第7章輔助服務(wù)

1、 電能市場的良好運營有一個重要的前提條件，必須有一個堅實的物理電力系統(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 競爭性電力市場下，有些資源已經(jīng)分流到另外一些行業(yè)成員手中，系統(tǒng)運營商不可能隨意調(diào)配。此類資源已經(jīng)變成一種需要進行付費購買的商業(yè)服務(wù)，為輔助服務(wù)。建立有針對性的機制，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有功、無功的實時平衡服務(wù)以及其他的運行服務(wù)。二、輔助服務(wù)的分類1、負荷跟蹤與頻率控制：實時處理較小的負荷與發(fā)電功率偏差，維持系統(tǒng)頻率。2、旋轉(zhuǎn)備用：負荷與發(fā)電功率發(fā)生較大不平衡時，能夠保證10min內(nèi)增加的同步容量，恢復(fù)負荷跟蹤服務(wù)的水平。3、運行備用：指能在20-30分鐘內(nèi)啟動并達到正常發(fā)電功率4、無功備用和電壓控制：通過發(fā)電機或輸電系統(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)點的電壓在允許范圍內(nèi)。5

3、、發(fā)電再計劃：正常運行時對于較大的發(fā)電與負荷功率偏差，調(diào)度中心要重新安排各機組的發(fā)電功率（在線經(jīng)濟調(diào)度）二、輔助服務(wù)的分類（續(xù)）6、能量不平衡處理：在電力市場交易中，如何補償實際交易電量與計劃交易電量的不平衡而造成市場成員收益的減少額。7、黑啟動：整個系統(tǒng)因故障停運后，不依賴其他網(wǎng)絡(luò)，通過系統(tǒng)中有自啟動能力的機組，逐步擴大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的恢復(fù)。8、穩(wěn)定性控制服務(wù)： 三、輔助服務(wù)的市場模式 1、統(tǒng)一型：由市場操作員統(tǒng)一安排，市場參與者必須提供的服務(wù)，結(jié)算時市場操作員根據(jù)參與者對輔助服務(wù)命令的執(zhí)行情況給予獎懲。2、投標(biāo)型：由市場參與者對某種輔助服務(wù)進行投標(biāo)，市場操作員根據(jù)

4、投標(biāo)情況排定優(yōu)先次序和制定供應(yīng)計劃使輔助服務(wù)的總費用最小。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)算時用戶按合同價格付給提供者報酬。加州電力市場：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、電壓支持和黑啟動前四種由獨立系統(tǒng)操作員ISO通過日前競爭拍賣獲得，拍賣在電力交易中心PX的電能拍賣完成后進行的電壓支持和黑啟動：長期合同方式交易成功的報價者不論是否被調(diào)度，都將得到一筆備用容量費用，備用容量被加載時，報價者還將得到一筆電量電費新英格蘭電力市場：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，和電能一起采用競價方式。阿根廷電力市場：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：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澳大利亞電力市場：統(tǒng)一型國家電力市場管理公司作為電力市場操作員，負責(zé)輔助服務(wù)的管理和操作。挪威電力市場：統(tǒng)一型輔助服務(wù)以兩種方式提供：基本輔助服務(wù)，市場操作員要求市場參與者必須提供的，沒有額外報酬超額輔助服務(wù)，只有系統(tǒng)操作員要求提供超額輔助服務(wù)時，提供者才能得到額外的補償一、市場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)電功率和負荷管理。頻率的一次調(diào)整(發(fā)電機調(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)濟調(diào)度）。通過頻率調(diào)整完成如下功能：使發(fā)電功率自動跟蹤負荷功率的變化；響應(yīng)負荷功率或發(fā)電功率的隨機變化，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)頻率特性取決于負荷的靜態(tài)頻率特性和發(fā)電機組的靜態(tài)頻率特性。頻率與負荷的關(guān)系：、KL：負荷的靜態(tài)頻率調(diào)節(jié)系數(shù) 電力系統(tǒng)的負荷頻率調(diào)節(jié)系數(shù)標(biāo)幺值 為1.5-2。系統(tǒng)負荷變化與頻率變化有線性關(guān)系2、KG：發(fā)電機的頻率調(diào)節(jié)系數(shù) 001

7、PPKKffLGfPKLL*LKfPKGG三、頻率的一次調(diào)整1、一次調(diào)頻原理負荷突然增加 ，其特性曲線平行上移，發(fā)電機調(diào)整出力，運行點沿PG上移，而負荷沿PL下移，負荷與發(fā)電機共同調(diào)節(jié)，使得重新交于O點達到新的平衡。負荷減小的功率為： 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)中有臺發(fā)電機，只有臺機組參加一次調(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 為時段系統(tǒng)運行發(fā)電機的總?cè)萘俊?為一次調(diào)頻備用容量

8、的百分比。 為第時段的一次調(diào)頻備用容量。水電機組的備用容量水平不小于其相應(yīng)容量的10%?；痣姍C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組的發(fā)電微增費用作為一次備用容量的價格。各發(fā)電廠必須承擔(dān)其分擔(dān)的一次備用容量，這部分費用已包含在能量費中，不再單獨進行補償。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才有額外的報酬或罰款。%, 1tetgtrrPPtgP,%,tertrP, 1四、頻率的二次調(diào)整1、原理 l 是指手動或自動操作調(diào)頻器使發(fā)電機組的頻率特性曲線平行移動，從而使負荷引起的頻率偏差保持在允許范圍內(nèi)。l AGC（自動發(fā)電控制）：負荷頻率控制和經(jīng)濟調(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)電機組無條件地執(zhí)行AGC控制信號。2、電力市場條件下的AGC服務(wù)l 電力市場必須提供一種能夠推動發(fā)電廠共同參與自動發(fā)電控制的機制，保證電力系統(tǒng)安全。其核心應(yīng)該是對AGC服務(wù)提供合理報酬并做到優(yōu)質(zhì)優(yōu)價。 l 我國的AGC輔助服務(wù)的指標(biāo)、費用、服務(wù)的結(jié)算還有待于解決。l 上海電力市場發(fā)電側(cè)只考慮懲罰措施，當(dāng)發(fā)電機組不能按電網(wǎng)要求提供合格的AGC時，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)市場競爭的機制。五、頻率的三次調(diào)整 就是在

10、線經(jīng)濟調(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)電成本或費用獲得最多的有用的電能。研究內(nèi)容：1、各類發(fā)電廠的運行特點及其合理組合2、發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟特性3、經(jīng)濟調(diào)度控制的主要算法4、火電廠之間的經(jīng)濟負荷分配5、水、火電廠之間的經(jīng)濟負荷分配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)的價格機制，使各發(fā)電廠積極響應(yīng)調(diào)度的備用容量安排。目前對備用的分類不一致，基于投入時間和是否同步的情況，各電力市場都提出了相應(yīng)的分類方法。加州電力市場備用服務(wù)：旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、AGC、替代備用英格蘭電力市場備用服務(wù)：10min旋轉(zhuǎn)備用、10min非

11、旋轉(zhuǎn)備用、30min運行備用、可斷電負荷我國分為熱備用、冷備用熱備用：能夠保證在10min內(nèi)增加的同步容量冷備用：未運轉(zhuǎn)的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)出的最大功率在實際電力市場中傾向于將備用分為：瞬時響應(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、備用市場運營模式 備用市場運營過程：備用服務(wù)提供者提交備用容量大小和備用容量價格，備用市場操作員根據(jù)某個目標(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)中最大一臺機組的容量，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，取決于使某個選定的目標(biāo)最優(yōu)。1、加州電力市場的備用模式：

12、由ISO通過日前競爭拍賣獲取，拍賣在電能交易中心PX的電能拍賣完成后進行的。拍賣順序是AGC、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、替代備用。市場參與者分別提交備用容量報價和備用電量報價。成功的報價者不論其是否被調(diào)度，都將得到一筆備用容量費用，備用容量如果被調(diào)度加載，報價者還將得到一筆電量電費。（1）發(fā)電廠投標(biāo)（2）投標(biāo)選擇（3）服務(wù)結(jié)算2、英格蘭電力市場的備用模式包括：旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、運行備用對市場參與者的要求：（1）投標(biāo)信息包括投標(biāo)容量和相應(yīng)的價格（2）投標(biāo)時間：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，可參加運行備用投標(biāo)。三、無功備用無功實時運行采用投標(biāo)方式，包括無功電源的詳細技術(shù)參數(shù)和無功報價。四、可中斷負荷指在電網(wǎng)高峰負荷時段，用戶負荷中可以中斷的部分。1、可中斷負荷的容量2、可中斷負荷的賠償價格3、可中斷負荷的時間一、概述正確的無功價格信號可以提高電網(wǎng)經(jīng)濟效益可以降低網(wǎng)損無功管理可以改善電壓波形無功服務(wù)的特點：供電的地域性，無功供應(yīng)原則上應(yīng)就地平衡?？刂频姆稚⑿?，電壓控制需要無功平衡，各節(jié)點電壓不同手段的多樣性，多種無功源分析的復(fù)雜性，無功運行費很小，但投資費用很高無功服務(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：所有無功補償?shù)葢?yīng)留有無功備用 電量需求：預(yù)測無功電量，合理分配到各無功源 響應(yīng)需求：響應(yīng)時間和速度2、無功生產(chǎn)對發(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)備的大小和費用與無功容量成正比。 能量損耗：無功負荷增加，發(fā)電機的能量損耗也將增加 維修維護：轉(zhuǎn)子和定子電流增加，增大其振動，對發(fā)電機造成一定的損害 設(shè)備磨損等：縮短發(fā)電機的使用壽命一、黑啟動的定義 整個系統(tǒng)故障停運后，不依賴別的電網(wǎng)，通過系統(tǒng)中具有自啟動能力機組的啟動，帶動無自動啟動能力的機組，逐步擴大電力系統(tǒng)的恢復(fù)范圍，最終實現(xiàn)整個電力系統(tǒng)的恢復(fù)。 黑啟動機組充裕的電網(wǎng)

15、：選擇合適的電源，減少黑啟動完成的時間，降低電網(wǎng)或用戶承擔(dān)的黑啟動服務(wù)費用，減少因停電引起的損失。 黑啟動機組不足的電網(wǎng)：通過簽訂長期輔助服務(wù)合同等方式，使用鄰近電網(wǎng)機組作為黑啟動機組，實現(xiàn)本電網(wǎng)供電的恢復(fù)，避免為了滿足系統(tǒng)黑啟動的要求而增加大量的投資去引入黑啟動機組。二、黑啟動服務(wù)的形式1、電網(wǎng)內(nèi)有足夠的黑啟動能力：根據(jù)黑啟動的恢復(fù)計劃，自行恢復(fù)系統(tǒng)供電2、電網(wǎng)沒有能夠滿足黑啟動要求的機組或黑啟動機組數(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)的黑啟動機組：簽訂長期輔助合同，約定黑啟動服務(wù)的提供方式和費用計算3、電網(wǎng)沒有能夠滿足黑啟動要求的機組或黑啟動機組數(shù)量不能滿足系統(tǒng)恢

16、復(fù)的需要，也沒有其他電網(wǎng)的黑啟動機組：不需要維持黑啟動能力的費用，只需支付黑啟動緊急功率支持費用，費用較少，代價是供電恢復(fù)的時間延長，具有一定的不確定性三、黑啟動所需要的資源1、黑啟動機組：在沒有外部電源的情況下自啟動，并給輸電線充電，帶動其他沒有自啟動能力的機組啟動，最終對全網(wǎng)的用戶重新提供服務(wù)。2、非黑啟動機組：在廠用電恢復(fù)時能快速恢復(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)生時能夠直接指導(dǎo)系統(tǒng)重建四、黑啟動機組的確定1、自啟動能力：在沒有外部電網(wǎng)支持情況下有自啟動能力，啟動速度快。2、在電網(wǎng)中的位置：離大容量機組近，啟動路徑短，電壓等級變換少，離重要負荷中心近3、帶負荷的能力：有足夠容量帶動非黑啟動機組廠用負荷五、提供黑啟動服務(wù)所需的工作1、電網(wǎng)調(diào)度部門制定靈活的黑啟動計劃，并驗證可行性，必須能夠靈活適應(yīng)可能出現(xiàn)的意外情況，不至于因為某一設(shè)備故障而導(dǎo)致黑啟動過程無法進行進行黑啟動試驗和訓(xùn)練，使有關(guān)人員在大停電時能勝任更為緊張、復(fù)雜的操作，避免因為人員誤操作造成的延誤或傷害。2、黑啟動機組