全優(yōu)質(zhì)運(yùn)行 有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行 計費(fèi)簡單。 缺點(diǎn)： 用戶無選擇性，對電力公司無激勵機(jī)制，不利于保證 質(zhì)量和降低成本，可能導(dǎo)致低效率。 所以：電力市場下，面對廠網(wǎng)分開，要開展輔助服務(wù) 市場。 廠網(wǎng)分開后的輔助服務(wù) 由于電能重要性和特殊性，電力市場下仍由電網(wǎng)公 司統(tǒng)一進(jìn)行輔助服務(wù)(電網(wǎng)壟斷運(yùn)行)。 輔助服務(wù)成本分?jǐn)偟接脩?。輔助服務(wù)成本分?jǐn)偟接脩簟?輔助服務(wù)電價單列輔助服務(wù)電價

4、單列 發(fā)電 / 輸電 / 輔助服務(wù)電價。 輔助服務(wù)子任務(wù)：輔助服務(wù)子任務(wù)： （調(diào)頻、無功電壓控制、備用、黑啟動等） 可分項(xiàng)或不分項(xiàng)單列 備用容量可有相應(yīng)市場，電網(wǎng)公司按需采購備用容量可有相應(yīng)市場，電網(wǎng)公司按需采購 電力市場環(huán)境下輔助服務(wù)研究的主 要問題 實(shí)時有功電量平衡，頻率質(zhì)量 調(diào)頻輔助服務(wù) 及其定價問題 實(shí)時無功電量平衡，電壓質(zhì)量 無功電壓輔助服務(wù) 及其定價問題 保證系統(tǒng)可靠性備用輔助服務(wù)； 黑啟動輔助服務(wù)； 及其定價問題 1. 調(diào)頻輔助服務(wù) 為什么要進(jìn)行調(diào)頻? 電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性 頻率的一次，二次，三次調(diào)整 調(diào)頻輔助服務(wù)的價格 調(diào)頻輔助服務(wù)的競價模式 為什么要進(jìn)行調(diào)頻? 頻率是電力系

5、統(tǒng)運(yùn)行的一個重要質(zhì)量指標(biāo)。它反 應(yīng)了電力系統(tǒng)中有功功率供需平衡有功功率供需平衡的基本狀態(tài)。 頻率偏差調(diào)整的方法主要是調(diào)整發(fā)電功率調(diào)整發(fā)電功率和進(jìn)行 負(fù)荷管理負(fù)荷管理。 通過頻率調(diào)整，可以完成以下功能： - 使發(fā)電功率自動跟蹤負(fù)荷功率的變化； - 響應(yīng)負(fù)荷功率或發(fā)電功率的隨機(jī)變化，維持系統(tǒng)頻率為 規(guī)定值； - 在區(qū)域內(nèi)分配系統(tǒng)發(fā)電功率，維持區(qū)域間凈交換功率為 計劃值； - 對周期性負(fù)荷變化，按發(fā)電計劃調(diào)整發(fā)電功率，對偏離 計劃的負(fù)荷功率，實(shí)現(xiàn)在線經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配； - 監(jiān)視、調(diào)整備用容量，滿足安全需要。 電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性 電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性取決于負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性和發(fā)電機(jī) 組的靜態(tài)頻率特性

6、，在通常分析中，認(rèn)為頻率與負(fù)荷的關(guān)系 為一線性關(guān)系，如下所示： 式中， -系統(tǒng)在某一運(yùn)行負(fù)荷水平下 所對應(yīng)的起始頻率； -頻率偏移值（變化量）； -系統(tǒng)的備用容量系數(shù) （機(jī)組總出力與總負(fù)荷之比）； -發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)頻率調(diào)節(jié)系數(shù)MW/Hz -負(fù)荷的靜態(tài)頻率調(diào)節(jié)系數(shù)MW/Hz -系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷功率 -系統(tǒng)有功功率變化量 00 1 GL fP fKKP 0 f f G K L K P 0 P 頻率的一次調(diào)整 一次調(diào)頻自動響應(yīng)，幾 乎所有的機(jī)組響應(yīng) 系統(tǒng)頻率降低時，機(jī) 組自動加大油門（閥 門） 一次調(diào)頻是有差調(diào)節(jié)、 粗調(diào)頻 頻率的二次調(diào)整 二次調(diào)頻消除一次調(diào)頻 后的偏差 只有安裝了特定調(diào)頻 設(shè)備的機(jī)組

7、 (Automatic Generation Control)才能承擔(dān) 無差調(diào)節(jié)，細(xì)調(diào) 頻率的三次調(diào)整 頻率的三次調(diào)整服務(wù)，實(shí)際上就是完 成在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度（發(fā)電計劃）。 電力部門預(yù)先編制的日負(fù)荷曲線，可 反映變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷。 經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目的是在滿足電力系統(tǒng)頻 率質(zhì)量和安全的前提下，以最優(yōu)化原則在 各發(fā)電廠之間進(jìn)行分配。 一次調(diào)頻與二次調(diào)頻示例 設(shè)系統(tǒng)負(fù)荷1000萬千瓦，出力與負(fù)荷平衡；突然 一臺30萬的機(jī)組停機(jī)，系統(tǒng)頻率下降為48.8Hz 幾乎所有的機(jī)組檢測到系統(tǒng)頻率下降，通過頻率 的負(fù)反饋控制，加大油門、閥門等； 負(fù)反饋控制是有差調(diào)整；系統(tǒng)中增加出力35萬千 瓦，系統(tǒng)頻率上升為50.2

8、Hz； 調(diào)度中心控制設(shè)備自動檢測到系統(tǒng)頻率仍有0.2Hz 偏差，向AGC機(jī)組發(fā)出指令，減小出力5萬千瓦， 完成調(diào)頻。 實(shí)時電量平衡和p-f調(diào)節(jié)定價原則 市場下指定的優(yōu)良控制機(jī)組作AGC 不調(diào)用也要付“AGC容量電價” 調(diào)用時還要付“AGC電量電價”(相當(dāng)于燃料成 本) AGC容量電價：“機(jī)會成本”。 (由于該容量由于該容量作AGC用而不能進(jìn)主能 量市場銷售造成經(jīng)濟(jì)損失，不含發(fā)電燃料成本) 市場中，負(fù)荷備用容量按成本排隊(duì)(微增， 微減分開)，先調(diào)用便宜的容量。(“調(diào)節(jié)市 場”)。 系統(tǒng)統(tǒng)一支付AGC機(jī)組的容量/電量電價， 并將成本分?jǐn)偟接脩簟?用于實(shí)時電力平衡的負(fù)荷備用(微增，微 減)容量則誰用

9、誰付錢。 系統(tǒng)作p-f調(diào)節(jié)的其他成本：通過電價分?jǐn)?到用戶。 Note：實(shí)時電量平衡和 p-f 調(diào)節(jié)同時進(jìn)行。 什么是AGC機(jī)組？ AGC機(jī)組是普通機(jī)組加裝自動控制設(shè)備， 使得普通機(jī)組調(diào)整出力的速度、精度得到 提高，滿足二次調(diào)頻的技術(shù)要求。 AGC機(jī)組同普通機(jī)組一樣，可承擔(dān)發(fā)電任 務(wù)。 AGC的控制過程 常規(guī)的自動發(fā)電控制（AGC）是一個控制 滯后的調(diào)節(jié)過程。 當(dāng)系統(tǒng)頻率和/或聯(lián)絡(luò)線交換功率偏離計劃 值時，產(chǎn)生區(qū)域控制偏差（Area Control Error，簡稱ACE），則AGC系統(tǒng)根據(jù)ACE 的大小對可控機(jī)組發(fā)出控制命令，待機(jī)組 響應(yīng)控制命令后，系統(tǒng)頻率和/或聯(lián)絡(luò)線交 換功率逐漸恢復(fù)到原

10、計劃值。 由圖可知，通過SCADA從電力系統(tǒng)運(yùn)行中監(jiān) 測到AGC運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)：各發(fā)電機(jī)的有功出力， 聯(lián)絡(luò)線功率和系統(tǒng)頻率；再用濾波器濾掉擾動信 號以后，計算區(qū)域控制誤差A(yù)CE； 隨后將ACE數(shù)據(jù)送到負(fù)荷分配器，運(yùn)用AGC 負(fù)荷分配算法得到各發(fā)電機(jī)所需送出的有功功率； 結(jié)合當(dāng)前狀態(tài)下監(jiān)測到的發(fā)電機(jī)有功出力， 將AGC機(jī)組所需增發(fā)的有功出力通過脈沖信號送 到廠端信號接收器，或直接送到各AGC機(jī)組的控 制端口，從而直接控制AGC機(jī)組的有功出力。 AGC的技術(shù)特性參數(shù) 調(diào)頻死區(qū)與調(diào)頻基值點(diǎn)調(diào)頻死區(qū)與調(diào)頻基值點(diǎn) AGC機(jī)組的出力只有在一定的范圍時，才能承擔(dān)調(diào)頻任 務(wù)。 -一臺20萬裝機(jī)容量的火電機(jī)組，

11、設(shè)只有出力在1417萬千瓦的情 況下，才能承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，則稱其他區(qū)域?yàn)樵摍C(jī)組的調(diào)頻死區(qū)。 -設(shè)出力為15萬的狀態(tài)下承擔(dān)調(diào)頻，則15出力為其調(diào)頻基值點(diǎn)。 調(diào)頻精度調(diào)頻精度 AGC機(jī)組按照調(diào)度指令調(diào)頻時，實(shí)際達(dá)到的出力與目標(biāo) 出力之間的偏差。 調(diào)頻速度調(diào)頻速度 AGC機(jī)組調(diào)整出力的速度。 AGC分層控制模式 兩大目標(biāo) 保持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定 保持聯(lián)絡(luò)線潮流穩(wěn)定 我國電力系統(tǒng)調(diào)度模式 統(tǒng)一調(diào)度、分級管理 問題：以華中系統(tǒng)為例，設(shè)河南省負(fù)荷突然增 長，華中系統(tǒng)頻率下降，若全網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)頻，可 能出現(xiàn)湖北機(jī)組出力大幅增加，則湖北和河南 之間聯(lián)絡(luò)線功率大幅度變化. 聯(lián)絡(luò)線功率大幅度變化帶來系列問題 控制不當(dāng)可導(dǎo)致系

12、統(tǒng)解列 與分層管理模式相沖突 如何保持系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線潮流穩(wěn)定？ 若從n1到n2的潮流下降，控制n1端AGC機(jī)組抬 高出力，n2端AGC機(jī)組降低出力。 根據(jù)不同的目的，(AGC)可分為三種控 制方式： (1) 恒定頻率控制恒定頻率控制 FFC（Flat Frequency Control） 按頻率偏差 進(jìn)行調(diào)節(jié)，在 時，調(diào) 節(jié)結(jié)束。所以最終維持的是系統(tǒng)頻率，而對 聯(lián)絡(luò)線上的交換功率則不加控制。 這實(shí)際上是單一系統(tǒng)的觀點(diǎn)，因此這種方式 只適用于電廠之間聯(lián)系緊密的小型系統(tǒng)，對 于龐大的聯(lián)合電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來卻有不小的 困難。 0f f (2)恒交換功率控制恒交換功率控制FTC（Flat Tie-Line

13、Control） 控制調(diào)頻機(jī)組保持交換功率恒定，而對系統(tǒng) 的頻率并不加控制。 這種方式適用于兩個電力系統(tǒng)間按協(xié)議交換 功率的情況。它要求保持聯(lián)絡(luò)線上的交換 功率不變，而頻率則要通過兩相鄰系統(tǒng)同 時調(diào)整發(fā)電機(jī)的功率來維持。 (3)頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制 TBC（Tie line load frequency Bias Control） 既按頻差又按聯(lián)絡(luò)線交換功率調(diào)節(jié)，最終維 持的是各地區(qū)電力系統(tǒng)波動就地平衡。 這實(shí)際上是多系統(tǒng)調(diào)頻觀點(diǎn)，這種調(diào)頻方式 是大型電力系統(tǒng)或聯(lián)合電力系統(tǒng)中常用的 一種方法。 區(qū)域控制誤差（ACE）是實(shí)際發(fā)電與控制目標(biāo)之間 的差值。不同的控制方式有不同

14、的ACE計算方法。 如果區(qū)域i采用頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制（TBC）方 式，那么ACEi的表達(dá)式為： 對于恒定頻率控制（FFC）方式， ACEi的表達(dá)式為： 對于恒定交換功率控制（FTC）方式， ACEi的表 達(dá)式為： tiii PfACE fACE ii tii PACE 調(diào)頻輔助服務(wù)的價格 調(diào)頻電量費(fèi)用調(diào)頻電量費(fèi)用 AGC機(jī)組出力在調(diào)頻基值點(diǎn)，應(yīng)獲得相應(yīng)的電量費(fèi) AGC機(jī)組根據(jù)調(diào)度指令，增加/降低出力，增發(fā)或減發(fā) 部分電量，應(yīng)與補(bǔ)償 調(diào)頻容量費(fèi)用調(diào)頻容量費(fèi)用 AGC機(jī)組存在調(diào)頻死區(qū)，機(jī)組必須維持一定的出力， 限制機(jī)組參與實(shí)時市場、發(fā)電權(quán)市場的機(jī)會，產(chǎn)生機(jī) 會成本 為承擔(dān)AGC服務(wù)，裝置相應(yīng)的

15、控制設(shè)備，產(chǎn)生相應(yīng)的 成本 AGC機(jī)組的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償機(jī)組的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償 AGC對于機(jī)組功率的分配包括兩部分： （1）根據(jù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則分配計劃負(fù)荷和計劃外負(fù)荷， 送出基本功率； （2）將消除區(qū)域控制誤差（ACE）所需的調(diào)節(jié)功率 分配給各機(jī)組。 根據(jù)上述分析，在電力市場中，電網(wǎng)頻率或聯(lián)絡(luò)線交 換功率將仍由電力調(diào)度中心進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)節(jié)。為保證電 網(wǎng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，并及時地調(diào)節(jié)頻率或聯(lián)絡(luò) 線交換功率，代表供電公司和最終用戶向發(fā)電公司購 電的電網(wǎng)公司應(yīng)在保證AGC滿足運(yùn)行要求的前提下， 使AGC輔助服務(wù)費(fèi)用最小。按照這一目標(biāo)，應(yīng)首先建 立公平、公正、公開、合理的電網(wǎng)AGC綜合考核和經(jīng) 濟(jì)補(bǔ)償系統(tǒng)。 AGC輔助

16、服務(wù)的市場結(jié)算輔助服務(wù)的市場結(jié)算 在此，可將AGC輔助服務(wù)的市場結(jié)算分以下幾種情況： （1）AGC機(jī)組在輔助服務(wù)市場中投標(biāo)成功，即在輔助服 務(wù)市場結(jié)算后，該AGC機(jī)組將獲得容量費(fèi)用容量費(fèi)用：即為投中 容量和系統(tǒng)統(tǒng)一邊際價格之積。 （2）投標(biāo)成功的AGC機(jī)組在接受調(diào)度員調(diào)度發(fā)出有功功 率以后，可以根據(jù)此時市場的電能價格獲得電量費(fèi)用電量費(fèi)用。 （3）對投入AGC運(yùn)行的機(jī)組，即接受調(diào)度的機(jī)組進(jìn)行合 理的調(diào)節(jié)性能調(diào)節(jié)性能定量評估與考核，并將其結(jié)合到（1）和 （2）的容量費(fèi)用和電量費(fèi)用的調(diào)整中去，即可以用調(diào) 整系數(shù)的形式來實(shí)現(xiàn)AGC調(diào)節(jié)性能和調(diào)節(jié)結(jié)果對系統(tǒng)的 貢獻(xiàn)。 （4）當(dāng)AGC機(jī)組退出運(yùn)行時，電網(wǎng)公

17、司可以依據(jù)規(guī)則對 其進(jìn)行相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)懲罰。 AGC輔助服務(wù)的競價模式 競價模式一 機(jī)組申報AGC容量價格和AGC電量價格 以容量價格為基準(zhǔn)排序，由低到高采購 缺點(diǎn)：機(jī)組申報很低的調(diào)頻容量價格，而 申報較高的電量價格，中標(biāo)后一旦調(diào)用其 調(diào)頻，需要支付昂貴的調(diào)頻電量費(fèi)用。 競價模式二 機(jī)組申報AGC容量價格和AGC電量價格 以電量價格為基準(zhǔn)排序，由低到高采購 缺點(diǎn)：機(jī)組申報很低的調(diào)頻電量價格，而 申報較高的容量價格，中標(biāo)后需要支付昂 貴的調(diào)頻容量費(fèi)用。 競價模式三（在美國加州市場中應(yīng)用） 機(jī)組申報AGC容量價格和AGC電量價格 ISO計算調(diào)頻容量被調(diào)用的概率 以容量價格和電量價格的加權(quán)為標(biāo)準(zhǔn)排序 優(yōu)

18、點(diǎn)：若x計算是準(zhǔn)確的，則是最優(yōu)的。 缺點(diǎn)： 復(fù)雜、透明度低 調(diào)用概率x的根據(jù)歷史數(shù)據(jù)計算，主觀隨意性大，易引起爭 議 競價模式四 由清華大學(xué)提出，計劃在東北等市場中應(yīng)用 調(diào)頻機(jī)組申報調(diào)頻電量價格，不另行申報容量價 格 按照統(tǒng)一的比率，取調(diào)頻電量價格的一定比率為 調(diào)頻的容量價格 優(yōu)點(diǎn) 簡單、透明 公平，遏制發(fā)電廠投機(jī) AGC退出運(yùn)行時的補(bǔ)償模型 按系統(tǒng)統(tǒng)一邊際價格結(jié)算的目標(biāo)函數(shù)： 其約束條件為： （1）系統(tǒng)需要的AGC容量要求： （2）AGC機(jī)組的容量范圍： 1 n AGCii i PG P iiMiniiiiMax G PG PG P n為AGC機(jī)組數(shù)目； MCP為系統(tǒng)的統(tǒng)一邊際價格； 為機(jī)組

19、的AGC調(diào)度容量為Pi時的價格； 為系統(tǒng)需要的AGC容量； Gi為整形值，當(dāng)它為1時表示該機(jī)組被電網(wǎng)公司選 中提供AGC備用容量；當(dāng)它為0時表示該機(jī)組沒有 選中。 當(dāng)有機(jī)組退出AGC運(yùn)行，假設(shè)為機(jī)組s，則只要在 上述的數(shù)學(xué)模型中去掉i=s這種情況即可。 當(dāng)電網(wǎng)公司在調(diào)度AGC時只考慮獲得最小的購買費(fèi)用，即 只從經(jīng)濟(jì)角度而且不計網(wǎng)絡(luò)損耗角度來考慮時，所采用的 數(shù)學(xué)模型就由上述的目標(biāo)函數(shù)和兩個約束條件組成。 () i C P AGC P 按調(diào)節(jié)速率比率補(bǔ)償模型 增加一個計及AGC機(jī)組調(diào)節(jié)速率的約束條件： 其中： Si和Sj分別為機(jī)組i和機(jī)組j的調(diào)節(jié)速率。 ii jj PS PS 2.無功輔助服務(wù)

20、為什么要引入無功輔助服務(wù)？ 無功輔助服務(wù)的特點(diǎn) 無功輔助服務(wù)獲取機(jī)制分類 世界各國對無功輔助服務(wù)定價實(shí)踐 無功電壓控制一般概念 無功源：發(fā)電機(jī)，調(diào)相機(jī)，并聯(lián)電容（電抗），線路 充電功率，SVC等 無功消耗：負(fù)荷，線路損耗 無功電壓控制的作用：支持節(jié)點(diǎn)電壓，降低線路網(wǎng)損 無功輔助服務(wù)定義 電監(jiān)會（2004年1月電網(wǎng)輔助服務(wù)補(bǔ)償辦法）： “無功服務(wù)又稱無功支持服務(wù)或無功電壓控制服務(wù)， 指發(fā)電機(jī)組向電網(wǎng)注入或吸收無功功率，以維持系統(tǒng) 正常運(yùn)行時節(jié)點(diǎn)電壓波動水平在允許范圍內(nèi)，在電力 系統(tǒng)故障后提供足夠的無功支持以防止系統(tǒng)電壓崩潰 的服務(wù)?！?NERC（1999 白皮書）：只有發(fā)電公司提供的無功功 率可

21、作為ISO的輔助服務(wù)，而由其他實(shí)體提供的無功 支持不列入ISO的輔助服務(wù)之列，因而沒有經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。 且ISO有權(quán)調(diào)度輸電系統(tǒng)中所有的靜止無功電源。 強(qiáng)調(diào)：發(fā)電側(cè) 為什么要引入無功輔助服務(wù)？ 安全性：電壓的高低與系統(tǒng)的無功功率，特別是 無功平衡水平的高低密切相關(guān)。且電壓是衡量電 能質(zhì)量的重要指標(biāo)，它既是電力用戶最為關(guān)注的 目標(biāo)，也是電力系統(tǒng)自身運(yùn)行時要控制的重要目 標(biāo)。 經(jīng)濟(jì)性：可以改善系統(tǒng)的交換能力，提高系統(tǒng)的 有功傳輸能力；降低系統(tǒng)的網(wǎng)損；減少發(fā)電機(jī)的 有功功率輸出，降低系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用； 正確的無功價格信號可以推動電網(wǎng)開放和提高電 網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益，幫助輸電用戶在決定交易電量、投 資和設(shè)備利用時進(jìn)行科

22、學(xué)決策。 電力系統(tǒng)中的無功源及無功負(fù)荷 無功輔助服務(wù)的特點(diǎn)(1) 供應(yīng)的地域性：供應(yīng)的地域性：遠(yuǎn)距離輸送不現(xiàn)實(shí)，原則上 就地平衡； 控制的分散性：控制的分散性：無功與節(jié)點(diǎn)電壓密切相關(guān)， 但電壓各節(jié)點(diǎn)不同； 手段的多樣性：手段的多樣性：無功源、無功負(fù)荷的多樣性； 定價的復(fù)雜性：定價的復(fù)雜性：具有投資成本占主體的成本 特性且無功對系統(tǒng)的安全價值甚至比其經(jīng)濟(jì) 價值更大。 無功輔助服務(wù)的特點(diǎn)(2) 在電力市場實(shí)踐中多進(jìn)行到發(fā)電側(cè) 電網(wǎng)提供的無功源不屬于無功輔助服務(wù)，無功網(wǎng)損 無功采購成本 系統(tǒng)中無功潮流不宜長距離傳輸，所以無功輔助 服務(wù)的價值隨其在電力系統(tǒng)中的位置而有明顯的 變化 容易造成當(dāng)?shù)仉姀S無功

23、服務(wù)的壟斷，實(shí)時動態(tài)無功定 價不合適 無功服務(wù)的賣方是位于不同地理位置不同容量的 發(fā)電機(jī)組、同步調(diào)相機(jī)等，而買方只有一家，即 各地區(qū)的電力傳輸網(wǎng)（或ISO） 無功輔助服務(wù)獲取機(jī)制分類 無功輔助服務(wù)定價方法 世界各國對無功輔助服務(wù)定價實(shí)踐 美國加州 雙邊合同 美國紐約州雙邊合同，預(yù)先確定容量價格， 電量價格，與實(shí)時有功、無功報價有關(guān) 英國POOL電力市場市場投標(biāo)，預(yù)先確定 澳大利亞電力市場 雙邊合同，預(yù)先確定 中國東北區(qū)域電力市場全區(qū)制定統(tǒng)一費(fèi)率 美國加州電力市場 ISO通過長期合同方式從發(fā)電機(jī) 組獲取無功容量。 正常情況下，要求這些Gen運(yùn)行 在功率因數(shù)-0.950.9內(nèi)，無償。 只有當(dāng)CAI

24、SO要求Gen發(fā)出/吸收 的Q超出此范圍才能得到經(jīng)濟(jì)補(bǔ) 償（見圖），補(bǔ)償費(fèi)用中包括發(fā) 電機(jī)由于發(fā)出或吸收無功功率而 導(dǎo)致有功出力減少所引起的機(jī)會 成本。 需要注意的是，CAISO也有權(quán)調(diào)動其他未簽約的發(fā)電機(jī)組 在-0.950.90功率因數(shù)范圍內(nèi)運(yùn)行。 美國紐約州電力市場 無功容量費(fèi)用無功容量費(fèi)用：提供無功輔助服務(wù)的發(fā)電機(jī)組從 ISO那里得到等價的年度經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。 無功源的折舊費(fèi)用維護(hù)費(fèi)用。 e.g. 2004年Gen的無功容量價格計算： 無功電量費(fèi)用無功電量費(fèi)用：正常情況下，Gen受NYISO調(diào)度發(fā) 出或吸收無功(在無功容量范圍內(nèi))以使系統(tǒng)電壓保 持在額定范圍內(nèi)。當(dāng)Gen接到NYISO指令超出范

25、圍 運(yùn)行時， 美國紐約州電力市場（續(xù)） 在發(fā)電機(jī)受到NYISO調(diào)度指令，為配合無功電壓控制要求 降低有功功率輸出量后，會收到NYISO對其可用的損失機(jī) 會成本(Lost Opportunity Cost, LOC) 的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。 英國 無功輔助服務(wù)的獲取方式有兩種： 通過無功競標(biāo)與電網(wǎng)簽訂至少為期一年的無功服 務(wù)合同： 同步發(fā)電機(jī)無功容量價格， 可用無功容量價格， 無功電量價格 2.如果發(fā)電機(jī)組未與NGC簽訂合同， 則，機(jī)組在一定無功容量范圍內(nèi)運(yùn)行時，發(fā)電機(jī) 得到約為2.40/Mvarh的默認(rèn)補(bǔ)償費(fèi)用。 澳大利亞 Gen運(yùn)行在功率因數(shù)運(yùn)行在功率因數(shù)-0.930.90范圍 內(nèi)強(qiáng)制性無償服務(wù)。 當(dāng)

26、調(diào)度機(jī)構(gòu)要求其超出此范圍運(yùn)行，超出范圍的 無功服務(wù)會得到一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。 澳大利亞 無功服務(wù)費(fèi)用的計算 可用容量費(fèi)用（進(jìn)相和滯相運(yùn)行狀態(tài)時表示不同） 滯相運(yùn)行可用容量費(fèi)用FCGMVARG(MTGMMCG) 其中： MVARG ($/MVAr)協(xié)議中簽約Gen在滯相運(yùn)行時可用無功容 量價格； MTG (MVAr)綜合考慮的Gen的滯相運(yùn)行最大可用無功容量 MMCG ( MVAr)協(xié)議中確定的發(fā)電機(jī)滯相運(yùn)行時無償提供的 無功補(bǔ)償容量（規(guī)定為額定有功容量下功率因數(shù)為0.9時的無功 容量值） 進(jìn)相運(yùn)行可用容量費(fèi)用FCAMVARA(MTAMMCA) 其中： MVARA ($/MVAr)協(xié)議中簽約Gen在

27、進(jìn)相運(yùn)行時可用無功容 量價格； MTA (MVAr)綜合考慮Gen進(jìn)相運(yùn)行時的最大可用容量： MMCA (MVAr) = 協(xié)議中確定的發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時無償提供的無 功補(bǔ)償容量（規(guī)定為額定有功容量下功率因數(shù)為-0.93時的無功 容量值） 澳大利亞 無功服務(wù)費(fèi)用的計算(續(xù)) 同步調(diào)相機(jī)接受ISO調(diào)度時的設(shè)備啟動費(fèi)用 FSC(MVARE(MTGMTA)+(EPEU) 其中： MVARE ($/MVAr)協(xié)議中約定的同步調(diào)相機(jī)的無功容量 啟動價格； MTA (MVAr)調(diào)相機(jī)最大的吸收無功容量 MTG (MVAr)調(diào)相機(jī)最大的輸出無功容量 EP =min (PP, (MP1.1)0.5 EP ($/M

28、W)設(shè)備啟動價格； PP ($/MWh) 同步調(diào)相機(jī)的運(yùn)行價格（運(yùn)行時耗費(fèi)能源所 記及的價格）； MP ($/MWh)該地區(qū)發(fā)電機(jī)輸出有功功率的邊際價格； EU (MW)當(dāng)簽約發(fā)電機(jī)運(yùn)行在同步調(diào)相機(jī)狀態(tài)時，預(yù)計 的有功功率耗費(fèi)量； 0.5（h）無功電量計費(fèi)的時段，一般每半小時計算一次 無功電量費(fèi)用； 澳大利亞 無功服務(wù)費(fèi)用的計算(續(xù)) 同步發(fā)電機(jī)損失機(jī)會成本的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償 （計算方式和NYISO制定的損失機(jī)會成本相似） FLOC($)(MPEBP)RDT0.5 其中： MP ($/MWh)區(qū)域有功功率邊際價格； EBP ($/MWh)在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)組進(jìn)入提供有 償無功電量服務(wù)啟動點(diǎn)的有功

29、功率報價，系統(tǒng)要求發(fā)電機(jī) 組對此時的有功功率價格報價合理，能促使發(fā)電機(jī)為了滿 足輸出/吸收無功功率需要而造成有功功率損失的情況得以 緩解。 RDT (MW)發(fā)電機(jī)組為滿足系統(tǒng)無功要求降低有功的輸 出量； 0.5（h）無功電量計費(fèi)的時段，一般每半小時計算一次 無功電量費(fèi)用； 世界各國對無功輔助服務(wù)定價實(shí)踐 （中國東北） 電網(wǎng)輔助服務(wù)補(bǔ)償辦法相應(yīng)規(guī)定： 只有競價機(jī)組在按照東北 電力調(diào)度交易中心指令， 進(jìn)行進(jìn)相調(diào)壓的無功服務(wù) 為有償服務(wù)； 由東北電力調(diào)度交易中心 確定全網(wǎng)提供進(jìn)相調(diào)壓的 機(jī)組臺數(shù)和進(jìn)相深度，在 實(shí)際調(diào)度運(yùn)行過程中實(shí)施。 進(jìn)相調(diào)壓的機(jī)組在進(jìn)相期 間實(shí)際吸收的無功電量， 按照每萬千乏小時

30、300元 （暫定）予以補(bǔ)償。 3.備用輔助服務(wù) 為什么要備用? 垂直壟斷情況下及廠網(wǎng)分開后備用容量的 獲得 備用輔助服務(wù)的種類 備用輔助服務(wù)市場 可中斷負(fù)荷提供備用 備用市場競價原理 備用市場的組織與交易決策 為什么要備用? 在實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)隨機(jī)停運(yùn)、負(fù)荷波動、 線路故障等，都會破壞電力系統(tǒng)的平衡狀態(tài)， 出現(xiàn)功率不足，嚴(yán)重時甚至造成大范圍停電。 為此，必須保持一定的有功和無功備用水平。 定義： 備用容量備用容量 是指機(jī)組為系統(tǒng)提供備用服務(wù)、需 要提前預(yù)留的容量。在實(shí)時運(yùn)行過程中，系統(tǒng) 根據(jù)實(shí)時調(diào)度需要，對該部分備用容量進(jìn)行調(diào) 用。 垂直壟斷情況下備用容量的獲得 1)系統(tǒng)運(yùn)行人員按規(guī)程決定所

31、需備用容量 (旋轉(zhuǎn)，非旋轉(zhuǎn)，替代備用) N-1 security 運(yùn)行總?cè)萘抗潭ǖ陌俜直?2)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)承擔(dān)一定的旋轉(zhuǎn)備用容量 3)系統(tǒng)中部分發(fā)電機(jī)作非旋轉(zhuǎn)備用(水電機(jī)等) 和替代備用； 4)統(tǒng)一核算成本并分?jǐn)偟接脩簦?5)盡可能減少備用容量成本。 廠網(wǎng)分開后備用容量的獲得 處理方法有多種，其中較多采用方法： 系統(tǒng)運(yùn)行人員按規(guī)程擬定所需各種備用； 2) 在備用容量市場上按成本最低，滿足需求統(tǒng)一購置 備用容量(付容量電價)。 3) 實(shí)際事故時按燃料成本進(jìn)行調(diào)用(付電量電價)。 總成本分?jǐn)偟接脩?。 最大缺點(diǎn)： 廠商在備用容量市場中博弈。 在旋轉(zhuǎn)備用不足時，抬高備用容量價格！(400 倍！) 運(yùn)

32、行人員無降低備用容量總成本的激勵。 廠商無壓力把備用MW投入。 1)用戶無選擇，且事故停運(yùn)損失大，高風(fēng)險。 改進(jìn)措施1：主電能市場和備用容量市場統(tǒng)一報價， 接續(xù)處理，防止博弈，減少市場力。 改進(jìn)措施2：要求各運(yùn)行機(jī)組必須留3%備用 (不收費(fèi))，其余由中央在備用市場上解決。 (分布合理，備用成本減低。) -仍基于中央決策的方法，備用的靈活性(用 戶選擇用戶選擇)、質(zhì)量(廠商投入備用)和 經(jīng)濟(jì)性仍無保證。 -不符合市場要求：各參與者優(yōu)化各自利益， 總體均衡點(diǎn)為社會利益最優(yōu)點(diǎn)！ 備用輔助服務(wù)的種類 按調(diào)整出力的方向 正備用：根據(jù)系統(tǒng)的需求，可增加出力 負(fù)備用：根據(jù)系統(tǒng)的需求，可降低出力 按調(diào)整速度

33、10分鐘備用 30分鐘備用等 按機(jī)組狀態(tài) 熱備用 冷備用等等 目前國際上尚沒有關(guān)于備用的統(tǒng)一分類標(biāo)準(zhǔn) 備用輔助服務(wù)市場 由于沒有統(tǒng)一的備用服務(wù)分類，各國、各地區(qū)備 用市場組織情況不一樣。 美國新英格蘭市場 10分鐘旋轉(zhuǎn)備用 10分鐘非旋轉(zhuǎn)備用 30分鐘旋轉(zhuǎn)備用 30分鐘非旋轉(zhuǎn)備用 我國情況 建議只組織10分鐘備用市場 30分鐘的備用需求可通過實(shí)時市場交易 可中斷負(fù)荷參與提供備用 可中斷負(fù)荷指在電網(wǎng)高峰負(fù)荷時段，用戶負(fù)荷中可以中 斷的部分?？芍袛嘭?fù)荷通常通過經(jīng)濟(jì)合同實(shí)現(xiàn)，是需求 側(cè)管理（Demand Side Management）的一部分。 DSM中引入的可中斷負(fù)荷可視為一種特殊而有效的備用，

34、 對可中斷負(fù)荷的容量、價格、調(diào)度需要進(jìn)一步深入研究。 備用機(jī)組與可中斷負(fù)荷的報價 系統(tǒng)備用的機(jī)組申報如下數(shù)據(jù)： 單位備用容量價格曲線。 備用機(jī)組調(diào)節(jié)速率。 可中斷負(fù)荷申報內(nèi)容： 可中斷時間區(qū)間， 中斷提前預(yù)知時間， 中斷持續(xù)時間， 中斷負(fù)荷容量范圍， 中斷負(fù)荷價格曲線。 可中斷負(fù)荷可以不需要進(jìn)行電量報價，其切負(fù)荷 電量可以按現(xiàn)貨供電價格支付。 備用市場競價原理 出于備用容量付費(fèi)考慮，備用市場必須同電量市 場分離出來。 備用機(jī)組在申報中應(yīng)該既申報電量價格又申報容 量價格。 對備用機(jī)組的排序，僅按備用容量價格作為排序 的指標(biāo)。 備用機(jī)組也應(yīng)該參與現(xiàn)貨有功電量市場的競爭， 備用機(jī)組的電量報價取其在日

35、前有功電量市場上 的報價。備用機(jī)組的電量報價也影響現(xiàn)貨電量價 格。 備用市場的決策在日前有功電量市場交易結(jié)束之 后進(jìn)行。 備用市場的組織與交易決策 市場組織 備用申報在計劃交易日的前一日進(jìn)行； 電力調(diào)度交易中心先公布計劃交易日各時段的 備用需求，發(fā)電廠和可中斷負(fù)荷用戶的備用申 報與有功申報同時進(jìn)行。 備用市場的交易決策： 根據(jù)機(jī)組申報的備用調(diào)節(jié)速率，得到機(jī)組的備 用容量大小。 按照備用機(jī)組和可中斷負(fù)荷的申報價格由低到 高排序確定購買備用機(jī)組及購買容量。 備用容量分散優(yōu)化決策的研究 思路：為使備用容量由用戶選擇，廠商有壓力投 入和對運(yùn)行人人員有激勵作優(yōu)化協(xié)調(diào)，可以引入 保險理論，訂保險協(xié)議以解決

36、上述問題。 -用戶選擇保險要求：備用容量要求，停電損失 賠償，并付相應(yīng)保險金。 -生產(chǎn)廠商由于保險單存在，必須投入備用容量， 否則事故下賠償損失大。 -系統(tǒng)運(yùn)行人員：中間協(xié)調(diào)，無利益(但也介入 保險協(xié)議，以便激勵其促成最優(yōu)效率均衡點(diǎn)。) 引入保險協(xié)議優(yōu)點(diǎn)： -使分散優(yōu)化成為可能 -激勵備用供應(yīng)商投入用戶所需之備用容量； -用戶：風(fēng)險減少 可證明：分散優(yōu)化決策均衡點(diǎn)和中央優(yōu)化決策相 同，備用市場高效率！ 問題： 如何推廣到多機(jī)/多用戶系統(tǒng)； 廠商既發(fā)電，又供備用；系統(tǒng)運(yùn)行人員職責(zé)？等 等 關(guān)鍵技術(shù)問題： 如何建立一個備用容量分散決策的機(jī)制， 使上述目標(biāo)實(shí)現(xiàn)？ 用戶/廠商/系統(tǒng)運(yùn)行：如何分別作優(yōu)化

37、決 策？ 如何保證備用容量如數(shù)投入，并使用戶停 電損失風(fēng)險減少？ 證明此分散優(yōu)化決策方案之結(jié)果達(dá)到社會 效益最優(yōu)。 初步研究成果 證明了： 兩種approaches下，分散優(yōu)化決策解和全局優(yōu)化決 策解相同！ pool-based approach社會效益更高，所以備用容量全 局統(tǒng)籌必要！ 建立一般化多機(jī)系統(tǒng)模型： 發(fā)電公司又供主電能又供備用。 某發(fā)電公司停運(yùn)：相應(yīng)電能和備用容量損失 系統(tǒng)運(yùn)行部門、發(fā)電公司和用戶分別簽訂保分別簽訂保 險協(xié)議險協(xié)議(建立激勵機(jī)制，減少用戶損失！) (1)電網(wǎng)公司(insured) 發(fā)電公司(insurer) (2)電網(wǎng)公司 (insurer) 用戶(insured) 討論(分散優(yōu)化決策優(yōu)缺點(diǎn)) 保險理論引入，有激勵機(jī)制來保證質(zhì)量(備 用投備用投入)，分散優(yōu)化成為可能，有用 戶選擇和用戶風(fēng)險轉(zhuǎn)移！ 和中央優(yōu)化結(jié)果相同，可用市場“invisible hand”來實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益！ 保護(hù)用戶隱私，price discovery v.s. price setting 要求市場信息：當(dāng)前備用容量價格，以便 各自作優(yōu)化決策 4. 黑啟動輔助服務(wù) 什么是黑啟動？ 黑啟動機(jī)組選擇標(biāo)準(zhǔn) 黑啟動服務(wù)的形式 黑啟動服務(wù)的計費(fèi)方式 黑啟動服務(wù)支付方式 什么是黑啟動？ 黑啟動黑啟動發(fā)電機(jī)組在沒有外來電力供應(yīng)的情況下, 能從停機(jī)狀態(tài)啟動起來，逐步擴(kuò)