董超，郝文煥，董鍇，孟子杰，黎嘉明，謝文超，曾凱文，王波

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力調(diào)度控制中心，廣東 廣州 510600；2.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與市場(chǎng)化調(diào)度重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510600；3.武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

頻率穩(wěn)定是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，當(dāng)發(fā)用電功率不平衡導(dǎo)致系統(tǒng)頻率偏離正?？刂品秶鷷r(shí)，需要通過(guò)一系列的功率調(diào)節(jié)使頻率恢復(fù)正常范圍。根據(jù)調(diào)頻控制的時(shí)間尺度，可分為一次調(diào)頻、二次調(diào)頻、三次調(diào)頻[1]。其中二次調(diào)頻控制的目標(biāo)是自動(dòng)應(yīng)對(duì)電網(wǎng)負(fù)荷的分鐘級(jí)隨機(jī)性波動(dòng)，將系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率偏差控制在±0.10 Hz范圍內(nèi)，由自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。

因系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況和市場(chǎng)規(guī)則的差異，世界各國(guó)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的產(chǎn)品類別和調(diào)頻服務(wù)獲得方式各有不同。美國(guó)電力市場(chǎng)普遍設(shè)置有調(diào)頻輔助服務(wù)這一交易品種，用于執(zhí)行二次調(diào)頻控制[2-3]。PJM調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)出清綜合考慮容量報(bào)價(jià)、歷史性能指標(biāo)和機(jī)會(huì)成本3個(gè)方面因素[4]。其中容量報(bào)價(jià)均需要經(jīng)過(guò)投標(biāo)資源的效益因子(benefits factor)和歷史性能指標(biāo)(performance score)2個(gè)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整[5]。結(jié)合調(diào)整之后的調(diào)頻報(bào)價(jià)和調(diào)頻機(jī)會(huì)成本進(jìn)行全網(wǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)總成本的最小化，得到調(diào)頻市場(chǎng)的出清價(jià)格。美國(guó)德州、加州電力市場(chǎng)調(diào)頻輔助服務(wù)包括向上調(diào)整出力的服務(wù)RU(regulation upward)、向下調(diào)整出力的服務(wù)RD(regulation downward)，每小時(shí)設(shè)定一次上調(diào)和下調(diào)的調(diào)頻容量需求(為該小時(shí)預(yù)測(cè)負(fù)荷乘以一定的比例系數(shù))，上調(diào)和下調(diào)的容量需求不盡相同，且在不同運(yùn)行日也不一樣。

北歐調(diào)頻服務(wù)包括系統(tǒng)正常情況下的調(diào)頻(frequency controlled normal operation reserves)和系統(tǒng)受干擾情況下的調(diào)頻(frequency controlled disturbance reserves)[6]。當(dāng)頻率偏離±0.1 Hz時(shí)，系統(tǒng)正常情況下的調(diào)頻必須在3 min內(nèi)響應(yīng)達(dá)到指定需求。調(diào)頻需求按上一年度的用電量比例分配給北歐四國(guó)。當(dāng)頻率偏離±0.5 Hz時(shí)，系統(tǒng)受干擾情況下的調(diào)頻必須在5 s內(nèi)達(dá)到指定需求的50%，30 s達(dá)到全部需求容量。調(diào)頻需求按照各輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(transmission system operator，TSO)的事故比例進(jìn)行分配，并且每周都可以更改。調(diào)頻備用可以在各TSO之間進(jìn)行交易。英國(guó)調(diào)頻輔助服務(wù)包括強(qiáng)制頻率響應(yīng)和固定頻率響應(yīng)，前者由調(diào)度機(jī)構(gòu)通過(guò)與大型機(jī)組簽訂雙邊合同獲得，后者則在實(shí)時(shí)階段根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行需要，通過(guò)平衡服務(wù)市場(chǎng)完成調(diào)用[7]。

新一輪電力體制改革以來(lái)，我國(guó)部分省份結(jié)合本省電網(wǎng)結(jié)構(gòu)及電力市場(chǎng)建設(shè)情況，出臺(tái)了本省的調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)方案。文獻(xiàn)[8]闡明山西電力調(diào)頻市場(chǎng)采用了集中競(jìng)價(jià)、邊際統(tǒng)一出清價(jià)格的組織方式，按照全天發(fā)電需求最大值的15%和新能源分鐘級(jí)波動(dòng)的1%來(lái)確定調(diào)頻需求，中標(biāo)機(jī)組可在最小技術(shù)出力至額定容量間調(diào)節(jié)出力。

廣東電網(wǎng)是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的省級(jí)電網(wǎng)，通過(guò)“八交九直”通道與云南、貴州、廣西及國(guó)家電網(wǎng)互聯(lián)[9]。在運(yùn)行特點(diǎn)方面，交直流混聯(lián)運(yùn)行導(dǎo)致系統(tǒng)安穩(wěn)特性復(fù)雜[10]，峰谷差大(最大日峰谷差超過(guò)46 GW)；在能源結(jié)構(gòu)方面，西電清潔能源受入量約占省內(nèi)用電量的1/3，省內(nèi)缺乏水電、燃?xì)鈾C(jī)組等快速調(diào)節(jié)機(jī)組(省內(nèi)快速調(diào)節(jié)的燃?xì)鈾C(jī)組裝機(jī)比例約18%)[11]，加之新能源的快速發(fā)展(“十三五”期間廣東規(guī)劃新建新能源電源10.50 GW)帶來(lái)了發(fā)電側(cè)的不確定性和波動(dòng)性[12]。以上都對(duì)電網(wǎng)的調(diào)頻控制和機(jī)組快速、平穩(wěn)的調(diào)節(jié)能力提出了更高的要求[13]。

長(zhǎng)期以來(lái)，廣東電網(wǎng)以《南方區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》、《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱“兩個(gè)細(xì)則”)為依據(jù)，以計(jì)劃模式確定參與二次調(diào)頻輔助服務(wù)的機(jī)組，并按照固定的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)提供服務(wù)的機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)償[14]，AGC補(bǔ)償占總補(bǔ)償?shù)?0%左右，每年約為1億元。這種模式存在的問題有：一是提供二次調(diào)頻服務(wù)的機(jī)組與普通機(jī)組的收益差別不大(僅考慮調(diào)節(jié)容量、電量)，調(diào)頻機(jī)組由于出力頻繁調(diào)節(jié)反而加速機(jī)組老化，增加自身維護(hù)成本，綜合來(lái)看提供調(diào)頻服務(wù)可能“不賺反虧”；二是沒有明確調(diào)用調(diào)頻機(jī)組的原則，機(jī)組是否參與二次調(diào)頻服務(wù)與其發(fā)電成本高低、調(diào)節(jié)性能好壞、調(diào)節(jié)容量大小無(wú)明確關(guān)系。長(zhǎng)此以往，劣馬驅(qū)逐良馬，負(fù)作用明顯；因此，該模式已無(wú)法適應(yīng)新形勢(shì)下的電網(wǎng)調(diào)控和發(fā)展要求[15]。

廣東電網(wǎng)積極探索調(diào)頻輔助服務(wù)的市場(chǎng)化建設(shè)。2017年11月，南方(以廣東起步)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)(以下簡(jiǎn)稱“廣東調(diào)頻市場(chǎng)”)進(jìn)入模擬運(yùn)行，輔助服務(wù)費(fèi)用不進(jìn)行結(jié)算；2018年9月，廣東調(diào)頻市場(chǎng)啟動(dòng)正式結(jié)算試運(yùn)行。一年以來(lái)，調(diào)頻市場(chǎng)在保障系統(tǒng)頻率安全、優(yōu)化調(diào)頻資源配置、促進(jìn)機(jī)組改造和性能提升及培育主體市場(chǎng)意識(shí)等方面起到了積極的作用。本文主要介紹廣東調(diào)頻市場(chǎng)的機(jī)制設(shè)計(jì)，對(duì)實(shí)際運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)和效益進(jìn)行總結(jié)，結(jié)合現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)運(yùn)行和運(yùn)營(yíng)中發(fā)現(xiàn)的問題，提出進(jìn)一步完善交易機(jī)制的建議。

1 調(diào)頻市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題

1.1 調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)的目的

廣東調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)以機(jī)組報(bào)價(jià)和性能決定機(jī)組市場(chǎng)排序價(jià)格，通過(guò)每臺(tái)機(jī)組的市場(chǎng)價(jià)格排序來(lái)決定調(diào)頻機(jī)組的調(diào)用，排序價(jià)格低者優(yōu)先調(diào)用，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻機(jī)組調(diào)用的公開、公平化；按照機(jī)組調(diào)頻里程來(lái)結(jié)算機(jī)組的調(diào)頻補(bǔ)償收益，調(diào)頻里程能夠有效衡量機(jī)組為系統(tǒng)調(diào)頻做出的貢獻(xiàn)；調(diào)頻市場(chǎng)結(jié)算的費(fèi)用將增加整個(gè)系統(tǒng)的AGC總補(bǔ)償費(fèi)用，并通過(guò)每臺(tái)機(jī)組性能指標(biāo)的差異區(qū)分機(jī)組AGC補(bǔ)償費(fèi)用，增加電廠提高調(diào)節(jié)性能的動(dòng)力，從而提高系統(tǒng)總調(diào)節(jié)性能，有利于提高系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性；調(diào)頻市場(chǎng)的交易組織流程與現(xiàn)貨市場(chǎng)組織流程基本一致，調(diào)頻市場(chǎng)的建設(shè)能夠吸引市場(chǎng)主體的關(guān)注和參與，培育其市場(chǎng)意識(shí)，為下一步電力現(xiàn)貨市場(chǎng)正式運(yùn)行做好鋪墊。

1.2 調(diào)頻市場(chǎng)與電能量市場(chǎng)的銜接

電力現(xiàn)貨市場(chǎng)起步階段，調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)與電能量市場(chǎng)分開獨(dú)立運(yùn)行。

a)機(jī)組組合方面?？紤]電力平衡約束和清潔能源消納，日前按照中長(zhǎng)期市場(chǎng)化電量和基數(shù)電量，以月內(nèi)剩余總發(fā)電電量計(jì)算發(fā)電排序，安排機(jī)組開停。實(shí)時(shí)運(yùn)行中，按照實(shí)際開機(jī)機(jī)組組合和AGC投入情況，確定可以參與調(diào)頻市場(chǎng)的機(jī)組。

b)電量完成補(bǔ)償或考核方面。實(shí)際運(yùn)行中，電網(wǎng)頻率在基準(zhǔn)頻率附近波動(dòng)，在“月清月結(jié)”的中長(zhǎng)期市場(chǎng)交易模式下，機(jī)組參與二次調(diào)頻不會(huì)影響其電量完成和發(fā)電收益，故不考慮其電量完成補(bǔ)償或考核的問題。

c)交易頻次和調(diào)頻需求方面。根據(jù)廣東電網(wǎng)日內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)大、不同時(shí)段機(jī)組組合可能不同的特點(diǎn)(例如燃?xì)鈾C(jī)組在夜間停機(jī)調(diào)峰)，交易頻次設(shè)計(jì)為每小時(shí)出清一次。每小時(shí)的調(diào)頻容量需求不同，通過(guò)統(tǒng)計(jì)廣東電網(wǎng)5 min內(nèi)負(fù)荷波動(dòng)偏差及累積分布情況，設(shè)置為每小時(shí)預(yù)測(cè)統(tǒng)調(diào)負(fù)荷的1%，可以更精準(zhǔn)地安排調(diào)頻資源。

1.3 調(diào)頻資源的市場(chǎng)化配置和補(bǔ)償機(jī)制

“兩個(gè)細(xì)則”補(bǔ)償機(jī)制下，調(diào)頻機(jī)組的選取沒有明確標(biāo)準(zhǔn)，且補(bǔ)償價(jià)格固定、規(guī)模小，無(wú)法激勵(lì)機(jī)組通過(guò)設(shè)備改造來(lái)提高調(diào)頻性能；因此在調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)時(shí)，除了考慮報(bào)價(jià)因素，也應(yīng)將調(diào)頻性能指標(biāo)納入調(diào)頻資源的排序。性能指標(biāo)應(yīng)在機(jī)組實(shí)際參與調(diào)頻輔助服務(wù)的過(guò)程中進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)算和更新：在出清階段，使高性能機(jī)組排序靠前，提高其中標(biāo)概率；在結(jié)算階段，使性能指標(biāo)好的機(jī)組獲得更高的補(bǔ)償，以獎(jiǎng)勵(lì)其在二次調(diào)頻服務(wù)方面做出的更大貢獻(xiàn)。這樣可以優(yōu)化調(diào)頻資源的配置，選取到價(jià)低質(zhì)優(yōu)的機(jī)組，從而調(diào)動(dòng)發(fā)電企業(yè)和第三方參與市場(chǎng)和技術(shù)改造的積極性。

1.4 電網(wǎng)和機(jī)組約束

中標(biāo)機(jī)組可根據(jù)區(qū)域控制偏差(area control error，ACE)參與電網(wǎng)的頻率調(diào)整，機(jī)組出力在一定范圍內(nèi)上下波動(dòng)，由此可能對(duì)電網(wǎng)安全邊界等產(chǎn)生影響，同時(shí)機(jī)組由于供熱等因素影響可能無(wú)法實(shí)際參與頻率調(diào)整，故在機(jī)制設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)考慮以下問題：

a)機(jī)組采用“計(jì)劃+調(diào)頻帶寬”的方式參與頻率調(diào)整，出力會(huì)在計(jì)劃值基礎(chǔ)上、在調(diào)頻帶寬范圍內(nèi)上下波動(dòng)，可能導(dǎo)致穩(wěn)定斷面越限等，對(duì)電網(wǎng)安全邊界產(chǎn)生影響；因此在市場(chǎng)設(shè)計(jì)上應(yīng)保留調(diào)度員人工干預(yù)機(jī)制，將中標(biāo)后可能導(dǎo)致不滿足安全約束的機(jī)組從調(diào)頻市場(chǎng)中予以剔除。

b)部分調(diào)頻機(jī)組由于響應(yīng)ACE而導(dǎo)致功率波動(dòng)，可能無(wú)法滿足自身供熱要求。機(jī)制設(shè)計(jì)中需考慮提供一種熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組運(yùn)行監(jiān)視以及實(shí)時(shí)發(fā)電計(jì)劃滾動(dòng)編制方法，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的運(yùn)行情況，以及實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組根據(jù)實(shí)測(cè)供汽流量和供熱工況圖自動(dòng)計(jì)算分配負(fù)荷功能，保證熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組能夠參與到調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)。

2 調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的組織實(shí)施

2.1 組織方式

調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的組織和運(yùn)營(yíng)。調(diào)頻服務(wù)提供者需具備AGC功能，綜合考慮滿足系統(tǒng)調(diào)頻需求和激勵(lì)性能較差機(jī)組改造后進(jìn)入市場(chǎng)，設(shè)置綜合調(diào)頻性能指標(biāo)不小于0.5作為調(diào)頻市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻。

廣東電網(wǎng)電源占比較大的燃煤機(jī)組每分鐘標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率為額定容量的1.5%，考慮二次調(diào)頻備用在5 min內(nèi)自動(dòng)調(diào)出，設(shè)置中標(biāo)發(fā)電單元調(diào)頻容量為發(fā)電單元容量的7.5%。引入廣西境內(nèi)的優(yōu)質(zhì)調(diào)頻資源天一、天二、龍灘電廠進(jìn)入南方統(tǒng)一調(diào)頻控制區(qū)(如圖1所示)，與廣東省內(nèi)機(jī)組共同參與調(diào)頻市場(chǎng)，增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，為后續(xù)區(qū)域調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)奠定基礎(chǔ)。統(tǒng)一調(diào)頻控制區(qū)劃分為調(diào)頻資源分布A區(qū)和B區(qū)，以兩廣交流斷面為界。為防止廣西境內(nèi)優(yōu)質(zhì)水電調(diào)頻資源響應(yīng)系統(tǒng)頻率偏差速度過(guò)快，造成系統(tǒng)潮流分布大幅變化而影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行和兩廣交流斷面，A、B區(qū)調(diào)頻需求比例按照2∶8進(jìn)行分配。

FFC—定系統(tǒng)頻率控制模式，flat frequency control的縮寫；TBC—定聯(lián)絡(luò)線功率與頻率偏差控制模式，tie-line load frequency bias control的縮寫。

圖1 南方電網(wǎng)調(diào)頻控制區(qū)劃分
Fig.1 Division of frequency regulation control area inChina southern power grid

調(diào)頻市場(chǎng)以發(fā)電單元的調(diào)頻里程為交易標(biāo)的，采用集中競(jìng)價(jià)、邊際出清、統(tǒng)一定價(jià)的方式組織交易。調(diào)頻服務(wù)提供者在日前進(jìn)行發(fā)電單元里程報(bào)價(jià)，日內(nèi)以小時(shí)為周期集中統(tǒng)一出清。出清時(shí)基于機(jī)組綜合性能指標(biāo)和里程報(bào)價(jià)兩方面因素決定調(diào)頻資源調(diào)用次序，并按照實(shí)際調(diào)頻貢獻(xiàn)和調(diào)頻性能補(bǔ)償收益，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻輔助服務(wù)的市場(chǎng)化。

2.2 交易流程

具體交易流程包括需求發(fā)布、交易申報(bào)、日前預(yù)出清、日內(nèi)正式出清、市場(chǎng)結(jié)算等步驟：①調(diào)度機(jī)構(gòu)于日前發(fā)布24 h各時(shí)段調(diào)頻容量需求、里程報(bào)價(jià)范圍等市場(chǎng)信息；②調(diào)頻服務(wù)提供者對(duì)次日24個(gè)時(shí)段進(jìn)行調(diào)頻里程報(bào)價(jià)；③調(diào)度機(jī)構(gòu)基于日前機(jī)組組合，經(jīng)過(guò)安全校核后進(jìn)行日前預(yù)出清，編制次日發(fā)電計(jì)劃時(shí)為預(yù)出清中標(biāo)發(fā)電單元預(yù)留調(diào)頻容量；④日內(nèi)實(shí)時(shí)運(yùn)行中，調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況正式出清；⑤以正式出清邊際價(jià)格、機(jī)組實(shí)際調(diào)頻里程及調(diào)頻性能結(jié)算補(bǔ)償費(fèi)用。

2.3 出清過(guò)程

2.3.1 調(diào)頻性能指標(biāo)

發(fā)電單元每次響應(yīng)調(diào)節(jié)指令時(shí)的機(jī)組出力變化過(guò)程如圖2所示。圖2中：在T1時(shí)刻發(fā)電單元出力為P1，此時(shí)下發(fā)調(diào)節(jié)指令，目標(biāo)出力為P4；經(jīng)過(guò)一定響應(yīng)時(shí)間后，在T2時(shí)刻發(fā)電單元出力達(dá)到P2，首次大于發(fā)電單元?jiǎng)幼魉绤^(qū)且維持4 s，認(rèn)為發(fā)電單元開始有效響應(yīng)調(diào)節(jié)指令；T3時(shí)刻發(fā)電單元實(shí)際出力達(dá)到P3，第一次達(dá)到目標(biāo)出力死區(qū)帶，認(rèn)為發(fā)電單元響應(yīng)完成調(diào)節(jié)指令，進(jìn)入精度計(jì)算時(shí)間，直到T4時(shí)刻下發(fā)新的調(diào)節(jié)指令。

圖2 發(fā)電單元響應(yīng)AGC指令的出力調(diào)整過(guò)程Fig.2 Output adjustment process of generating unit in response to AGC command

以發(fā)電單元最近8個(gè)中標(biāo)時(shí)段計(jì)算綜合調(diào)頻性能指標(biāo)。綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K由調(diào)節(jié)速率Kv、響應(yīng)時(shí)間Kt、調(diào)節(jié)精度Kp這3個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)加權(quán)形成，計(jì)算公式如下：

(1)

式中：vi為計(jì)算時(shí)段i的發(fā)電單元實(shí)測(cè)速率；vsv為調(diào)頻資源分布區(qū)內(nèi)AGC發(fā)電單元平均標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率；t0為計(jì)算時(shí)段i的起始時(shí)刻，即發(fā)電單元出力與下發(fā)調(diào)節(jié)指令時(shí)的出力之差首次大于計(jì)算時(shí)段起始動(dòng)作設(shè)定門檻P2的時(shí)刻；t1為計(jì)算時(shí)段i的終止時(shí)刻，為合理避開目標(biāo)死區(qū)，真實(shí)反映調(diào)節(jié)速率，選取發(fā)電單元完成本次調(diào)節(jié)指令70%的時(shí)刻；Pi0為t0時(shí)的發(fā)電單元出力；Pi1為t1時(shí)的發(fā)電單元出力；Tdel為發(fā)電單元接到AGC命令到AGC動(dòng)作的延遲時(shí)間；Paccu為發(fā)電單元調(diào)節(jié)誤差；Paccu0為發(fā)電單元調(diào)節(jié)允許誤差，通常取發(fā)電單元額定出力的1.5%。

2.3.2 排序價(jià)格計(jì)算

為便于橫向比較發(fā)電單元間性能差異，將綜合調(diào)頻性能指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理。歸一化公式為

(2)

式中：Kj為第j臺(tái)發(fā)電單元的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)；Kmax為其所屬的調(diào)頻資源分布區(qū)內(nèi)所有發(fā)電單元的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)中的最大值；Pj為歸一化之后的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)。

(3)

排序價(jià)格體現(xiàn)了發(fā)電機(jī)組報(bào)價(jià)和機(jī)組調(diào)頻性能兩方面的因素，有利于運(yùn)行安全性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。按照調(diào)頻里程排序價(jià)格，從低到高依次進(jìn)行出清，直至中標(biāo)發(fā)電單元調(diào)頻容量總和滿足本時(shí)段系統(tǒng)調(diào)頻容量需求。最后一個(gè)中標(biāo)的發(fā)電單元排序價(jià)格即為調(diào)頻市場(chǎng)的統(tǒng)一出清價(jià)格。

2.4 市場(chǎng)結(jié)算

廣東調(diào)頻市場(chǎng)相關(guān)費(fèi)用采用收支平衡、月清月結(jié)的方式結(jié)算。目前，廣東調(diào)頻市場(chǎng)補(bǔ)償費(fèi)用來(lái)源包括考核的資金和市場(chǎng)主體繳納的資金。

廣東調(diào)頻市場(chǎng)補(bǔ)償費(fèi)用分為調(diào)頻里程補(bǔ)償和AGC容量補(bǔ)償，其中AGC容量補(bǔ)償按照“兩個(gè)細(xì)則”中相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。發(fā)電單元AGC容量補(bǔ)償計(jì)算公式為

(4)

式中：R1為月度AGC容量收益；m為每月總調(diào)度時(shí)段數(shù)；Ca為該發(fā)電單元在第a個(gè)調(diào)度時(shí)段的發(fā)電單元AGC容量，取發(fā)電單元當(dāng)前出力點(diǎn)在5 min內(nèi)向上可調(diào)容量與向下可調(diào)容量之和；Ta為該發(fā)電單元在第a個(gè)調(diào)度時(shí)段的調(diào)頻服務(wù)時(shí)長(zhǎng)；s為AGC容量補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)。

調(diào)頻里程補(bǔ)償計(jì)算公式為

(5)

式中：R2為月度調(diào)頻里程補(bǔ)償；n為每月廣東調(diào)頻市場(chǎng)總的交易周期數(shù)；Db為該發(fā)電單元在第b個(gè)交易周期提供的調(diào)頻里程，即發(fā)電單元響應(yīng)AGC控制指令后結(jié)束時(shí)的實(shí)際出力值與響應(yīng)指令時(shí)的出力值之差的絕對(duì)值；Qb為第b個(gè)交易周期的里程結(jié)算價(jià)格；kb為發(fā)電單元在中標(biāo)時(shí)段的綜合調(diào)頻性能指標(biāo)。

3 調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)分析

廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)正式運(yùn)行已超過(guò)一年，以下結(jié)合運(yùn)行實(shí)踐，分析運(yùn)營(yíng)效益。

3.1 改進(jìn)頻率控制區(qū)劃分，充分挖掘全網(wǎng)調(diào)頻資源

通過(guò)建立區(qū)域調(diào)頻市場(chǎng)，改進(jìn)了頻率控制區(qū)的劃分，將廣東省內(nèi)的4家調(diào)度機(jī)構(gòu)及省外點(diǎn)對(duì)網(wǎng)送電的機(jī)組納入調(diào)頻控制區(qū)，有利于充分挖掘、利用全網(wǎng)的調(diào)頻資源。從發(fā)電企業(yè)參與情況來(lái)看，2018年9月至2019年8月，開機(jī)機(jī)組平均數(shù)量131臺(tái)，其中投入AGC功能且綜合調(diào)頻性能指標(biāo)不小于0.5的機(jī)組，即能參與調(diào)頻市場(chǎng)的機(jī)組平均數(shù)量為118臺(tái)，參與比例90.08%。發(fā)電企業(yè)積極參與調(diào)頻輔助服務(wù)，有效緩解了調(diào)頻需求逐年增長(zhǎng)、調(diào)頻資源相對(duì)匱乏二者之間的矛盾，保證系統(tǒng)頻率穩(wěn)定可控。

3.2 以市場(chǎng)配置調(diào)頻資源，降低調(diào)頻服務(wù)供應(yīng)成本

調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)設(shè)計(jì)基于“集中競(jìng)價(jià)、邊際出清”原則，以系統(tǒng)的調(diào)頻輔助服務(wù)總成本最小為目標(biāo)，充分發(fā)揮了市場(chǎng)在調(diào)頻資源配置中的決定性作用。

從調(diào)頻需求來(lái)看，全年調(diào)頻市場(chǎng)月平均調(diào)頻需求在447～939 MW范圍波動(dòng)，平均調(diào)節(jié)需求733 MW，如圖3所示。自2018年9月起廣東全省負(fù)荷隨溫度走低，調(diào)頻需求減小；第4季度調(diào)頻需求保持穩(wěn)定；至2019年2月，受春節(jié)影響，系統(tǒng)調(diào)頻需求達(dá)到一年中的最低值447 MW；之后負(fù)荷逐漸回升，至7月達(dá)到最大值939 MW，隨后緩慢減小。

圖3 調(diào)頻需求變化趨勢(shì)Fig.3 Change trend of demand for secondary frequency regulation

從供需形勢(shì)來(lái)看，全年中標(biāo)機(jī)組數(shù)占申報(bào)機(jī)組數(shù)平均比例16.13%，并隨著年度負(fù)荷水平的變化在21.10%(7月)至10.54%(2月)之間波動(dòng)。因總體負(fù)荷體量大，機(jī)組數(shù)量較多，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)較強(qiáng)。

全年調(diào)頻市場(chǎng)出清價(jià)格變化趨勢(shì)如圖4所示：市場(chǎng)運(yùn)行之初，發(fā)電企業(yè)報(bào)價(jià)較高，出清價(jià)格較高；市場(chǎng)運(yùn)行兩個(gè)月后，因競(jìng)爭(zhēng)較為激烈，大部分機(jī)組改為較穩(wěn)健的報(bào)價(jià)策略，市場(chǎng)出清價(jià)格趨于穩(wěn)定。這體現(xiàn)出市場(chǎng)主體報(bào)價(jià)策略從爭(zhēng)取高收益到爭(zhēng)取中標(biāo)，并最終穩(wěn)定于市場(chǎng)供需形勢(shì)的過(guò)程。夏季進(jìn)入年內(nèi)負(fù)荷高峰時(shí)段，大方式下更多燃?xì)鈾C(jī)組等優(yōu)質(zhì)調(diào)頻機(jī)組開機(jī)并進(jìn)入市場(chǎng)，使得市場(chǎng)出清價(jià)格略有降低。

圖4 出清價(jià)格變化趨勢(shì)Fig.4 Change trend of clearing price

綜合分析上述供需形勢(shì)和市場(chǎng)出清價(jià)格的變化趨勢(shì)可以看出，調(diào)頻市場(chǎng)能動(dòng)態(tài)反映市場(chǎng)供需形勢(shì)，以市場(chǎng)來(lái)配置價(jià)低質(zhì)優(yōu)的調(diào)頻資源，降低了調(diào)頻服務(wù)的供應(yīng)成本，提高了電網(wǎng)整體的調(diào)節(jié)效率。

3.3 提升機(jī)組調(diào)節(jié)性能，提高電網(wǎng)安全穩(wěn)定水平

調(diào)頻市場(chǎng)運(yùn)行以來(lái)，每月中標(biāo)機(jī)組的平均調(diào)頻性能指標(biāo)總體呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，如圖5所示。至2019年10月，綜合調(diào)頻性能指標(biāo)相比市場(chǎng)正式運(yùn)行之初提升35%，其中調(diào)節(jié)速率指標(biāo)提升達(dá)3.8倍。燃?xì)鈾C(jī)組平均性能指標(biāo)從1.2提升至1.6；燃煤機(jī)組從0.7提升至1.0，其中有4家燃煤發(fā)電企業(yè)加裝了儲(chǔ)能進(jìn)行聯(lián)合調(diào)頻，性能指標(biāo)進(jìn)一步提升。目前，某300 MW機(jī)組的9 MW/4.5 MWh聯(lián)合儲(chǔ)能調(diào)頻機(jī)組平均性能指標(biāo)達(dá)到2.7，超過(guò)水電機(jī)組和燃?xì)鈾C(jī)組，位列全網(wǎng)第一。

圖5 機(jī)組調(diào)頻性能指標(biāo)變化趨勢(shì)Fig.5 Change trend of unit frequency regulation performance index

機(jī)組調(diào)頻性能指標(biāo)的提高反映出市場(chǎng)對(duì)發(fā)電主體提供優(yōu)質(zhì)調(diào)頻輔助服務(wù)的正向激勵(lì)作用，許多機(jī)組通過(guò)機(jī)組優(yōu)化、加裝儲(chǔ)能[16-177等多種手段提升機(jī)組性能，從而提升了整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力和頻率穩(wěn)定水平。

3.4 提供機(jī)組盈利新模式，促進(jìn)新技術(shù)發(fā)展

2018年9月至2019年8月，調(diào)頻中標(biāo)機(jī)組日均調(diào)頻里程收益8.1萬(wàn)元。

調(diào)頻性能較為優(yōu)異的燃?xì)怆姀S，因燃料價(jià)格相對(duì)于燃煤電廠較高，在電能量市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中可能存在劣勢(shì)。調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的建立為燃?xì)怆姀S提供了新的盈利模式，能夠充分發(fā)揮其靈活快速的調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)。在年內(nèi)負(fù)荷高峰時(shí)期，調(diào)頻收益最高的某燃?xì)怆姀S日均收益約25萬(wàn)元。

除此之外，允許第三方儲(chǔ)能裝置與發(fā)電主體聯(lián)合作為調(diào)頻服務(wù)提供者，與燃煤機(jī)組或新能源發(fā)電單元共同并網(wǎng)響應(yīng)電網(wǎng)AGC指令。某燃煤電廠儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)拓?fù)淙鐖D6所示，機(jī)組與儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)作為一個(gè)整體響應(yīng)電網(wǎng)AGC調(diào)度指令，儲(chǔ)能主控單元根據(jù)AGC指令控制儲(chǔ)能系統(tǒng)自動(dòng)補(bǔ)償機(jī)組出力偏差。儲(chǔ)能功率的協(xié)同配合不僅極大地改善了發(fā)電單元的調(diào)頻性能，顯著提高了電廠在調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)中的收益，也解決了儲(chǔ)能需要外部電源維持其荷電狀態(tài)的問題。

裝機(jī)容量為300 MW的某燃煤機(jī)組，在投入9 MW/4.5 MWh的儲(chǔ)能系統(tǒng)參與聯(lián)合調(diào)頻前，其Kt、Kv、Kp值長(zhǎng)期處于0.7、0.7、0.8附近，歸一化綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K維持在0.55左右，僅略高于市場(chǎng)準(zhǔn)入門檻(0.5)；因此在調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)中即使報(bào)最低價(jià)格也難以中標(biāo)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較弱。而在儲(chǔ)能系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)頻項(xiàng)目正式投入運(yùn)行以后，其Kt、Kv、Kp值提升至3.05、0.95、0.85，歸一化綜合調(diào)頻性能指標(biāo)K達(dá)到最大值1.00，已經(jīng)成為市場(chǎng)中最優(yōu)質(zhì)的調(diào)頻資源之一。

從結(jié)果來(lái)看，調(diào)頻性能指標(biāo)高的機(jī)組，其調(diào)頻里程更長(zhǎng)、調(diào)頻收益更大。這與市場(chǎng)設(shè)計(jì)的初衷相符：多勞多得，鼓勵(lì)優(yōu)質(zhì)機(jī)組參與調(diào)頻；以收益刺激廣東的機(jī)組進(jìn)行調(diào)頻性能改造。目前除已正式投運(yùn)的4家火電-儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻項(xiàng)目外，在建或已招標(biāo)調(diào)頻儲(chǔ)能電廠達(dá)20余家。

綜上所述，調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)不僅為機(jī)組提供了新的盈利模式，也促進(jìn)了儲(chǔ)能等新技術(shù)、聯(lián)合調(diào)頻等新模式的創(chuàng)新和發(fā)展。

4 總結(jié)及展望

結(jié)合廣東電力系統(tǒng)的“源網(wǎng)荷”特性等實(shí)際情況以及國(guó)家關(guān)于深化電力體制改革的要求，廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)基于集中競(jìng)爭(zhēng)交易機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了基于安全經(jīng)濟(jì)一體化優(yōu)化的調(diào)頻輔助服務(wù)，使得調(diào)頻輔助服務(wù)從“人工調(diào)度、合理補(bǔ)償”轉(zhuǎn)變?yōu)椤笆袌?chǎng)配置、充分競(jìng)爭(zhēng)”。一年來(lái)的運(yùn)營(yíng)實(shí)踐說(shuō)明，調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)進(jìn)一步提升了大電網(wǎng)的調(diào)控能力及調(diào)頻資源優(yōu)化配置能力，更好地滿足了電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益顯著。同時(shí)由于其市場(chǎng)設(shè)計(jì)理念和組織流程與現(xiàn)貨市場(chǎng)類似，一年以來(lái)市場(chǎng)的平穩(wěn)運(yùn)行不僅培育了市場(chǎng)主體的現(xiàn)貨交易意識(shí)，也為調(diào)度機(jī)構(gòu)運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)化業(yè)務(wù)積累了經(jīng)驗(yàn)。但隨著改革的不斷深入，調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的機(jī)制需根據(jù)現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)的建設(shè)和市場(chǎng)主體的變化等要素不斷發(fā)展和完善。結(jié)合一年來(lái)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，未來(lái)調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)的建設(shè)還需要考慮以下問題。

圖6 儲(chǔ)能輔助調(diào)頻系統(tǒng)拓?fù)銯ig.6 Topology of secondary frequency regulation energy storage system

a)現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)正式運(yùn)行后，對(duì)于調(diào)頻市場(chǎng)中標(biāo)AGC單元因預(yù)留調(diào)頻容量而在能量市場(chǎng)的收益變化中損失的機(jī)會(huì)成本，應(yīng)考慮進(jìn)行補(bǔ)償。需研究設(shè)計(jì)能量機(jī)會(huì)成本補(bǔ)償計(jì)算方法，并進(jìn)行技術(shù)支持系統(tǒng)改造。

b)隨著市場(chǎng)內(nèi)發(fā)電主體的調(diào)頻性能不斷提高，已達(dá)到設(shè)計(jì)初衷和系統(tǒng)的需求后，為了避免核電等無(wú)法提供調(diào)頻輔助服務(wù)的市場(chǎng)主體分?jǐn)偟恼{(diào)頻費(fèi)用過(guò)多，可以考慮完善聯(lián)動(dòng)市場(chǎng)規(guī)模的價(jià)格或參數(shù)調(diào)整機(jī)制。

c)按照“誰(shuí)受益、誰(shuí)承擔(dān)”的原則，研究逐步將市場(chǎng)化用戶納入市場(chǎng)分?jǐn)傎M(fèi)用的繳納范圍。打破發(fā)電企業(yè)“零和游戲”的格局，進(jìn)一步挖掘調(diào)頻資源，避免承擔(dān)基荷的機(jī)組繳納費(fèi)用過(guò)多。

d)進(jìn)一步豐富調(diào)頻輔助服務(wù)提供主體，除常規(guī)發(fā)電主體和儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻服務(wù)提供者外，允許獨(dú)立儲(chǔ)能電站參與調(diào)頻市場(chǎng)。同時(shí)，根據(jù)儲(chǔ)能電站調(diào)節(jié)速率快、調(diào)節(jié)容量小的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)更合理的調(diào)用機(jī)制和市場(chǎng)規(guī)則。