趙海吉，金學(xué)洙，李 群，安天瑜，鐘心蕊

(1.國(guó)家電網(wǎng)有限公司東北分部，遼寧 沈陽(yáng) 110181；2.北京清能互聯(lián)科技有限公司，北京 100084)

高比例可再生能源地區(qū)調(diào)頻問(wèn)題日益凸顯[1-2]。東北電網(wǎng)在我國(guó)可再生能源裝機(jī)和發(fā)電方面占比較高，面臨著因可再生能源出力波動(dòng)性所帶來(lái)的頻率波動(dòng)問(wèn)題[3]和電力用戶受季節(jié)、溫度等因素造成的需求引起的頻率波動(dòng)問(wèn)題[4]。當(dāng)前東北地區(qū)的頻率質(zhì)量有待改善，極端時(shí)頻率會(huì)出現(xiàn)較長(zhǎng)時(shí)間超出50.05 Hz的情況。

1 東北地區(qū)調(diào)頻現(xiàn)狀

東北地區(qū)裝機(jī)占比見(jiàn)圖1。截至2019年10月，東北電網(wǎng)裝機(jī)容量已達(dá)1.49億kW，其中火電裝機(jī)占比64.26%(供熱機(jī)組占比66.25%)。新能源占總裝機(jī)容量的27.04%，新能源發(fā)電量占全網(wǎng)總發(fā)電量的15.64%。新能源裝機(jī)增長(zhǎng)勢(shì)頭仍在繼續(xù)。東北地區(qū)的調(diào)頻資源較為緊張，尤其在冬季時(shí)段，面臨著火電可調(diào)容量受限和新能源消納壓力大的問(wèn)題。

圖1 東北地區(qū)裝機(jī)占比

當(dāng)前東北地區(qū)未展開(kāi)市場(chǎng)化的調(diào)頻服務(wù)交易[5]，仍以《東北區(qū)域發(fā)電廠并網(wǎng)運(yùn)行管理實(shí)施細(xì)則》和《東北區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》這2個(gè)細(xì)則(以下簡(jiǎn)稱細(xì)則)為執(zhí)行依據(jù)。并網(wǎng)發(fā)電廠義務(wù)提供一次調(diào)頻服務(wù)，一次調(diào)頻調(diào)節(jié)能力相對(duì)有限[6-9]。參與調(diào)頻輔助服務(wù)的AGC機(jī)組，按調(diào)整電量獲得補(bǔ)償。該運(yùn)行模式下，缺乏對(duì)調(diào)頻機(jī)組的激勵(lì)，也缺少對(duì)調(diào)頻備用容量的整體把握。

調(diào)頻輔助服務(wù)的市場(chǎng)化是東北輔助服務(wù)市場(chǎng)體系建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)前東北輔助服務(wù)市場(chǎng)交易仍以調(diào)峰交易為主，以市場(chǎng)化的手段進(jìn)行資源的優(yōu)化配置，激勵(lì)火電機(jī)組開(kāi)展靈活性改造，以促進(jìn)風(fēng)光發(fā)電量的消納。在備用交易方面，包含尖峰旋轉(zhuǎn)備用交易和火電停機(jī)備用交易。調(diào)頻作為維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的輔助服務(wù)，完成其市場(chǎng)化進(jìn)程一方面有助于挖掘電網(wǎng)調(diào)頻資源、提升電網(wǎng)調(diào)頻性能，從而確保在高比例新能源環(huán)境下電網(wǎng)的可靠運(yùn)行；另一方面將進(jìn)一步完善東北輔助服務(wù)市場(chǎng)體系。

2 東北調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)關(guān)鍵問(wèn)題分析

從市場(chǎng)建設(shè)的角度考慮，東北調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)最主要的問(wèn)題是明確調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的定位。一方面，當(dāng)前東北以按需調(diào)用的模式開(kāi)展調(diào)頻服務(wù)，對(duì)調(diào)頻需求、個(gè)體和整體服務(wù)能力未建立量化概念；另一方面，我國(guó)電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)加速[10]，而調(diào)頻輔助服務(wù)是現(xiàn)貨市場(chǎng)體系的重要組成部分。因此，調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的建立，有利于完善電力交易品種，并利用市場(chǎng)的手段合理配置資源，讓各類資源發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的高效結(jié)合。

本研究從市場(chǎng)模式、市場(chǎng)主體的參與方式以及市場(chǎng)的組織方式層面，進(jìn)行可行方案的對(duì)比與分析，為決策者提供更多的參考和思路。

2.1 市場(chǎng)建設(shè)方案

當(dāng)前東北電網(wǎng)的調(diào)度以省間聯(lián)絡(luò)線關(guān)口模式開(kāi)展[11]，由省調(diào)機(jī)組承擔(dān)ACE調(diào)節(jié)責(zé)任，網(wǎng)調(diào)機(jī)組承擔(dān)頻率調(diào)節(jié)責(zé)任。對(duì)于區(qū)域電網(wǎng)而言，守關(guān)口聯(lián)絡(luò)線和守系統(tǒng)頻率二者的調(diào)頻目標(biāo)不同，無(wú)法在同一市場(chǎng)模型中進(jìn)行優(yōu)化。因此，在東北建設(shè)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，需要首先明確調(diào)頻市場(chǎng)開(kāi)展的目標(biāo)，再將目標(biāo)轉(zhuǎn)化為調(diào)頻需求的基礎(chǔ)上，選擇合適的市場(chǎng)模式。在調(diào)頻市場(chǎng)的建設(shè)目標(biāo)層面，可以保留當(dāng)前部分機(jī)組調(diào)頻、部分機(jī)組調(diào)ACE的模式，也可以選擇全網(wǎng)進(jìn)行頻率調(diào)節(jié)的模式。表1提出了幾種可行的市場(chǎng)模式方案。上述4個(gè)方案中，主要區(qū)別在于調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)的目標(biāo)是僅考慮頻率還是既考慮頻率又考慮ACE，以及實(shí)現(xiàn)時(shí)是按統(tǒng)一控制區(qū)組織還是按分別控制區(qū)組織。下面對(duì)幾個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行說(shuō)明。

表1 調(diào)頻市場(chǎng)方案對(duì)比

a.部分機(jī)組調(diào)頻率，全網(wǎng)集中組織。

該方案將全網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)分解為市場(chǎng)和非市場(chǎng)部分，市場(chǎng)部分僅考慮對(duì)頻率的調(diào)節(jié)，ACE調(diào)節(jié)則由非市場(chǎng)部分兜底。

該方案與當(dāng)前AGC控制模式承接性好，有利于發(fā)電與調(diào)頻資源的合理規(guī)劃與調(diào)度，也有利于省間中長(zhǎng)期合同的物理交割。但需要網(wǎng)調(diào)與省調(diào)相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)跨級(jí)控制。

b.部分機(jī)組調(diào)頻率，按控制區(qū)組織。

該方案將全網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)全部市場(chǎng)化，由網(wǎng)調(diào)機(jī)組承擔(dān)頻率任務(wù)，由省調(diào)機(jī)組承擔(dān)ACE任務(wù)。

該模式對(duì)現(xiàn)有工作方式延續(xù)性較強(qiáng)。調(diào)頻市場(chǎng)在與當(dāng)前模式銜接時(shí)，確定調(diào)頻需求的過(guò)程中需要分別考慮聯(lián)絡(luò)線與頻率2部分的預(yù)留容量。如后續(xù)以省為單位開(kāi)展電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，可以將聯(lián)絡(luò)線部分對(duì)應(yīng)的調(diào)頻需求轉(zhuǎn)移至各省調(diào)機(jī)構(gòu)組織，有利于實(shí)現(xiàn)以省為單位組織的現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)和調(diào)頻市場(chǎng)的聯(lián)合優(yōu)化；若后續(xù)開(kāi)展省間電力現(xiàn)貨市場(chǎng)，在不取消區(qū)域內(nèi)部關(guān)口聯(lián)絡(luò)線的前提下，仍可沿用。

該方案與當(dāng)前調(diào)頻分工模式差別較小，調(diào)頻壓力全部由網(wǎng)調(diào)機(jī)組承擔(dān)，但在初期階段網(wǎng)調(diào)機(jī)組沒(méi)有改善自身調(diào)頻能力的情況下，仍可能會(huì)出現(xiàn)全網(wǎng)頻率長(zhǎng)時(shí)間較高的現(xiàn)象。從長(zhǎng)期看，由于仍是各控制區(qū)內(nèi)機(jī)組內(nèi)部競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于調(diào)頻需求大而調(diào)頻資源少的控制區(qū)，其AGC機(jī)組可能缺少性能改善的動(dòng)力，可能導(dǎo)致東北網(wǎng)頻率的改善效果有限。

c.全網(wǎng)機(jī)組調(diào)頻率，全網(wǎng)集中組織。

該方案取消了頻率調(diào)節(jié)任務(wù)中的ACE調(diào)節(jié)任務(wù)，即全部的調(diào)節(jié)任務(wù)均為頻率調(diào)節(jié)任務(wù)，并將其市場(chǎng)化。

該模式資源利用效率最高，但是對(duì)當(dāng)前調(diào)度機(jī)構(gòu)的職權(quán)調(diào)整最大，對(duì)運(yùn)行能力的要求也最高。

d.全網(wǎng)機(jī)組調(diào)頻率，按控制區(qū)組織。

該方案將全網(wǎng)調(diào)頻任務(wù)市場(chǎng)化，對(duì)頻率調(diào)節(jié)和ACE調(diào)節(jié)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為總調(diào)頻需求，調(diào)用時(shí)形成命令后統(tǒng)一下發(fā)。

該方案本質(zhì)上是由省調(diào)機(jī)組承擔(dān)了部分網(wǎng)調(diào)機(jī)組跟蹤頻率的責(zé)任，該模式對(duì)頻率責(zé)任的管理力度強(qiáng)。該方案可以讓全部調(diào)頻資源承擔(dān)頻率調(diào)節(jié)壓力。該模式對(duì)各單位原有工作模式改動(dòng)小，且競(jìng)爭(zhēng)主要集中在省內(nèi)，機(jī)組的接受度會(huì)相對(duì)高。長(zhǎng)期上，盡管可以調(diào)整分配給各區(qū)針對(duì)頻率調(diào)節(jié)的容量需求，但由于競(jìng)爭(zhēng)仍是集中在省內(nèi)，對(duì)機(jī)組提升性能的激勵(lì)作用仍然有限。

在調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)時(shí)，調(diào)頻目標(biāo)的確定是最重要的。在確定調(diào)頻目標(biāo)后，協(xié)作模式的選取上可參考3個(gè)因素。

在工作開(kāi)展層面，考慮到當(dāng)前東北地區(qū)有較為完善的輔助服務(wù)市場(chǎng)體系，建議起步階段由網(wǎng)調(diào)統(tǒng)一下達(dá)指令，省調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)。但網(wǎng)省調(diào)度仍需要在市場(chǎng)建設(shè)之前達(dá)成協(xié)作模式層面的統(tǒng)一意見(jiàn)。此外，若需要取消省間聯(lián)絡(luò)線考核，對(duì)現(xiàn)狀情況沖擊較大，較適宜有著完善的省間現(xiàn)貨市場(chǎng)的情況。

在技術(shù)層面，按統(tǒng)一控制區(qū)組織符合資源優(yōu)化配置的核心思想，通過(guò)統(tǒng)一的調(diào)頻市場(chǎng)，重新安排、分配調(diào)頻資源，以相對(duì)小的成本實(shí)現(xiàn)對(duì)東北電網(wǎng)頻率的調(diào)節(jié)和優(yōu)化。但在各省調(diào)頻機(jī)組性能差異較大的情況下，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別省份以分?jǐn)傎M(fèi)用為主，其他省份以獲取調(diào)頻收益為主。按分別控制區(qū)組織則更便于實(shí)現(xiàn)省級(jí)范圍的資源優(yōu)化配置，所有調(diào)頻市場(chǎng)的費(fèi)用均在省內(nèi)進(jìn)行分?jǐn)?，利益更好協(xié)調(diào)。

在市場(chǎng)發(fā)展層面，按統(tǒng)一控制區(qū)組織更符合建立東北電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)頻市場(chǎng)的思想；有利于激勵(lì)網(wǎng)、省機(jī)組提升機(jī)組調(diào)頻性能；若三省分別建設(shè)現(xiàn)貨市場(chǎng)，網(wǎng)調(diào)調(diào)頻出清結(jié)果將作為省級(jí)市場(chǎng)開(kāi)展的前提。按分別控制區(qū)組織的思想跟三省獨(dú)立開(kāi)展調(diào)頻市場(chǎng)基本一致，只是由網(wǎng)調(diào)統(tǒng)一組織，需求、競(jìng)爭(zhēng)及費(fèi)用結(jié)算都以各控制區(qū)為邊界。該模式可持續(xù)性不強(qiáng)，若東北以省級(jí)為單位開(kāi)展現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)，可將ACE調(diào)節(jié)的調(diào)頻市場(chǎng)模塊交由各控制區(qū)自行出清運(yùn)作。

需要注意的是，在調(diào)頻市場(chǎng)模式選擇上，按統(tǒng)一控制區(qū)組織和各控制區(qū)分別組織，由于其市場(chǎng)組織與調(diào)度工作方式會(huì)與后續(xù)現(xiàn)貨市場(chǎng)形態(tài)關(guān)系密切，如在現(xiàn)貨市場(chǎng)已成型后再進(jìn)行調(diào)整，很難避免“牽一發(fā)而動(dòng)全身”的挑戰(zhàn)。東北地區(qū)的調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)可根據(jù)實(shí)際需求，參考上述4個(gè)方案，決策最適合的市場(chǎng)模式和實(shí)施方式。

2.2 市場(chǎng)主體準(zhǔn)入

當(dāng)前東北電網(wǎng)調(diào)頻資源有限，系統(tǒng)頻率較高時(shí)段占比高，極端情況下有較大的向下調(diào)頻需求。因此，在市場(chǎng)建設(shè)時(shí)，可考慮將更多的市場(chǎng)主體納入服務(wù)提供者的范圍[12-15]，更好地保障系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。當(dāng)前，新建設(shè)的風(fēng)光機(jī)組并網(wǎng)時(shí)需加裝儲(chǔ)能裝置，獨(dú)立的儲(chǔ)能供應(yīng)商也作為市場(chǎng)主體參與了東北地區(qū)的輔助服務(wù)市場(chǎng)。將含有儲(chǔ)能的市場(chǎng)主體納入調(diào)頻市場(chǎng)，有利于系統(tǒng)的實(shí)時(shí)頻率調(diào)整，也有利于安裝儲(chǔ)能設(shè)施的新能源企業(yè)及獨(dú)立第三方服務(wù)商以市場(chǎng)化的手段回收其容量建設(shè)的成本[16-18]。在實(shí)時(shí)調(diào)用時(shí)，考慮到當(dāng)前網(wǎng)源結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定，在調(diào)用時(shí)，可以以火電聯(lián)儲(chǔ)、水電(包括抽水蓄能)、風(fēng)光聯(lián)儲(chǔ)、獨(dú)立儲(chǔ)能的順序，按市場(chǎng)需求和規(guī)則完備程度，進(jìn)行調(diào)頻資源的準(zhǔn)入和調(diào)用。

2.3 補(bǔ)償與分?jǐn)?/h3>

在結(jié)算層面，調(diào)頻市場(chǎng)的建設(shè)可采用里程補(bǔ)償和容量補(bǔ)償?shù)姆绞竭M(jìn)行相關(guān)補(bǔ)償?shù)挠?jì)算。在容量市場(chǎng)上提前鎖定容量，并以實(shí)際里程作為機(jī)組參與調(diào)頻實(shí)際貢獻(xiàn)的衡量。考慮到當(dāng)前已有的補(bǔ)償電量與里程補(bǔ)償具有較高的相似性，且當(dāng)前東北地區(qū)現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)的建設(shè)還未提上日程，因此東北地區(qū)建設(shè)調(diào)頻市場(chǎng)時(shí)，應(yīng)立足當(dāng)前、展望未來(lái)，因此里程補(bǔ)償?shù)囊霊?yīng)不晚于容量補(bǔ)償。在分?jǐn)偡桨傅闹贫ㄉ?，可以采用按?shí)發(fā)電量分?jǐn)?、按上網(wǎng)電量分?jǐn)?、或類比深調(diào)按調(diào)頻貢獻(xiàn)程度分?jǐn)?；?dāng)市場(chǎng)發(fā)展到一定階段，尤其是用戶側(cè)可以實(shí)現(xiàn)較為精確的計(jì)量時(shí)，可考慮按造成調(diào)頻需求的大小分?jǐn)偅踔烈胗脩魝?cè)及受端省份參與分?jǐn)偂?/p>

2.4 銜接方式

在未開(kāi)展現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)的情況下，進(jìn)行調(diào)頻服務(wù)的服務(wù)單元可以在日前確定，也可以實(shí)時(shí)按需調(diào)用時(shí)確定；在開(kāi)展現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)的情況下，調(diào)頻市場(chǎng)應(yīng)提前預(yù)留調(diào)頻容量。常用的調(diào)頻需求計(jì)算通過(guò)新能源偏差和負(fù)荷偏差之和進(jìn)行確定，見(jiàn)式(1)。

(1)

(2)

由于調(diào)頻、電能量和調(diào)峰市場(chǎng)都是對(duì)機(jī)組容量空間的競(jìng)爭(zhēng)，因此機(jī)組在3個(gè)市場(chǎng)中的區(qū)間不可互通。機(jī)組在深度調(diào)峰市場(chǎng)中標(biāo)并降低出力至最小技術(shù)出力以下時(shí)段，不應(yīng)再參與調(diào)頻和電能量市場(chǎng)；調(diào)頻市場(chǎng)中標(biāo)后，相應(yīng)的出力空間應(yīng)從電能量市場(chǎng)的申報(bào)范圍中剔除。

3 東北調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)路徑

起步階段，調(diào)頻市場(chǎng)與計(jì)劃模式銜接，一方面完善東北地區(qū)輔助服務(wù)市場(chǎng)體系的建設(shè)，另一方面可以一定程度培養(yǎng)市場(chǎng)主體的意識(shí)，也有利于市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)主體了解東北地區(qū)AGC單元的調(diào)節(jié)性能和調(diào)節(jié)成本。此時(shí)調(diào)頻市場(chǎng)采用日前排序、實(shí)時(shí)按需調(diào)用、事后結(jié)算的模式開(kāi)展。以火電聯(lián)儲(chǔ)、水電機(jī)組(包括抽水蓄能)、風(fēng)光聯(lián)儲(chǔ)、獨(dú)立儲(chǔ)能的順序，引入更多市場(chǎng)參與主體，豐富調(diào)頻資源，保障系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。

過(guò)渡階段，調(diào)頻市場(chǎng)與現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)銜接，可以調(diào)頻市場(chǎng)獨(dú)立運(yùn)行、優(yōu)先于電能量市場(chǎng)出清的方式起步，通過(guò)提前鎖定調(diào)頻容量的方式，以日前集中競(jìng)價(jià)、日內(nèi)正式出清的方式進(jìn)行調(diào)頻市場(chǎng)的組織。調(diào)頻市場(chǎng)的出清結(jié)果應(yīng)作為各級(jí)現(xiàn)貨市場(chǎng)(省內(nèi)/省間)開(kāi)展的前提。此時(shí)除了推進(jìn)更多市場(chǎng)主體的加入外，可考慮在結(jié)算階段轉(zhuǎn)變?yōu)榘簇?zé)分?jǐn)偟慕Y(jié)算模式。

成熟階段，調(diào)頻市場(chǎng)與相應(yīng)級(jí)別的現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)統(tǒng)一優(yōu)化、聯(lián)合出清。此時(shí)，市場(chǎng)體系完善，各市場(chǎng)定位清晰。通過(guò)市場(chǎng)化的手段，實(shí)現(xiàn)資源的最優(yōu)化配置。

4 結(jié)論

結(jié)合東北當(dāng)前所處的調(diào)頻資源有限、輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)體系有待進(jìn)一步完善的需求，和電力體制深化改革的要求，本文指出了東北調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)的關(guān)鍵在于明確市場(chǎng)定位，并從市場(chǎng)模式層面提出了4種可行方案：部分機(jī)組調(diào)頻率，全網(wǎng)集中組織；部分機(jī)組調(diào)頻率，按控制區(qū)組織；全網(wǎng)機(jī)組調(diào)頻率，全網(wǎng)集中組織；全網(wǎng)機(jī)組調(diào)頻率，按控制區(qū)組織。

4種方案的主要區(qū)別在于調(diào)頻市場(chǎng)建設(shè)目標(biāo)及組織方式。同時(shí)，討論了市場(chǎng)主體的參與方式和結(jié)算原則、以及調(diào)頻市場(chǎng)與其他市場(chǎng)的銜接。

在此基礎(chǔ)上，討論了東北地區(qū)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)的起步階段、過(guò)渡階段和成熟階段的工作重點(diǎn)。

a.起步階段主要任務(wù)是在保障系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的前提下，實(shí)現(xiàn)調(diào)頻輔助服務(wù)的市場(chǎng)化，并同步完善輔助服務(wù)市場(chǎng)體系的建設(shè)，促進(jìn)市場(chǎng)主體市場(chǎng)意識(shí)的培養(yǎng)。

b.過(guò)渡階段，則是完成與各級(jí)現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)的銜接。

c.成熟階段，實(shí)現(xiàn)主輔市場(chǎng)的聯(lián)合出清。

東北調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的建設(shè)可為當(dāng)前未運(yùn)行現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)、且未建設(shè)調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的省份或區(qū)域提供思路上的借鑒參考。