李曉萌，張忠，趙華，饒宇飛，張振安，朱全勝，呂泉

(1.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院，鄭州市 450052; 2.大連理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，遼寧省大連市 116024)

0 引 言

能源互聯(lián)網(wǎng)是在全球能源利用從化石能源逐漸向可再生能源轉(zhuǎn)移的背景下提出的。美國著名學(xué)者杰里米·里夫金在其新著《第三次工業(yè)革命》[1]一書中，構(gòu)想的以新能源技術(shù)和信息技術(shù)的深入結(jié)合為特征的能源利用體系被學(xué)術(shù)界視為能源互聯(lián)網(wǎng)概念的雛形[2]。國內(nèi)外學(xué)者已對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)開展了深入的研究，其主要特征包括：能源互聯(lián)網(wǎng)是以電力系統(tǒng)為核心，運(yùn)用先進(jìn)的信息技術(shù)和智能控制等技術(shù)，將各能源供應(yīng)形式、能量儲(chǔ)存單元和各種類用能終端互聯(lián)起來，以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)與智能共享，從而達(dá)到能源高效利用和最大化消納可再生能源的目的[3-5]。

能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展背景下，我國電網(wǎng)形態(tài)發(fā)生了深刻的變革。電網(wǎng)層面，我國各區(qū)域電網(wǎng)已經(jīng)完成了直流互聯(lián)，形成了東北、西北、華北-華中、華東和南方電網(wǎng)5個(gè)同步電網(wǎng)。特高壓直流閉鎖故障將給受電區(qū)域電網(wǎng)造成嚴(yán)重的功率缺額，對(duì)該區(qū)域的快速頻率響應(yīng)控制和備用需求提出了很大的挑戰(zhàn)。電源層面，可再生能源滲透率日益增加，其出力的間歇性與不確定性增加了電網(wǎng)在各個(gè)時(shí)間尺度上的備用需求[6]。兩方面因素均增加了能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的電網(wǎng)備用需求。

能源互聯(lián)網(wǎng)背景下，需求側(cè)靈活資源和儲(chǔ)能已備受關(guān)注。能源互聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值之一在于通過信息化、數(shù)字化促進(jìn)能源消費(fèi)形式的靈活性改造，即通過對(duì)電動(dòng)汽車、智能家電等負(fù)荷的優(yōu)化管理和對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過程的升級(jí)改造，為電網(wǎng)提供靈活資源。儲(chǔ)能是能源互聯(lián)網(wǎng)的重要支撐技術(shù)，隨著可再生能源的大規(guī)模集中和分布式接入，儲(chǔ)能的應(yīng)用已日益迫切，其價(jià)值也將不斷體現(xiàn)[7]。世界各國均十分重視儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展。

電網(wǎng)的備用需求和備用資源均發(fā)生了顯著變化。圍繞新的備用需求問題和備用資源已展開了較多研究。文獻(xiàn)[6]分析了可再生能源發(fā)電波動(dòng)與特高壓直流閉鎖故障帶來的功率不平衡與備用配置問題，并提出了事故備用的“精細(xì)化管理”與應(yīng)對(duì)新能源發(fā)電的“特殊時(shí)段備用”思路。文獻(xiàn)[8]對(duì)我國的電網(wǎng)事故備用提出了系統(tǒng)性的管理建議。文獻(xiàn)[9]對(duì)風(fēng)電并網(wǎng)帶來的備用容量配置、獲取和費(fèi)用分?jǐn)傋隽岁U述。上述研究從不同角度對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的備用問題進(jìn)行了分析。然而，電網(wǎng)備用問題涉及到頻率控制、安全控制和經(jīng)濟(jì)調(diào)度等不同層面上的運(yùn)行問題，而我國當(dāng)前按照負(fù)荷一定比例和最大機(jī)組容量確定的備用管理模式，難以滿足新形勢下的電網(wǎng)安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行需求，因此，有必要對(duì)我國電網(wǎng)的備用管理展開系統(tǒng)化、市場化的研究和探索。

備用體系的研究涉及到備用輔助服務(wù)的分類、備用容量配置、以及備用獲取方式。各個(gè)國家和地區(qū)電網(wǎng)分別從時(shí)間尺度、備用資源類型和頻率響應(yīng)方式等角度，對(duì)備用及相關(guān)輔助服務(wù)進(jìn)行了定義和分類。歐洲大陸同步電網(wǎng)定義了一次備用、二次備用、三次備用[8-9]；美國加州電力市場定義了頻率調(diào)節(jié)備用、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用[10]；英國電網(wǎng)對(duì)備用的分類包括一次頻率響應(yīng)、二次頻率響應(yīng)、快速備用和短期運(yùn)行備用[11]。英國和美國加州電力市場將有功平衡類服務(wù)分為頻率響應(yīng)和備用兩部分，歐洲大陸電網(wǎng)則統(tǒng)一定義為備用，并分為多種備用服務(wù)。對(duì)各類備用服務(wù)的最小容量的配置，常見的方法包括經(jīng)驗(yàn)配置方法[8]、最嚴(yán)重N-1故障分析法[12-13]和成本-風(fēng)險(xiǎn)分析[14-15]。關(guān)于備用的獲取，早期的電網(wǎng)備用服務(wù)主要由各類發(fā)電廠提供。然而，隨著可再生能源電源的不斷增加與電網(wǎng)的直流互聯(lián)，電網(wǎng)的備用需求越來越大，電源側(cè)的備用資源已難以滿足新形勢下電網(wǎng)備用需求。因此，世界范圍內(nèi)對(duì)需求側(cè)靈活資源與儲(chǔ)能的備用潛力的關(guān)注越來越多。英國電網(wǎng)已經(jīng)明確定義了儲(chǔ)能與負(fù)荷響應(yīng)備用產(chǎn)品。相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)負(fù)荷與儲(chǔ)能參與備用的運(yùn)行和收益問題開展了研究[16-19]。然而，對(duì)于負(fù)荷與儲(chǔ)能參與備用的時(shí)間尺度、響應(yīng)速度等技術(shù)指標(biāo)還有待系統(tǒng)性的研究和分析。

面對(duì)電網(wǎng)新的變化，我國各地區(qū)的備用市場也逐步改進(jìn)[20]。本文分析互聯(lián)網(wǎng)背景下電網(wǎng)備用需求和備用資源的變化，總結(jié)我國當(dāng)前和各個(gè)國家的備用輔助服務(wù)管理與市場模式。進(jìn)而，基于功率平衡控制過程提出新的備用分類體系，尤其明確各類備用調(diào)度響應(yīng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間要求，以便兼容源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各類備用資源。并對(duì)各類資源的技術(shù)特性進(jìn)行討論，從而明確各類資源可提供的備用類型。最后，針對(duì)我國電網(wǎng)特征和能源互聯(lián)網(wǎng)下的發(fā)展趨勢，提出新的備用管理模式與市場化建設(shè)的建議。

1 能源互聯(lián)網(wǎng)背景下備用需求與資源分析

1.1 可再生能源發(fā)電的備用需求

可再生能源發(fā)電的大規(guī)模接入使得電源側(cè)功率的不確定性增加。可再生能源發(fā)電的不確定性引起波動(dòng)性和間歇性?？稍偕茉闯隽?duì)秒級(jí)時(shí)間尺度上的備用影響相對(duì)較小，而在分鐘級(jí)以上時(shí)間尺度上的功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響則較為突出[9]。

對(duì)于可再生能源出力波動(dòng)性的備用問題可與負(fù)荷波動(dòng)性一同處理，即將傳統(tǒng)的負(fù)荷備用擴(kuò)展為凈負(fù)荷備用。負(fù)荷備用容量的確定取決于負(fù)荷預(yù)測精度。當(dāng)前，可再生能源發(fā)電的預(yù)測精度一般低于負(fù)荷的預(yù)測精度，使得疊加后的凈負(fù)荷功率的預(yù)測精度變差。因此，將增加應(yīng)對(duì)功率預(yù)測誤差的備用容量需求。

可再生能源出力的間歇性表現(xiàn)為：受風(fēng)速、光照強(qiáng)度等氣象因素影響，不同時(shí)段上可再生能源出力存在大發(fā)、小發(fā)和停發(fā)等場景，使得凈負(fù)荷中可再生能源發(fā)電的占比具有明顯的時(shí)段性差異，為此，文獻(xiàn)[6]提出了“特殊時(shí)段備用”的思路，受此啟發(fā)，可進(jìn)一步設(shè)計(jì)更為精細(xì)化的“動(dòng)態(tài)備用”模式，即根據(jù)負(fù)荷與新能源發(fā)電的日前預(yù)測精度，結(jié)合可再生能源裝機(jī)容量，在不同時(shí)段上配置不同的備用容量。

可再生能源機(jī)組故障率往往高于傳統(tǒng)機(jī)組，并且發(fā)生連鎖故障的概率較大[21-23]。與功率波動(dòng)帶來的影響不同，機(jī)組故障帶來的影響是秒級(jí)的功率缺額。隨著可再生能源裝機(jī)容量的增加，秒級(jí)時(shí)間尺度的備用容量配置需要進(jìn)一步考慮可再生能源發(fā)電的機(jī)組故障及其連鎖故障，即N-2故障。

綜上，可再生能源發(fā)電的波動(dòng)性與間歇性問題，需要在分鐘級(jí)以上時(shí)間尺度的備用配置中予以考慮；對(duì)可再生能源發(fā)電機(jī)組故障問題，需要在秒級(jí)時(shí)間尺度的備用配置中予以考慮。

1.2 特高壓直流閉鎖故障的備用需求

能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的另一個(gè)特征是區(qū)域電網(wǎng)間的特高壓直流互聯(lián)。特高壓直流閉鎖帶來的功率缺額是數(shù)倍于傳統(tǒng)機(jī)組故障造成的功率缺額，將是直流互聯(lián)網(wǎng)面臨的較為嚴(yán)重的考驗(yàn)之一。本節(jié)首先分析事故后系統(tǒng)的頻率變化和調(diào)節(jié)過程，進(jìn)而為特高壓直流閉鎖事故的備用配置問題提供解決思路。事故狀態(tài)下的系統(tǒng)頻率變化過程可由轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方式來描述，如式(1)所示[24]：

(1)

式中：H為系統(tǒng)的同步慣性；D為負(fù)荷的阻尼系數(shù)；Δf(t)為系統(tǒng)頻率偏差；ΔPi發(fā)電機(jī)、負(fù)荷等功率調(diào)節(jié)單元的功率變化量；ΔPe為故障導(dǎo)致的系統(tǒng)功率缺額。

故障初期系統(tǒng)的頻率跌落主要受兩方面因素影響，即故障造成的功率缺額和系統(tǒng)固有的同步慣性。系統(tǒng)的固有慣性越大，故障瞬間系統(tǒng)頻率跌落越慢。當(dāng)頻率跌落偏差超過各機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)后，機(jī)組的調(diào)速器快速響應(yīng)，補(bǔ)充功率缺額，抑制頻率跌落。由于機(jī)組一次調(diào)頻提供功率的持續(xù)時(shí)間有限，隨后需要機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control, AGC)開始動(dòng)作，實(shí)施二次調(diào)頻，使頻率恢復(fù)至正常水平，同時(shí)替換機(jī)組的一次調(diào)頻容量，以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的新的功率波動(dòng)。由系統(tǒng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程，即式(1)可以看出，當(dāng)系統(tǒng)的一次調(diào)頻容量至少能夠補(bǔ)償系統(tǒng)的功率缺額時(shí)，才能抑制系統(tǒng)頻率的繼續(xù)跌落。由于特高壓直流線路傳輸容量較大，受電地區(qū)電網(wǎng)的一次調(diào)頻容量可能難以滿足特高壓直流閉鎖的功率缺額，國內(nèi)外研究已將秒級(jí)的頻率響應(yīng)負(fù)荷和快速響應(yīng)的功率型儲(chǔ)能視為應(yīng)對(duì)提供一次頻率響應(yīng)的重要資源[6，25]。

總之，特高壓直流互聯(lián)系統(tǒng)中，直流受電區(qū)域的一次、二次調(diào)頻備用容量的配置需要考慮直流線路的輸電容量，直流閉鎖故障使得系統(tǒng)的一次調(diào)頻容量與二次調(diào)頻容量需求顯著增加?？焖夙憫?yīng)的負(fù)荷與儲(chǔ)能將為直流閉鎖故障后的頻率控制提供一次與二次調(diào)頻備用資源。

1.3 能源互聯(lián)網(wǎng)中新的備用資源

1)需求側(cè)備用資源。

隨著智能電網(wǎng)以及能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，“柔性負(fù)荷”、“電網(wǎng)友好型負(fù)荷”等概念被提出并逐步得到了實(shí)際應(yīng)用。能源互聯(lián)網(wǎng)在用戶側(cè)主要體現(xiàn)為電力負(fù)荷的信息互聯(lián)。一方面用戶可以響應(yīng)市場價(jià)格信號(hào)或激勵(lì)機(jī)制，改變用電行為[26-27]。另一方面可以實(shí)現(xiàn)負(fù)荷的實(shí)時(shí)在線控制，滿足電力系統(tǒng)快速的功率平衡控制需求。以電動(dòng)汽車為代表的負(fù)荷具有靈活的功率調(diào)節(jié)能力。借助于智能用電技術(shù)，以溫控型為代表的工商業(yè)負(fù)荷具有較大的功率調(diào)節(jié)潛力[28]。隨著可再生能源發(fā)電接入水平的不斷增加，電網(wǎng)的功率平衡方式不再只是“電源跟隨負(fù)荷波動(dòng)”，同時(shí)也存在“可控負(fù)荷跟隨電源出力波動(dòng)”的情況，需求側(cè)資源也將對(duì)電網(wǎng)功率平衡發(fā)揮重要作用。

負(fù)荷參與電網(wǎng)輔助服務(wù)潛力已得到了廣泛的研究。文獻(xiàn)[29]建立了靈活負(fù)荷聚合商提供負(fù)荷跟蹤備用的市場出清模型，聚合商能夠?yàn)橄到y(tǒng)提供類似于傳統(tǒng)電源的15 min的旋轉(zhuǎn)備用與30 min的非旋轉(zhuǎn)備用服務(wù)。文獻(xiàn)[30]提出了溫控負(fù)荷(thermostatically controlled loads, TCL)聚合商提供負(fù)荷跟蹤備用的管理方法，緩解了傳統(tǒng)機(jī)組的旋轉(zhuǎn)備用壓力，并驗(yàn)證了TCL聚合商可以完成對(duì)參考功率曲線的跟蹤控制。隨著控制技術(shù)的完善，可以利用需求側(cè)靈活資源參與系統(tǒng)秒級(jí)的頻率控制過程。文獻(xiàn)[31]提出了一種電動(dòng)汽車聚合商的下垂控制策略，使電動(dòng)汽車為電網(wǎng)提供了一次調(diào)頻服務(wù)，降低了系統(tǒng)的頻率偏差。文獻(xiàn)[32]參考傳統(tǒng)機(jī)組的AGC原理提出了一種分布式負(fù)荷控制策略，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)負(fù)荷聚合商共同為系統(tǒng)提供二次調(diào)頻服務(wù)。文獻(xiàn)[33]提出了一種基于多代理結(jié)構(gòu)的控制框架，使負(fù)荷集群的用能行為能夠快速響應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，從而為系統(tǒng)提供一次與二次調(diào)頻服務(wù)。

可見，需求側(cè)資源可以根據(jù)響應(yīng)時(shí)間和響應(yīng)特性的不同提供不同時(shí)間尺度上的備用服務(wù)。需求側(cè)備用主要采用基于聚合商或代理商的管理模式。然而，負(fù)荷集群的備用容量與備用服務(wù)的實(shí)際提供量的測算是研究負(fù)荷側(cè)備用所面臨的關(guān)鍵問題。

2)儲(chǔ)能、微網(wǎng)等備用資源。

隨著能源利用逐步從化石能源向可再生能源轉(zhuǎn)移，儲(chǔ)能的能量緩沖和暫存作用備受青睞。以鉛酸電池為代表的電池儲(chǔ)能、抽水蓄能電站均能提供快速的功率調(diào)節(jié)。通過轉(zhuǎn)存能量利用豐谷價(jià)差盈利和參與輔助服務(wù)市場將是儲(chǔ)能獲利的主要模式[34]。因此，儲(chǔ)能將成為未來能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的重要備用資源。

近年來學(xué)術(shù)界提出了微網(wǎng)、虛擬發(fā)電廠等概念[35-37]，并逐步在工業(yè)界得到了實(shí)施，這些智能單元通過智能管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各類分布式電源、負(fù)荷以及儲(chǔ)能的局部有序管理。這些智能單元也可以為大電網(wǎng)提供相關(guān)輔助服務(wù)，并獲得一定的經(jīng)濟(jì)收益[38]。

2 我國當(dāng)前備用體系的適應(yīng)性分析

2.1 我國電力輔助服務(wù)分類的適應(yīng)性

由于我國電網(wǎng)結(jié)構(gòu)有著明顯的區(qū)域特性，因此，電力輔助服務(wù)市場主要采用了分區(qū)域組織形式，各區(qū)域電網(wǎng)均頒布了電力輔助服務(wù)的“兩個(gè)細(xì)則”，明確了輔助服務(wù)的分類、補(bǔ)償與考核方式。我國電力輔助服務(wù)的內(nèi)容一般包括：一次調(diào)頻、AGC、備用、調(diào)壓、調(diào)峰、黑啟動(dòng)5項(xiàng)[39-44]。

一次調(diào)頻一般作為基本輔助服務(wù)，由各類發(fā)電機(jī)組義務(wù)提供，不給予補(bǔ)償，但機(jī)組不能提供基本輔助服務(wù)時(shí)需要接受考核。AGC與備用均為有償輔助服務(wù)。對(duì)AGC的補(bǔ)償包括可調(diào)容量補(bǔ)償與AGC實(shí)際貢獻(xiàn)量補(bǔ)償[40]。各區(qū)域備用輔助服務(wù)的管理一直在不斷地改進(jìn)和完善，輔助服務(wù)市場開展初期，各區(qū)域的“兩個(gè)細(xì)則”僅制定了旋轉(zhuǎn)備用的補(bǔ)償和考核原則，其中東北、華東和華北電網(wǎng)明確說明了旋轉(zhuǎn)備用需要在10 min之內(nèi)能夠調(diào)用。

當(dāng)前“兩個(gè)細(xì)則”對(duì)輔助服務(wù)的分類尚未明確一次調(diào)頻與AGC的容量配置問題，另外，尚未明確定義響應(yīng)時(shí)間在10 min以上的備用類型。

2.2 輔助服務(wù)管理模式的適應(yīng)性

各區(qū)域的“兩個(gè)細(xì)則”規(guī)定：輔助服務(wù)的調(diào)用遵循“按需調(diào)用”的原則，由電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)發(fā)電機(jī)組特性和電網(wǎng)情況，合理安排發(fā)電機(jī)組承擔(dān)輔助服務(wù)，保證調(diào)度的公開、公平、公正。并網(wǎng)發(fā)電廠有義務(wù)提供基本輔助服務(wù)，且所提供的輔助服務(wù)應(yīng)達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

各區(qū)域條例對(duì)輔助服務(wù)計(jì)量與結(jié)算方式均做了規(guī)定。各區(qū)域均由電力調(diào)度機(jī)構(gòu)對(duì)并網(wǎng)發(fā)電廠進(jìn)行輔助服務(wù)考核與補(bǔ)償情況的計(jì)量預(yù)結(jié)算。輔助服務(wù)的費(fèi)用按照專門記賬(專項(xiàng)管理)、收支平衡的原則，以省級(jí)電網(wǎng)為單位，分省平衡，按月結(jié)算。

輔助服務(wù)開展初期，一次調(diào)頻、AGC、備用僅由傳統(tǒng)機(jī)組提供。近年來隨著以電動(dòng)汽車為代表的靈活可控負(fù)荷、儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，各個(gè)區(qū)域已逐步將負(fù)荷側(cè)資源與儲(chǔ)能納入到輔助服務(wù)市場中來。這也使得當(dāng)前輔助服務(wù)市場采用的“輔助服務(wù)費(fèi)用在各發(fā)電廠之間進(jìn)行分?jǐn)偅?shí)現(xiàn)收支平衡的原則”難以適應(yīng)新的發(fā)展需求。

2.3 備用輔助服務(wù)的新進(jìn)展

能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)背景下，各個(gè)區(qū)域均不斷修正和完善輔助服務(wù)機(jī)制，若干省份已開展了輔助服務(wù)市場化的探索。

東北電網(wǎng)的輔助服務(wù)新規(guī)于2019年啟動(dòng)，電儲(chǔ)能可參與調(diào)峰，有償調(diào)峰的內(nèi)容包括：可中斷負(fù)荷調(diào)峰、電儲(chǔ)能調(diào)峰、火電停機(jī)備用調(diào)峰、跨省調(diào)峰[45]。

西北電網(wǎng)已經(jīng)形成“省間+省內(nèi)”相協(xié)調(diào)的輔助服務(wù)交易市場，增加了自備企業(yè)虛擬儲(chǔ)能、用戶調(diào)峰、共享儲(chǔ)能等有償調(diào)峰品種[46]。

廣東電網(wǎng)負(fù)荷受天氣及溫度影響較大，電網(wǎng)調(diào)頻需求大，電源中的快速調(diào)頻資源比較匱乏，為此出臺(tái)了《廣東調(diào)頻輔助服務(wù)市場交易規(guī)則》[20]。隨著《南方區(qū)域統(tǒng)一調(diào)頻輔助服務(wù)市場建設(shè)方案》的發(fā)布，南方區(qū)域調(diào)頻輔助服務(wù)市場化改革工作將全面啟動(dòng)。

當(dāng)前服務(wù)輔助服務(wù)市場的改革主要針對(duì)調(diào)峰輔助服務(wù)開展。然而，隨著區(qū)域電網(wǎng)的直流互聯(lián)和可再生能源發(fā)電的逐步增加，電網(wǎng)的備用問題也將日益嚴(yán)重。為此，本文在對(duì)比我國與世界各地區(qū)的備用輔助服務(wù)分類與管理模式的基礎(chǔ)上，進(jìn)而提出新的備用分類與管理模式建議，以適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求。

3 國外備用體系與組織模式

3.1 英國

英國電網(wǎng)將與頻率相關(guān)的輔助服務(wù)分為頻率響應(yīng)和備用兩部分。頻率響應(yīng)包括一次頻率響應(yīng)、二次頻率響應(yīng)，考慮負(fù)荷側(cè)與儲(chǔ)能提供調(diào)頻服務(wù)問題，英國電網(wǎng)專門設(shè)置了需求側(cè)管理頻率響應(yīng)與加強(qiáng)頻率響應(yīng)[11]，加強(qiáng)頻率響應(yīng)主要由儲(chǔ)能電站提供。各類頻率響應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間需求如表1所示。備用又分為快速備用、短期運(yùn)行備用和替代備用，發(fā)電機(jī)與負(fù)荷均可提供各類備用輔助服務(wù)?？焖賯溆庙憫?yīng)時(shí)間要求為2 min，并且持續(xù)提供時(shí)間不低于15 min。短期運(yùn)行備用響應(yīng)時(shí)間要求20 min，并且持續(xù)提供時(shí)間不低于2 h。

表1 英國頻率響應(yīng)與備用產(chǎn)品

英國電網(wǎng)由國家電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)輔助服務(wù)的購買，購買方式包括市場招標(biāo)和雙邊協(xié)議兩種市場模式。英國電網(wǎng)公司建立了不同周期的輔助服務(wù)招標(biāo)市場。例如，對(duì)于固定頻率響應(yīng)，采用了每月開展1次招標(biāo)；對(duì)于短期備用輔助服務(wù)，每年進(jìn)行3次招標(biāo)；對(duì)于負(fù)荷側(cè)參與的頻率響應(yīng)輔助服務(wù)以及黑啟動(dòng)輔助服務(wù)，則是通過雙邊協(xié)議的方式獲取。

3.2 美國各區(qū)域電力市場的頻率與備用服務(wù)

美國沒有全國性的電力市場，有10個(gè)區(qū)域性電力批發(fā)市場，本文針對(duì)其中市場化比較成熟的PJM、德州和加州的輔助服務(wù)市場進(jìn)行介紹。

PJM市場中與有功平衡相關(guān)的輔助服務(wù)分為頻率調(diào)節(jié)輔助服務(wù)和備用輔助服務(wù)兩部分。頻率調(diào)節(jié)輔助服務(wù)基于系統(tǒng)控制偏差(area control error, ACE)技術(shù)，使系統(tǒng)頻率保持60 Hz，具體任務(wù)包括跟蹤負(fù)荷波動(dòng)、應(yīng)對(duì)非計(jì)劃性機(jī)組停運(yùn)等[47]。頻率調(diào)節(jié)由具有自動(dòng)調(diào)節(jié)能力的機(jī)組提供，滿足負(fù)荷瞬時(shí)變化，機(jī)組響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于5 min。頻率調(diào)節(jié)備用容量的配置方式為：負(fù)荷高峰時(shí)段調(diào)節(jié)備用容量為日負(fù)荷高峰預(yù)測值的1%；非高峰時(shí)段調(diào)節(jié)備用容量為日負(fù)荷低谷預(yù)測值的1%[48]。備用輔助服務(wù)又分別為一次備用和補(bǔ)充備用(或稱二次備用)，其中一次備用資源由同步備用和快速啟動(dòng)備用機(jī)組提供，響應(yīng)時(shí)間為10 min[47-48]。補(bǔ)充備用為響應(yīng)時(shí)間在10～30 min內(nèi)的發(fā)電機(jī)和可中斷負(fù)荷。

加州電力輔助服務(wù)市場由獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商負(fù)責(zé)運(yùn)行，需要在輔助服務(wù)市場中購買的產(chǎn)品包括4種：調(diào)頻備用、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用和替代備用。調(diào)頻備用是指由并網(wǎng)運(yùn)行機(jī)組的AGC自動(dòng)完成出力調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功率平衡。旋轉(zhuǎn)備用需要在10 min內(nèi)爬坡至指定功率水平；非旋轉(zhuǎn)備用需要在10 min內(nèi)并入系統(tǒng)并爬坡至指定功率水平；替代備用需在1 h內(nèi)并入系統(tǒng)并爬坡至指定功率水平。后3種備用的持續(xù)提供時(shí)間均不低于2 h[49]。

美國德州輔助服務(wù)由德州可靠性委員會(huì)負(fù)責(zé)管理，目前德州電力市場中與有功平衡有關(guān)輔助服務(wù)產(chǎn)品包括上調(diào)頻、下調(diào)頻、響應(yīng)備用和非旋轉(zhuǎn)備用。上調(diào)頻、下調(diào)頻要求響應(yīng)時(shí)間小于10 s。響應(yīng)備用作為調(diào)頻輔助服務(wù)的后備，要求在10 min內(nèi)容響應(yīng)。非旋轉(zhuǎn)備用作為系統(tǒng)發(fā)電容量損失的備用，應(yīng)對(duì)負(fù)荷預(yù)測偏差，響應(yīng)時(shí)間為30 min。

3.3 北歐

北歐輔助服務(wù)市場自2009年7月起交由ENTSO-E管理，其輔助服務(wù)產(chǎn)品包括：頻率遏制備用、頻率恢復(fù)備用和替代備用[8,50-51]。頻率遏制備用又分為干擾式和普通式，干擾式備用的響應(yīng)要求為5 s內(nèi)調(diào)整到50%出力，30 s內(nèi)調(diào)整到100%出力。普通式備用的響應(yīng)要求為2～3 min。頻率恢復(fù)備用將系統(tǒng)頻率恢復(fù)到50 Hz，響應(yīng)持續(xù)提供時(shí)間應(yīng)不低于15 min。替代備用為響應(yīng)時(shí)間大于15 min的備用。北歐電力市場對(duì)3類備用的最小需求量均有規(guī)定，其中，對(duì)于頻率遏制備用，區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)總備用需求量；對(duì)于后兩種備用，北歐4國設(shè)有各自的備用需求容量。

3.4 歐洲大陸電網(wǎng)

歐洲大陸電網(wǎng)是指由德國、法國等24個(gè)國家構(gòu)成的同步電網(wǎng)。歐洲大陸電網(wǎng)將與頻率穩(wěn)定相關(guān)的輔助服務(wù)分為一次備用、二次備用和三次備用[52]。當(dāng)出現(xiàn)頻率偏差時(shí)，提供一次備用的調(diào)節(jié)機(jī)組需要在幾秒內(nèi)響應(yīng)，并在30 s內(nèi)提供全部所需容量，持續(xù)時(shí)間不低于15 min。系統(tǒng)頻率偏差超過閾值時(shí)，機(jī)組自動(dòng)啟動(dòng)一次控制，各機(jī)組需要預(yù)留4%～5%的額定容量作為備用容量。一次頻率控制過程使系統(tǒng)穩(wěn)定于一個(gè)偏離50 Hz的頻率值。二次控制一般需要在5 min內(nèi)使系統(tǒng)頻率及聯(lián)絡(luò)線功率恢復(fù)至設(shè)定值，并使被激活的一次備用容量重新恢復(fù)至可用狀態(tài)。三次備用包括向上和向下調(diào)節(jié)功率，從響應(yīng)時(shí)間角度又進(jìn)一步分為分鐘備用(<60 min)與小時(shí)備用(>60 min)。一次備用容量由歐洲輸電協(xié)調(diào)聯(lián)盟(union for the co-ordination of transmission of electricity, UCTE)設(shè)定，并按照各區(qū)域年發(fā)電量比例分配給各區(qū)域的輸電系統(tǒng)運(yùn)行商(transmission system operator, TSO)。UCTE的一次備用容量一般可滿足N-2發(fā)電機(jī)故障和N-1線路或母線故障。UCTE給出了二次備用容量的經(jīng)驗(yàn)公式，且僅與各區(qū)域內(nèi)的最大預(yù)期負(fù)荷有關(guān)。三次備用容量為最大發(fā)電機(jī)容量減去建議的最小二次備用容量，即系統(tǒng)能夠抵御N-1發(fā)電機(jī)故障。

歐洲電力市場中，一般由各個(gè)國家輸電系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)購買輔助服務(wù)。它通過競爭性招標(biāo)方式購買備用輔助服務(wù)，對(duì)一次備用機(jī)組僅支付容量費(fèi)用，對(duì)二次備用機(jī)組需支付容量費(fèi)用和調(diào)用電量費(fèi)用兩部分。對(duì)于一次與二次備用，每半年開展一次招標(biāo)。對(duì)于分鐘級(jí)以上的三次備用，則通過日前招標(biāo)方式獲取。三次備用費(fèi)用一般低于一次備用與二次備用，原因在于三次備用技術(shù)難度相對(duì)較低[52]。

3.5 各國家備用和頻率調(diào)節(jié)的時(shí)間劃分對(duì)比

各個(gè)國家和地區(qū)電網(wǎng)實(shí)施的與有功功率平衡相關(guān)的輔助服務(wù)分類及響應(yīng)時(shí)間情況對(duì)比如圖1所示。

圖1 各個(gè)國家和地區(qū)電網(wǎng)輔助服務(wù)對(duì)比

歐洲大陸和北歐四國電網(wǎng)均定義了3種備用輔助服務(wù)，功能上與我國的一次調(diào)頻、AGC和旋轉(zhuǎn)備用相對(duì)應(yīng)，但同類輔助服務(wù)響應(yīng)時(shí)間的要求存在一定差異，例如：歐洲大陸電網(wǎng)要求二次備用響應(yīng)時(shí)間≤15 s，北歐四國電網(wǎng)的自動(dòng)頻率恢復(fù)備用(對(duì)應(yīng)二次備用)的響應(yīng)時(shí)間為2 min，我國根據(jù)機(jī)組類型規(guī)定了不同的響應(yīng)時(shí)間，例如，水電機(jī)組AGC響應(yīng)時(shí)間≤10 s，直吹式火電機(jī)組AGC 響應(yīng)時(shí)間≤60 s。歐洲大陸和北歐四國電網(wǎng)對(duì)3個(gè)層面上的輔助服務(wù)均有明確的容量配置方案，可以為我國各級(jí)輔助服務(wù)備用容量的配置提供參考。

美國PJM、加州、德州電力市場將10 min以內(nèi)的調(diào)節(jié)過程歸為頻率調(diào)節(jié)輔助服務(wù)，將10 min以上頻率恢復(fù)后的備用按響應(yīng)時(shí)間分為兩類。英國電網(wǎng)對(duì)頻率恢復(fù)前、后的輔助服務(wù)均做了更為詳細(xì)的劃分。頻率恢復(fù)前包括1 s的強(qiáng)制頻率響應(yīng)、10 s一次頻率響應(yīng)、30 s的二次頻率響應(yīng)；頻率恢復(fù)后包括：快速備用和短期運(yùn)行備用。此外，英國電網(wǎng)已在頻率響應(yīng)市場中納入了儲(chǔ)能和需求側(cè)響應(yīng)的內(nèi)容，例如，儲(chǔ)能電站可以參與1 s的強(qiáng)制頻率響應(yīng)；設(shè)置了2～10 s的需求側(cè)頻率響應(yīng)市場。因此，英國的輔助服務(wù)市場可以為我國引入需求側(cè)和儲(chǔ)能的頻率響應(yīng)備用提供重要的參考。

4 能源互聯(lián)網(wǎng)下的電網(wǎng)備用體系設(shè)計(jì)建議

4.1 基于控制過程的新型備用分類

針對(duì)能源互聯(lián)網(wǎng)的備用需求與備用資源的變化，并結(jié)合世界各個(gè)國家、地區(qū)的輔助服務(wù)配置方式，本文從功率平衡控制過程的角度提出新的備用體系設(shè)計(jì)建議，并明確各類備用的響應(yīng)時(shí)間與持續(xù)提供時(shí)間需求，以便將網(wǎng)間、需求側(cè)、儲(chǔ)能的備用資源納入到新的備用體系，提高未來電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。新的備用體系設(shè)計(jì)包括頻率遏制備用、頻率恢復(fù)備用、快速可調(diào)度備用、慢可調(diào)度備用與長時(shí)間尺度備用。

頻率遏制備用用于完成系統(tǒng)的一次調(diào)頻控制過程，遏制系統(tǒng)頻率的持續(xù)跌落或上升。參考我國當(dāng)前水、火電機(jī)組一次調(diào)頻響應(yīng)時(shí)間分別小于3、4 s[46]的要求，所提頻率遏制備用的響應(yīng)時(shí)間規(guī)定為小于4 s。頻率恢復(fù)備用用于完成二次調(diào)頻控制過程，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)至額定水平。參考我國當(dāng)前的AGC響應(yīng)時(shí)間要求：直吹式火電機(jī)組小于60 s，中儲(chǔ)式火電機(jī)組小于40 s，水電機(jī)組小于10 s[46]，所提頻率恢復(fù)備用的響應(yīng)時(shí)間設(shè)置小于60 s。頻率遏制備用與頻率恢復(fù)備用主要用于應(yīng)對(duì)緊急事故與凈負(fù)荷波動(dòng)造成的頻率擾動(dòng)問題。

傳統(tǒng)三次調(diào)頻過程為系統(tǒng)頻率恢復(fù)至額定水平后的功率再調(diào)度過程，由調(diào)度機(jī)構(gòu)更新計(jì)劃調(diào)度結(jié)果，使系統(tǒng)處于更為經(jīng)濟(jì)和安全的運(yùn)行狀態(tài)，并恢復(fù)相關(guān)機(jī)組的AGC備用容量。新的備用體系中三次調(diào)頻過程的可調(diào)度容量稱為可調(diào)度備用，并根據(jù)備用資源響應(yīng)時(shí)間的不同，分為快速可調(diào)度備用與慢速可調(diào)度備用。參照我國“兩個(gè)細(xì)則”中10 min旋轉(zhuǎn)備用的定義，所提快速可調(diào)度備用的響應(yīng)時(shí)間規(guī)定為小于10 min。對(duì)新增的慢速可調(diào)度備用，響應(yīng)時(shí)間設(shè)置為小于30 min。文獻(xiàn)[6]對(duì)10 min、30 min備用的時(shí)間尺度設(shè)置的依據(jù)做了討論，本文不再贅述。

可再生能源發(fā)電具有較大的間歇性，受氣象因素影響，相鄰兩日或數(shù)日內(nèi)的出力會(huì)出現(xiàn)較大差異，為此，所提備用體系中增加了長時(shí)間尺度備用。將響應(yīng)時(shí)間大于30 min的備用均歸類為長時(shí)間尺度備用。

與水、火電機(jī)組可以在新的調(diào)度出力狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行不同，負(fù)荷與儲(chǔ)能的運(yùn)行受到整體能量需要和能量邊界的限制，需要考慮其持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的限制。為了使新的備用體系兼容需求側(cè)和儲(chǔ)能的備用資源，對(duì)各類備用持續(xù)提供時(shí)間的定義具有重要的意義。

當(dāng)前，各個(gè)國家、地區(qū)對(duì)各類備用的響應(yīng)時(shí)間均做了明確的限定，但對(duì)備用響應(yīng)后的持續(xù)提供時(shí)間尚無系統(tǒng)化的規(guī)定?？紤]到各類備用在功能上存在著銜接和替代關(guān)系，為保持系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，本文提出了時(shí)間上“無縫銜接與適當(dāng)重疊”的原則，對(duì)各類備用的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行明確規(guī)定。

考慮頻率遏制備用、頻率恢復(fù)備用以及快速可調(diào)度備用在功能上的銜接關(guān)系，前兩者的持續(xù)時(shí)間應(yīng)不低于60 s、10 min。根據(jù)“適當(dāng)重疊原則”，以保證平穩(wěn)過度，例如增加10%的安全裕度，將二者的最小持續(xù)時(shí)間設(shè)置為低于66 s、11 min。對(duì)于快速可調(diào)節(jié)備用與慢速可調(diào)節(jié)備用，一般需要持續(xù)提供，其持續(xù)時(shí)間設(shè)置一般較長，可以參考其他市場的設(shè)置方案。例如：美國加州旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、替代備用持續(xù)提供時(shí)間均不低于2 h[49]；英國短期運(yùn)行備用持續(xù)提供時(shí)間不低于2 h[11]。因此，將可調(diào)節(jié)備用的持續(xù)時(shí)間設(shè)置為不低于2 h。

4.2 新型備用資源分析

在所提備用分類和時(shí)間尺度定義的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步討論將需求側(cè)、儲(chǔ)能、網(wǎng)間備用資源納入到新的備用體系，如圖2所示。

圖2 能源互聯(lián)網(wǎng)中的新增備用資源劃分

具有快速響應(yīng)能力的負(fù)荷，例如小于4 s，可提供頻率遏制備用；響應(yīng)時(shí)間小于10 s的負(fù)荷可提供頻率恢復(fù)備用；對(duì)于響應(yīng)時(shí)間在分鐘級(jí)以上的負(fù)荷可提供慢速或快速可調(diào)度備用。

儲(chǔ)能備用可根據(jù)儲(chǔ)能特性的不同分為2類：功率型儲(chǔ)能、能量型儲(chǔ)能。功率型儲(chǔ)能，如鋰電池，具有快速的功率調(diào)節(jié)速度，可提供頻率遏制備用與頻率恢復(fù)備用；對(duì)能量型儲(chǔ)能，如抽水蓄能電站，響應(yīng)速度相對(duì)較慢，但持續(xù)供能時(shí)間相對(duì)較長，可以提供快速或慢速可調(diào)度備用。

省間備用在能源互聯(lián)網(wǎng)中將發(fā)揮越來越大的作用。一次調(diào)頻過程是自動(dòng)響應(yīng)系統(tǒng)頻率偏差完成功率調(diào)節(jié)，因此，同步運(yùn)行的各省電網(wǎng)自動(dòng)共享頻率遏制備用資源。二次調(diào)頻過程是由各機(jī)組的根據(jù)調(diào)度指令完成AGC功率調(diào)節(jié)?？紤]特高壓直流閉鎖故障時(shí)，受電省份將面臨較大的功率缺額，可以由同步運(yùn)行的省份提供緊急功率支援，加快事故恢復(fù)速度，提高電網(wǎng)安全性[53]。

綜上，新的備用體系從控制過程的角度定義了新的備用分類，并從響應(yīng)時(shí)間和持續(xù)時(shí)間層面上做了具體的要求，從而可以兼容源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各類備用資源。

4.3 兼容需求側(cè)與儲(chǔ)能備用的組織結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)能源互聯(lián)網(wǎng)場景，在當(dāng)前備用組織結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，本文引入了“基于中間商的備用”與“網(wǎng)間共享備用”組織模式。

當(dāng)前我國的備用采用了分區(qū)管理、分省平衡的原則。除一次調(diào)頻由并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器自動(dòng)完成外，其他各類輔助服務(wù)均由省級(jí)調(diào)度機(jī)構(gòu)將調(diào)度指令下發(fā)至各并網(wǎng)機(jī)組。當(dāng)考慮靈活負(fù)荷與儲(chǔ)能參與備用市場時(shí)，由于其個(gè)體容量小、數(shù)量眾多，難以由調(diào)度機(jī)構(gòu)直接管理。因此，需要引入中間代理[54-55]、聚合商[56]或配網(wǎng)運(yùn)行商[57]來組織需求側(cè)分散靈活資源參與備用市場。新型備用的組合結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 新型備組織結(jié)構(gòu)

電網(wǎng)的特高壓互聯(lián)和可再生能源接入將顯著提高各時(shí)間尺度上的備用需求，開展省間備用和區(qū)域間備用具有重要的意義。對(duì)于頻率遏制備用與頻率恢復(fù)備用，同步電網(wǎng)范圍內(nèi)的各省份間可以共享備用容量。對(duì)于快速、慢速可調(diào)度備用、以及更長時(shí)間尺度的備用，由于主要由調(diào)度機(jī)構(gòu)管理，因此，在聯(lián)絡(luò)線允許的前提下，也可以考慮省間及區(qū)域間備用共享的組織模式。

5 待解決的問題

5.1 需求側(cè)與儲(chǔ)能備用資源的特性分析

新型備用資源的成本研究是開展備用市場運(yùn)行模式的基礎(chǔ)。需求側(cè)備用成本需要考慮兩方面因素，提供備用容量的升級(jí)改造費(fèi)用與負(fù)荷備用調(diào)用時(shí)用電滿意度的降低[58]。儲(chǔ)能的備用成本一般包括備用容量的機(jī)會(huì)成本和調(diào)用過程中產(chǎn)生的運(yùn)行與折舊費(fèi)用[59-60]。本文從響應(yīng)時(shí)間層面上對(duì)備用類型做了詳細(xì)的劃分，因此，可以從響應(yīng)時(shí)間與持續(xù)運(yùn)行時(shí)間的角度分析各種新型備用資源可以提供的備用輔助服務(wù)類型。

5.2 新備用體系下的市場組織模式

1)各類備用容量配置方式。

現(xiàn)有的備用容量備用方法包括：最嚴(yán)重的N-1故障法[12-13]與成本-風(fēng)險(xiǎn)分析法[14-15]。頻率遏制與恢復(fù)備用確保事故后系統(tǒng)頻率恢復(fù)至正常水平的重要安全防線。文獻(xiàn)[61]研究表明：事故后系統(tǒng)頻率的跌落程度與系統(tǒng)慣性密切相關(guān)，同等事故條件下，系統(tǒng)的慣性越小，頻率遏制備用的需求量越大。因此，需要基于系統(tǒng)慣性參數(shù)配置頻率遏制與恢復(fù)備用容量。

對(duì)于可調(diào)度備用，本文提出的“動(dòng)態(tài)備用配置”思路，容量配置與可再生能源發(fā)電滲透率及其預(yù)測進(jìn)度密切相關(guān)，需要研究的問題包括：系統(tǒng)凈負(fù)荷的不確定性分析，能源互聯(lián)網(wǎng)背景下的電網(wǎng)運(yùn)行成本-風(fēng)險(xiǎn)模型。

2)備用市場模式研究。

新的備用體系劃分了不同時(shí)間尺度的備用輔助服務(wù)，需要結(jié)合各類備用需要與資源的特性提出相適應(yīng)的市場模式。同時(shí)，新的備用體系將考慮網(wǎng)間備用、需求側(cè)備用以及儲(chǔ)能備用資源，因此，需要建立兼容源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)的備用市場機(jī)制和模型。

3)備用費(fèi)用的分?jǐn)偂?/p>

我國傳統(tǒng)輔助服務(wù)的費(fèi)用采用了在并網(wǎng)機(jī)組間分?jǐn)偟脑瓌t。一個(gè)較為合理的費(fèi)用分?jǐn)倷C(jī)制應(yīng)滿足“誰引起，誰付費(fèi)”的原則[62]。電力系統(tǒng)的備用需要由兩方面因素引起的：凈負(fù)荷波動(dòng)備用與事故備用。

凈負(fù)荷波動(dòng)由負(fù)荷波動(dòng)與可再生能源發(fā)電波動(dòng)共同引起，當(dāng)前對(duì)可再生能源發(fā)電分?jǐn)倐溆觅M(fèi)用的研究較少，因此需要研究備用費(fèi)用在負(fù)荷與可再生能源之間的分?jǐn)倷C(jī)制。

事故備用主要考慮并網(wǎng)機(jī)組故障與輸電線路故障。對(duì)于發(fā)電機(jī)故障，所有并網(wǎng)機(jī)組互為備用，因此，發(fā)電機(jī)事故備用可以繼續(xù)采用傳統(tǒng)的機(jī)組間分?jǐn)傇瓌t。對(duì)于特高壓輸電線路故障備用問題，國內(nèi)外已開展了一定的研究[63-64]，然而，對(duì)特高壓輸電線路故障備用費(fèi)用分?jǐn)倖栴}還有待進(jìn)一步的研究。

5.3 跨省/跨區(qū)備用機(jī)制

可再生能源發(fā)電的增加使得備用需要也越來越大，省內(nèi)(尤其新能源大省)備用資源可能難以滿足本省的備用需求，跨省跨區(qū)備用共享也將是解決高比例風(fēng)電裝機(jī)地區(qū)備用不足問題的可行思路[65]。尤其引入需求側(cè)備用后，靈活負(fù)荷較多的省份可以為新能源大省提供備用資源?？缡】鐓^(qū)備用將受到線路傳輸容量的限制、斷面潮流的限制、以及節(jié)點(diǎn)電壓的限制等，因此，需要建立考慮網(wǎng)絡(luò)約束的跨省跨區(qū)備用市場模型。文獻(xiàn)[66-68]分別基于機(jī)會(huì)約束建模、電力不足期望值模型和場景法模型，建立了跨區(qū)備用共享模型，然而，當(dāng)前的研究尚未涉及跨區(qū)備用的分?jǐn)倖栴}，還有待于進(jìn)一步研究。

5.4 風(fēng)光水儲(chǔ)等多能互補(bǔ)運(yùn)行帶來的備用問題

能源互聯(lián)網(wǎng)備用下，風(fēng)電、光伏發(fā)電比例不斷增加，所帶來的不確定性是未來電網(wǎng)運(yùn)行研究的核心和難點(diǎn)。風(fēng)光水儲(chǔ)等多能系統(tǒng)的互補(bǔ)運(yùn)行是促進(jìn)清潔能源消納的創(chuàng)新模式[69]。當(dāng)前，國內(nèi)外圍繞風(fēng)光水多能互補(bǔ)系統(tǒng)的研究主要包括：互補(bǔ)特性研究[70-71]、運(yùn)行調(diào)度研究[72-73]和容量規(guī)劃[74-75]等領(lǐng)域。風(fēng)光水儲(chǔ)的互補(bǔ)運(yùn)行對(duì)降低新能源的不確定性對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響具有積極的意義。一方面，需要研究多能互補(bǔ)系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)備用需求的影響，另一方面，電網(wǎng)備用機(jī)制的設(shè)計(jì)應(yīng)充分激勵(lì)多能互補(bǔ)運(yùn)行與發(fā)展，并適應(yīng)我國當(dāng)前推行的“風(fēng)光配儲(chǔ)”發(fā)展趨勢。

6 結(jié) 論

可再生能源發(fā)電容量日益攀升與交直流特高壓互聯(lián)是能源互聯(lián)背景下我國電網(wǎng)的重要發(fā)展趨勢，這也使得系統(tǒng)秒級(jí)的事故備用需求與分鐘級(jí)以上的功率波動(dòng)備用需求顯著增加。同時(shí)，常規(guī)機(jī)組的并網(wǎng)容量逐步被壓縮，使得系統(tǒng)慣性降低、電源側(cè)備用資源變少。需求側(cè)、儲(chǔ)能及網(wǎng)間備用資源將成為滿足未來電網(wǎng)備用需求的重要組成部分。

本文總結(jié)了我國當(dāng)前各區(qū)域基于“兩個(gè)細(xì)則”的輔助服務(wù)管理模式，這種粗放型且在電源側(cè)進(jìn)行輔助服務(wù)費(fèi)用分?jǐn)偲胶獾慕M織模式將難以適應(yīng)未來電網(wǎng)運(yùn)行備用的管理需求。為此，在總結(jié)世界各個(gè)國家與地區(qū)的備用分類與定義的基礎(chǔ)上，提出了適應(yīng)我國能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求的新的備用分類建議?；诠β势胶饪刂七^程，提出新的備用分類包括：與系統(tǒng)頻率控制有關(guān)的1)調(diào)頻遏制備用、2)頻率恢復(fù)備用；與功率平衡調(diào)度有關(guān)的3)快速可調(diào)度備用、4)慢速可調(diào)度備用，以及與機(jī)組啟停調(diào)度有關(guān)的5)長時(shí)間尺度備用。并明確了各類備用的響應(yīng)時(shí)間與持續(xù)時(shí)間要求，以便將源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)各類備用資源納入到新的備用體系。

本文提出的新的備用體系設(shè)計(jì)理念還包括：對(duì)各類備用響應(yīng)與持續(xù)時(shí)間的限定，采用了“無縫銜接與適當(dāng)重疊”的原則；對(duì)備用容量的配置，提出了“動(dòng)態(tài)容量配置策略”，以提高備用效率；對(duì)備用費(fèi)用的分?jǐn)偅岢隽恕罢l引起，誰付費(fèi)”的分?jǐn)傇瓌t。

新備用體系的實(shí)施還有諸多問題需要解決，包括：需求側(cè)與儲(chǔ)能備用資源的特性分析、市場化備用的組織模式、新能源發(fā)電參與備用費(fèi)用的分?jǐn)倖栴}、以及分區(qū)分層的備用共享模式研究。