第7章 輔助服務(wù)

1、 電能市場(chǎng)的良好運(yùn)營有一個(gè)重要的前提條件，必須有一個(gè)堅(jiān)實(shí)的物理電力系統(tǒng)作為它的基礎(chǔ)。 系統(tǒng)使用者希望電力系統(tǒng)有一定的可靠性。 為了能解決可能發(fā)生的事故，需要考慮同時(shí)采取預(yù)防和校正措施。 傳統(tǒng)電力體制下，垂直一體化公用事業(yè)掌握了完成校正措施所必需的全部資源 競(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)下，有些資源已經(jīng)分流到另外一些行業(yè)成員手中，系統(tǒng)運(yùn)營商不可能隨意調(diào)配。此類資源已經(jīng)變成一種需要進(jìn)行付費(fèi)購買的商業(yè)服務(wù)，為輔助服務(wù)。建立有針對(duì)性的機(jī)制，確保輔助服務(wù)的有效供應(yīng)與成本回收。一、輔助服務(wù)的定義 不同的國家對(duì)輔助服務(wù)的定義和內(nèi)容劃分有所不用。 從發(fā)電側(cè)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

2、輸電側(cè)考慮：輔助服務(wù)視為完成輸電的主要功能將電能從發(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。 從管理運(yùn)行的角度考慮：為了保證供電質(zhì)量和可靠性要求而要有一個(gè)有功、無功的實(shí)時(shí)平衡服務(wù)以及其他的運(yùn)行服務(wù)。二、輔助服務(wù)的分類1、負(fù)荷跟蹤與頻率控制：實(shí)時(shí)處理較小的負(fù)荷與發(fā)電功率偏差，維持系統(tǒng)頻率。2、旋轉(zhuǎn)備用：負(fù)荷與發(fā)電功率發(fā)生較大不平衡時(shí)，能夠保證10min內(nèi)增加的同步容量，恢復(fù)負(fù)荷跟蹤服務(wù)的水平。3、運(yùn)行備用：指能在20-30分鐘內(nèi)啟動(dòng)并達(dá)到正常發(fā)電功率4、無功備用和電壓控制：通過發(fā)電機(jī)或輸電系統(tǒng)中的其他無功電源向系統(tǒng)注入或從系統(tǒng)吸收無功功率，以維持系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓在允許范圍內(nèi)。5

3、、發(fā)電再計(jì)劃：正常運(yùn)行時(shí)對(duì)于較大的發(fā)電與負(fù)荷功率偏差，調(diào)度中心要重新安排各機(jī)組的發(fā)電功率（在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度）二、輔助服務(wù)的分類（續(xù)）6、能量不平衡處理：在電力市場(chǎng)交易中，如何補(bǔ)償實(shí)際交易電量與計(jì)劃交易電量的不平衡而造成市場(chǎng)成員收益的減少額。7、黑啟動(dòng)：整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，不依賴其他網(wǎng)絡(luò)，通過系統(tǒng)中有自啟動(dòng)能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的恢復(fù)。8、穩(wěn)定性控制服務(wù)： 三、輔助服務(wù)的市場(chǎng)模式 1、統(tǒng)一型：由市場(chǎng)操作員統(tǒng)一安排，市場(chǎng)參與者必須提供的服務(wù)，結(jié)算時(shí)市場(chǎng)操作員根據(jù)參與者對(duì)輔助服務(wù)命令的執(zhí)行情況給予獎(jiǎng)懲。2、投標(biāo)型：由市場(chǎng)參與者對(duì)某種輔助服務(wù)進(jìn)行投標(biāo)，市場(chǎng)操作員根據(jù)

4、投標(biāo)情況排定優(yōu)先次序和制定供應(yīng)計(jì)劃使輔助服務(wù)的總費(fèi)用最小。3、雙邊合同型：由需要輔助服務(wù)的用戶直接與提供者簽訂雙邊合同，結(jié)算時(shí)用戶按合同價(jià)格付給提供者報(bào)酬。加州電力市場(chǎng)：投標(biāo)型輔助服務(wù)：旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、AGC、替代備用、電壓支持和黑啟動(dòng)前四種由獨(dú)立系統(tǒng)操作員ISO通過日前競(jìng)爭(zhēng)拍賣獲得，拍賣在電力交易中心PX的電能拍賣完成后進(jìn)行的電壓支持和黑啟動(dòng)：長期合同方式交易成功的報(bào)價(jià)者不論是否被調(diào)度，都將得到一筆備用容量費(fèi)用，備用容量被加載時(shí)，報(bào)價(jià)者還將得到一筆電量電費(fèi)新英格蘭電力市場(chǎng)：投標(biāo)型輔助服務(wù)和電能一樣由ISO安排，各種輔助服務(wù)事先定價(jià)，和電能一起采用競(jìng)價(jià)方式。阿根廷電力市場(chǎng)：投標(biāo)型輔助服務(wù)

5、：頻率調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)備用、冷備用、電壓控制和無功管理輔助服務(wù)交易和電能交易均采用投標(biāo)方式。波蘭電力市場(chǎng)：投標(biāo)和雙邊合同輔助服務(wù)：旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、替代備用、頻率調(diào)節(jié)、無功電壓控制及黑啟動(dòng)澳大利亞電力市場(chǎng)：統(tǒng)一型國家電力市場(chǎng)管理公司作為電力市場(chǎng)操作員，負(fù)責(zé)輔助服務(wù)的管理和操作。挪威電力市場(chǎng)：統(tǒng)一型輔助服務(wù)以兩種方式提供：基本輔助服務(wù)，市場(chǎng)操作員要求市場(chǎng)參與者必須提供的，沒有額外報(bào)酬超額輔助服務(wù)，只有系統(tǒng)操作員要求提供超額輔助服務(wù)時(shí)，提供者才能得到額外的補(bǔ)償一、市場(chǎng)條件下的頻率控制頻率反應(yīng)了電力系統(tǒng)中有功功率供需平衡的基本狀態(tài)。有功功率供大于求，頻率將高于額定值，反之，將低于額定值。頻率的穩(wěn)定性依

6、賴于發(fā)電功率與負(fù)荷功率間的關(guān)系。頻率偏差調(diào)整方法主要是調(diào)整發(fā)電功率和負(fù)荷管理。頻率的一次調(diào)整(發(fā)電機(jī)調(diào)速器調(diào)節(jié))、二次調(diào)整（由調(diào)頻器調(diào)節(jié)）、三次調(diào)整（經(jīng)濟(jì)調(diào)度）。通過頻率調(diào)整完成如下功能：使發(fā)電功率自動(dòng)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)域間功率交換為計(jì)劃值等。 二、電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性電力系統(tǒng)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。頻率與負(fù)荷的關(guān)系：、KL：負(fù)荷的靜態(tài)頻率調(diào)節(jié)系數(shù) 電力系統(tǒng)的負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)系數(shù)標(biāo)幺值 為1.5-2。系統(tǒng)負(fù)荷變化與頻率變化有線性關(guān)系2、KG：發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)系數(shù) 001

7、PPKKffLGfPKLL*LKfPKGG三、頻率的一次調(diào)整1、一次調(diào)頻原理負(fù)荷突然增加 ，其特性曲線平行上移，發(fā)電機(jī)調(diào)整出力，運(yùn)行點(diǎn)沿PG上移，而負(fù)荷沿PL下移，負(fù)荷與發(fā)電機(jī)共同調(diào)節(jié)，使得重新交于O點(diǎn)達(dá)到新的平衡。負(fù)荷減小的功率為： 發(fā)電及增加的功率： fPf0f0P0P0PGPLPLOO0LP0LPfKPLLfKPGG由此得：為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，若系統(tǒng)中有臺(tái)發(fā)電機(jī)，只有臺(tái)機(jī)組參加一次調(diào)整，則系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率為： fKfKPGLL0fKfKKPsGLL)(0GLsKKKsKfPKKKLGLs0LmiGisKKK1、一次調(diào)頻備用容量的分配 為時(shí)段系統(tǒng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)的總?cè)萘俊?為一次調(diào)頻備用容量

8、的百分比。 為第時(shí)段的一次調(diào)頻備用容量。水電機(jī)組的備用容量水平不小于其相應(yīng)容量的10%。火電機(jī)組的備用容量水平不小于其相應(yīng)容量的5%一般以提供一次備用容量的邊際機(jī)組的發(fā)電微增費(fèi)用作為一次備用容量的價(jià)格。各發(fā)電廠必須承擔(dān)其分擔(dān)的一次備用容量，這部分費(fèi)用已包含在能量費(fèi)中，不再單獨(dú)進(jìn)行補(bǔ)償。僅僅在發(fā)電廠提供的一次備用容量超過或者少于其分配份額時(shí)才有額外的報(bào)酬或罰款。%, 1tetgtrrPPtgP,%,tertrP, 1四、頻率的二次調(diào)整1、原理 l 是指手動(dòng)或自動(dòng)操作調(diào)頻器使發(fā)電機(jī)組的頻率特性曲線平行移動(dòng)，從而使負(fù)荷引起的頻率偏差保持在允許范圍內(nèi)。l AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）：負(fù)荷頻率控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度

9、l 一次調(diào)頻留下了頻率偏差和凈交換功率偏差，AGC因此動(dòng)作開始頻率二次調(diào)整。傳統(tǒng)體制下AGC是電力公司的控制中心有權(quán)要求控制區(qū)內(nèi)各發(fā)電機(jī)組無條件地執(zhí)行AGC控制信號(hào)。2、電力市場(chǎng)條件下的AGC服務(wù)l 電力市場(chǎng)必須提供一種能夠推動(dòng)發(fā)電廠共同參與自動(dòng)發(fā)電控制的機(jī)制，保證電力系統(tǒng)安全。其核心應(yīng)該是對(duì)AGC服務(wù)提供合理報(bào)酬并做到優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)。 l 我國的AGC輔助服務(wù)的指標(biāo)、費(fèi)用、服務(wù)的結(jié)算還有待于解決。l 上海電力市場(chǎng)發(fā)電側(cè)只考慮懲罰措施，當(dāng)發(fā)電機(jī)組不能按電網(wǎng)要求提供合格的AGC時(shí)，要扣減年度期貨電量指標(biāo)數(shù)和上網(wǎng)電量。l AGC輔助服務(wù)沒有很好地量化，也難以體現(xiàn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制。五、頻率的三次調(diào)整 就是在

10、線經(jīng)濟(jì)調(diào)度。目的：在滿足電力系統(tǒng)質(zhì)量和安全的前提下合理利用能源和設(shè)備，以最低的發(fā)電成本或費(fèi)用獲得最多的有用的電能。研究?jī)?nèi)容：1、各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)及其合理組合2、發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)特性3、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制的主要算法4、火電廠之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配5、水、火電廠之間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配6、電力系統(tǒng)網(wǎng)損一、備用服務(wù)概述備用的核心：確定容量及其分配的算法，并提出相應(yīng)的價(jià)格機(jī)制，使各發(fā)電廠積極響應(yīng)調(diào)度的備用容量安排。目前對(duì)備用的分類不一致，基于投入時(shí)間和是否同步的情況，各電力市場(chǎng)都提出了相應(yīng)的分類方法。加州電力市場(chǎng)備用服務(wù)：旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、AGC、替代備用英格蘭電力市場(chǎng)備用服務(wù)：10min旋轉(zhuǎn)備用、10min非

11、旋轉(zhuǎn)備用、30min運(yùn)行備用、可斷電負(fù)荷我國分為熱備用、冷備用熱備用：能夠保證在10min內(nèi)增加的同步容量冷備用：未運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)出的最大功率在實(shí)際電力市場(chǎng)中傾向于將備用分為：瞬時(shí)響應(yīng)備用AGC、10min旋轉(zhuǎn)備用、10min非旋轉(zhuǎn)備用、30min備用、60min備用和冷備用二、備用市場(chǎng)運(yùn)營模式 備用市場(chǎng)運(yùn)營過程：備用服務(wù)提供者提交備用容量大小和備用容量?jī)r(jià)格，備用市場(chǎng)操作員根據(jù)某個(gè)目標(biāo)選購備用。備用容量大小一般根據(jù)確定性原則，備用必須大于系統(tǒng)中最大一臺(tái)機(jī)組的容量，滿足系統(tǒng)規(guī)定的備用與發(fā)電系統(tǒng)容量之比。備用的分配一般是根據(jù)最優(yōu)性原則，取決于使某個(gè)選定的目標(biāo)最優(yōu)。1、加州電力市場(chǎng)的備用模式：

12、由ISO通過日前競(jìng)爭(zhēng)拍賣獲取，拍賣在電能交易中心PX的電能拍賣完成后進(jìn)行的。拍賣順序是AGC、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、替代備用。市場(chǎng)參與者分別提交備用容量報(bào)價(jià)和備用電量報(bào)價(jià)。成功的報(bào)價(jià)者不論其是否被調(diào)度，都將得到一筆備用容量費(fèi)用，備用容量如果被調(diào)度加載，報(bào)價(jià)者還將得到一筆電量電費(fèi)。（1）發(fā)電廠投標(biāo)（2）投標(biāo)選擇（3）服務(wù)結(jié)算2、英格蘭電力市場(chǎng)的備用模式包括：旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、運(yùn)行備用對(duì)市場(chǎng)參與者的要求：（1）投標(biāo)信息包括投標(biāo)容量和相應(yīng)的價(jià)格（2）投標(biāo)時(shí)間：在每日交易最終期限之前完成（3）有能力提供旋轉(zhuǎn)備用，但沒有被采納，可參加非旋轉(zhuǎn)備用投標(biāo)。（4）有能力提供旋轉(zhuǎn)備用和非旋轉(zhuǎn)備用，但沒有被采納

13、的，可參加運(yùn)行備用投標(biāo)。三、無功備用無功實(shí)時(shí)運(yùn)行采用投標(biāo)方式，包括無功電源的詳細(xì)技術(shù)參數(shù)和無功報(bào)價(jià)。四、可中斷負(fù)荷指在電網(wǎng)高峰負(fù)荷時(shí)段，用戶負(fù)荷中可以中斷的部分。1、可中斷負(fù)荷的容量2、可中斷負(fù)荷的賠償價(jià)格3、可中斷負(fù)荷的時(shí)間一、概述正確的無功價(jià)格信號(hào)可以提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益可以降低網(wǎng)損無功管理可以改善電壓波形無功服務(wù)的特點(diǎn)：供電的地域性，無功供應(yīng)原則上應(yīng)就地平衡。控制的分散性，電壓控制需要無功平衡，各節(jié)點(diǎn)電壓不同手段的多樣性，多種無功源分析的復(fù)雜性，無功運(yùn)行費(fèi)很小，但投資費(fèi)用很高無功服務(wù)的分析較有功服務(wù)更復(fù)雜二、影響無功服務(wù)的技術(shù)因素1、無功需求 容量需求：使用容量和備用容量、感性容量和容性容量

14、、無功容量的位置。 備用需求：所有無功補(bǔ)償?shù)葢?yīng)留有無功備用 電量需求：預(yù)測(cè)無功電量，合理分配到各無功源 響應(yīng)需求：響應(yīng)時(shí)間和速度2、無功生產(chǎn)對(duì)發(fā)電廠的影響 投資增加：為滿足電網(wǎng)所要求的無功容量，發(fā)電設(shè)備就必須更大、更昂貴。設(shè)備的大小和費(fèi)用與無功容量成正比。 能量損耗：無功負(fù)荷增加，發(fā)電機(jī)的能量損耗也將增加 維修維護(hù)：轉(zhuǎn)子和定子電流增加，增大其振動(dòng)，對(duì)發(fā)電機(jī)造成一定的損害 設(shè)備磨損等：縮短發(fā)電機(jī)的使用壽命一、黑啟動(dòng)的定義 整個(gè)系統(tǒng)故障停運(yùn)后，不依賴別的電網(wǎng)，通過系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力機(jī)組的啟動(dòng)，帶動(dòng)無自動(dòng)啟動(dòng)能力的機(jī)組，逐步擴(kuò)大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的恢復(fù)。 黑啟動(dòng)機(jī)組充裕的電網(wǎng)

15、：選擇合適的電源，減少黑啟動(dòng)完成的時(shí)間，降低電網(wǎng)或用戶承擔(dān)的黑啟動(dòng)服務(wù)費(fèi)用，減少因停電引起的損失。 黑啟動(dòng)機(jī)組不足的電網(wǎng)：通過簽訂長期輔助服務(wù)合同等方式，使用鄰近電網(wǎng)機(jī)組作為黑啟動(dòng)機(jī)組，實(shí)現(xiàn)本電網(wǎng)供電的恢復(fù)，避免為了滿足系統(tǒng)黑啟動(dòng)的要求而增加大量的投資去引入黑啟動(dòng)機(jī)組。二、黑啟動(dòng)服務(wù)的形式1、電網(wǎng)內(nèi)有足夠的黑啟動(dòng)能力：根據(jù)黑啟動(dòng)的恢復(fù)計(jì)劃，自行恢復(fù)系統(tǒng)供電2、電網(wǎng)沒有能夠滿足黑啟動(dòng)要求的機(jī)組或黑啟動(dòng)機(jī)組數(shù)量不能滿足系統(tǒng)恢復(fù)的需要，但在本區(qū)域有滿足條件但不屬于本電網(wǎng)的黑啟動(dòng)機(jī)組：簽訂長期輔助合同，約定黑啟動(dòng)服務(wù)的提供方式和費(fèi)用計(jì)算3、電網(wǎng)沒有能夠滿足黑啟動(dòng)要求的機(jī)組或黑啟動(dòng)機(jī)組數(shù)量不能滿足系統(tǒng)恢

16、復(fù)的需要，也沒有其他電網(wǎng)的黑啟動(dòng)機(jī)組：不需要維持黑啟動(dòng)能力的費(fèi)用，只需支付黑啟動(dòng)緊急功率支持費(fèi)用，費(fèi)用較少，代價(jià)是供電恢復(fù)的時(shí)間延長，具有一定的不確定性三、黑啟動(dòng)所需要的資源1、黑啟動(dòng)機(jī)組：在沒有外部電源的情況下自啟動(dòng)，并給輸電線充電，帶動(dòng)其他沒有自啟動(dòng)能力的機(jī)組啟動(dòng)，最終對(duì)全網(wǎng)的用戶重新提供服務(wù)。2、非黑啟動(dòng)機(jī)組：在廠用電恢復(fù)時(shí)能快速恢復(fù)供電，并參與以后的系統(tǒng)供電恢復(fù)過程3、輸電系統(tǒng)的設(shè)備、控制和通信：大范圍停電時(shí)監(jiān)控和重建電力系統(tǒng)4、電網(wǎng)調(diào)度部門的裝置和通信：在大范圍停電發(fā)生時(shí)能夠直接指導(dǎo)系統(tǒng)重建四、黑啟動(dòng)機(jī)組的確定1、自啟動(dòng)能力：在沒有外部電網(wǎng)支持情況下有自啟動(dòng)能力，啟動(dòng)速度快。2、在電網(wǎng)中的位置：離大容量機(jī)組近，啟動(dòng)路徑短，電壓等級(jí)變換少，離重要負(fù)荷中心近3、帶負(fù)荷的能力：有足夠容量帶動(dòng)非黑啟動(dòng)機(jī)組廠用負(fù)荷五、提供黑啟動(dòng)服務(wù)所需的工作1、電網(wǎng)調(diào)度部門制定靈活的黑啟動(dòng)計(jì)劃，并驗(yàn)證可行性，必須能夠靈活適應(yīng)可能出現(xiàn)的意外情況，不至于因?yàn)槟骋辉O(shè)備故障而導(dǎo)致黑啟動(dòng)過程無法進(jìn)行進(jìn)行黑啟動(dòng)試驗(yàn)和訓(xùn)練，使有關(guān)人員在大停電時(shí)能勝任更為緊張