第4章_电力市场辅助服务解析

辅助服务

第四章 辅助服务

建立电力市场的根本目的是通过引进竞争机制，最大程度地降低系统运行成本，包括：发电、输电、配电等费用。但是追求经济效益不应该以牺牲电能质量、系统的安全性和可靠性为代价。实际上，在现代电力市场中，供电质量、系统的安全性和可靠性方面的问题更加突出。因此，系统必须具有足够的控制措施，以满足电力市场各方对供电质量、系统的安全性和可靠性的要求。在电力市场中，这些控制措施是有偿的，称为辅助服务（AS – Ancillary

Service）。辅助服务主要集中在以下三方面：

 系统安全性

 供电质量

 增加电力交易容量

辅助服务可由发电机组、输电系统、系统负荷提供，完成以下功能：

 调节备用（包括AGC）

 负荷跟踪

 电能平衡

 旋转备用

 非旋转备用

 替代备用

 发电机组的无功/电压控制

 输电系统无功/电压控制

 黑启动功能

以上是现代电力市场中常见的辅助服务，不同的电力市场其辅助服务的内容可能不同，随着电力市场的发展，新的辅助服务也可能出现。辅助服务一般由发电公司和电网提供，也可由供电商（用户）提供，由SO进行管理，辅助服务在一个独立的辅助服务市场中进行交易。但是辅助服务又与实时电力市场有着不同程度的交叉，例如：发电机组的输出力直接影响到AGC的实施及备用的配置。反过来，辅助服务又会影响到机组的输出力，例如：AGC的配置、旋转备用、无功支持都会对机组输出力产生很大的影响。此外，辅助服务市场与堵塞管理也存在一定程度的交叉，这些都大大地增加了辅助服务的复杂性。因此，不同电力市场中的辅助服务市场的结构和交易规则也各不相同。图4-1是辅助服务市场的一般性结构。大体上讲，辅助服务交易有两种形式，即：竞价交易和双边合同交易。竞价交易占辅助服务市场的份额将会越来越大。例如，目前在大多数电力市场中，针对无功/电压控制的交易是基于双边合同，但是无功电力市场的提出将彻底改变这一局面。对无功电能的竞价交易是辅助服务市场发展的必然趋势。

本章将针对常见的几种辅助服务， 即：调节备用、旋转备用、非旋转备用、替代备用、无功/电压控制，阐述辅助服务的价格制定及辅助服务市场的运营和优化规则。黑启动功能是指发电机组在没有外部电源情况下可自己启动，一般以长期合同形式购买，本章将不再加以赘述。

AS交易商

AS交易商

AS交易商 ·

·

· SO 实时市场

AS拍卖 竞

价

图 4-1 辅助服务市场结构 辅助服务

4-1 备用市场及原理

本节将针对几种典型的备用，讨论用于备用交易的市场组成原理。由于不同系统关于备用的标准也不尽相同，以下所列出的各种备用的定义，具有一定的局限性，读者可根据各自的系统加以具体分析。

 调节备用

容量要求：负荷的百分比。

备用来源：具有AGC或频率控制功能的运行机组。

 旋转备用

容量要求：故障备用（CRR）的百分数。

CRR = max （最严重故障，最大机组容量的百分数）。

备用来源：具有10分钟之内达到备用容量，并可持续至少2小时能力的运行机组。

 非旋转备用

容量要求：未在旋转备用中考虑的故障备用要求。

备用来源：处于停机状态机组和可中断负荷。可在10分钟之内达到备用容量，并可持续至少2小时。

 30分钟启动备用

容量要求：二次故障备用的百分数。

备用来源：具有30分钟之内达到备用容量的处于停机状态机组。

 替代备用

容量要求：负荷预测误差。

备用来源：发电机组和可中断负荷。可在60分钟之内达到备用用量。

一、备用的交易过程

备用市场是电力市场中的一个二级市场，常见的交易形式是根据备用交易商的竞价信息，由SO对备用进行拍卖。对于调节备用和旋转备用，有的电力市场是将备用费用在调度程序中加以考虑，因此没有一个显式的备用市场对调节备用和旋转备用进行交易。下面是通过归纳总结常见的几种备用交易模型，阐述备用的交易过程的共同特性以及它与电力市场其它环节的关系。假设一电力市场的运营是从次日市场开始。

1. 次日市场

次日市场根据发电商、供电商、外部电力市场提供的次日的有关竞价和动态特性信息，在不考虑网络约束的情况下计算出次日的发电和购电计划。并且计算出次日每一交易时段的边际价格。如果交易时段为一小时，将计算24个边际价格。之后，SO负责执行系统的堵塞管理，届时已排定的发电和购电计划可能要做出调整以保证供电的可靠性和供电质量。如果某一机组需要增加其输出力，增加部分将按机组的竞价卖出；如果某一机组需要减少其输出力，机组将按相应时段的边际价格购买所减少的输出力。

2. 备用拍卖

首先SO公布次日所需的各种备用的容量，同时各备用交易商向SO提供相应的竞价信息，主要内容包括：

 备用交易商标识（名称、地址、电话等等）

 备用来源

 运行极限（max MW、min MW）

 备用容量（MW）

 爬坡速率（MW/分钟）

 备用容量竞价（元/MW）

 备用电能竞价（元/MW）

 同步所需时间（分钟）

截止目前为止，各电力市场主要是对备用容量进行拍卖。至于实际使用的备用电能，按相应时段的边际价格进行交易。SO根据备用交易商提供的竞价信息，计算出应向各备用交 辅助服务

易商购买的各种备用的容量，以及各种备用的边际价格。在个别系统中，调节备用和旋转备用在次日市场或更接近实时交易的时间段内与系统的其它的一些变量统一优化，在这种情况下，针对调节备用和旋转备用的二级市场将不独立存在。

3. 备用电价

当SO确定了各备用交易商的备用电量后，需根据一定的电价购买这些备用电量。备用电价主要有以下三种：

 合同备用电价

备用电价在长期合同中明确规定。

 竞价

以备用交易商的竞价购买备用。

 备用边际价格(MCP)

以备用边际价格购买备用。备用边际价格是备用容量对备用费用的微增率由SO计算。

二、最优备用容量

前面已经论述备用可作为一种商品在电力市场中交易。但是备用电能与实时电力市场中所交易的电能是截然不同的。实时电力市场中交易的电能可在交易发生之前确定，而备用电能只有在故障发生时得以利用。对多数备用交易商而言，他们既参与备用市场交易又参与实时市场交易。为了使总体利润最大，这些备用交易商有必要采用优化的方法确定他们在实时市场中的交易量，以及计划在备用市场交易的备用容量。在此我们做如下的假设：备用交易商所交易的是备用容量，而不是备用电能，当故障发生后，备用电能被系统所使用时，所使用的备用电能将由备用交易商按当时实时市场中的实时电价进行交易。因为备用电能只是偶而被系统所用，所以备用费用不应太高。因此，备用电价R应低于实时电价s，但是R应保证备用交易商的长期利益，否则，将没有人愿意提供备用。

如果一个备用交易商愿意向备用市场提供备用电能，那么备用交易商应决定它在实时市场中的交易量GSP和备用市场的交易量GRP，以及相应的价格S和R以确保从两个市场中获得最大效益。假设一备用交易商的生产费用是所输出电能的二次函数：

cbPaPPCGGGG2)( (4-1)

maxminGGGPPP (4-2)

其中，minGP、maxGP分别为备用交易商的输出力上、下限。

在规定的时间内，备用交易商从备用市场和实时市场中所获得的利润是一个随机函数的算术平均值，即：

)())(1())()1((}{22cbPaPcbPaPPPPEGSRGSRGSGSGSGSRSRGSSG (4-3)

其中，GRGSGSRPPP；是备用被使用的概率。

使式（4-3）最小的必要条件是：

0}{GSGPE (4-4)

0}{GSRGPE (4-5)

由此可得：

baPGSRS2 (4-6) 辅助服务

baPGSRRS2)1(1 (4-7)

式（4-6）说明备用交易商以R向备用市场投标时，它在实时市场中的 边际费用应向下调整R。式（4-6）和（4-7）实际上定义了备用交易商的最优边际价格)(Sopt和)(Ropt：

RSSopt)( (4-8)

RSRopt)1(1)( (4-9)

根据式（4-2），GSP 和GSRP必须在备用交易商输出力极限之内。在极端情况下，如果由式（4-6）得到的GSP超出了允许的输出范围，即：maxGGSPP或minGGSPP，式（4-3）的最优解将不存在。该结论也同样适用于GSRP。因此，为了使式（4-3）有最优解或次最优解，式（4-6）和（4-7）给出的最优边际价格应在一个合理的范围之内。在此定义边际价格极限如下：

baGMPminmin2 (4-10)

baGMPmaxmax2 (4-11)

因此，考虑以上极限后，实际使用的边际价格应为：

max)(maxmax)(min)(min)(min)(MPSoptMPMPSoptMPSoptMPSoptMPSMP (4-12)

max)(maxmax)(min)(min)(min)(MPRoptMPMPRoptMPRoptMPRoptMPRMP (4-13)

参考式（4-7），备用交易商在备用市场中交易的最佳备用容量为：