吳 珊 邊曉燕 張菁嫻 林 毅 林偉偉

面向新型電力系統(tǒng)靈活性提升的國內(nèi)外輔助服務(wù)市場研究綜述

吳 珊1邊曉燕1張菁嫻2林 毅3林偉偉3

（1. 上海電力大學(xué)電氣工程學(xué)院 上海 200090 2. 鄭州電力高等?？茖W(xué)校 鄭州 450000 3. 國網(wǎng)福建省電力有限公司經(jīng)濟技術(shù)研究院 福州 350012）

我國傳統(tǒng)輔助服務(wù)市場的參與主體與市場機制無法應(yīng)對未來高比例新能源主導(dǎo)型電力系統(tǒng)的靈活性挑戰(zhàn)。該文借鑒國內(nèi)外最新研究成果與項目經(jīng)驗，從靈活性資源和市場設(shè)計角度綜合提出面向新型電力系統(tǒng)靈活性提升的輔助服務(wù)市場發(fā)展思路。首先從源網(wǎng)荷儲角度對靈活性資源進行分類并做特征比較，分析國內(nèi)外輔助服務(wù)市場中靈活性資源的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景；然后從市場設(shè)計角度總結(jié)輔助服務(wù)產(chǎn)品多元化、管理方式本地化、價格機制合理化與跨省區(qū)資源共享化的靈活性提升方案；最后提出面向靈活性提升的我國輔助服務(wù)市場發(fā)展思路。

輔助服務(wù)市場 靈活性 新型電力系統(tǒng) 源網(wǎng)荷儲

0 引言

為解決氣候與環(huán)境問題，全球能源系統(tǒng)正在加速邁向綠色低碳的未來。國際可再生能源署（International Renewable Energy Agency, IRENA）發(fā)布的《能源轉(zhuǎn)型之電網(wǎng)靈活性》報告中指出，到2050年，全球風(fēng)電、光伏等可再生能源（Renewable Energy Sources, RES）在未來電力系統(tǒng)中的比例將上升至85%[1]。推動能源轉(zhuǎn)型是實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)[2]的重要路徑。因此，2021年3月15日中央財經(jīng)委員會第九次會議提出要構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)[3]。根據(jù)《中國能源大數(shù)據(jù)報告(2021)》顯示，2020年我國可再生能源發(fā)電量2.2萬億kW?h，占全社會用電量的29.5%，非化石能源電力供應(yīng)能力持續(xù)增強[4]。作為能源低碳轉(zhuǎn)型的重要環(huán)節(jié)，電力系統(tǒng)將承擔(dān)更加艱巨的轉(zhuǎn)型任務(wù)。

隨著風(fēng)電、光伏及主動負(fù)荷等不確定性資源的比重不斷上升，僅依靠傳統(tǒng)電源側(cè)和電網(wǎng)側(cè)調(diào)節(jié)手段，已無法滿足新能源持續(xù)大規(guī)模并網(wǎng)消納的需求，電力系統(tǒng)正面臨著靈活性需求激增而靈活調(diào)節(jié)能力不足的挑戰(zhàn)，需要統(tǒng)籌源網(wǎng)荷儲側(cè)資源，多維度提升系統(tǒng)靈活性。一方面要挖掘不同環(huán)節(jié)的靈活性資源參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)；另一方面要完善市場機制，給予資源一定的激勵與補償。電力市場輔助服務(wù)作為提升電力系統(tǒng)靈活性的手段之一，主要包括一次調(diào)頻、自動發(fā)電控制（Automatical Generation Control，AGC）、調(diào)峰、無功調(diào)節(jié)、備用、黑啟動等[5]。然而，傳統(tǒng)輔助服務(wù)主要由火電廠提供，調(diào)節(jié)能力有限且缺乏環(huán)保性，原有的輔助服務(wù)參與主體與市場機制已不能滿足電力系統(tǒng)靈活性需求，亟須探索輔助服務(wù)提升電力系統(tǒng)靈活性的新途徑。

目前國內(nèi)針對輔助服務(wù)市場的研究主要分為以下三類：

（1）研究國外輔助服務(wù)市場的發(fā)展進程、市場機制等，得出對我國輔助服務(wù)市場建設(shè)的啟示。文獻(xiàn)[6]研究了國外典型輔助服務(wù)市場的產(chǎn)品種類、交易機制；文獻(xiàn)[7]對英國輔助服務(wù)類型中最典型的短期運行備用服務(wù)進行研究；文獻(xiàn)[8]總結(jié)了美國與歐洲備用市場的建設(shè)現(xiàn)狀。

（2）研究某類資源提供輔助服務(wù)的調(diào)節(jié)潛力、交易機制和經(jīng)濟效益等。文獻(xiàn)[9]研究了儲能參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場的調(diào)度體系架構(gòu)及市場機制；文獻(xiàn)[10]分析了電動汽車提供輔助服務(wù)的調(diào)度方法與經(jīng)濟效益；文獻(xiàn)[11]研究了分布式光伏參與調(diào)頻輔助服務(wù)的交易機制。

（3）研究輔助服務(wù)的具體類型，如調(diào)峰、調(diào)頻、備用等。文獻(xiàn)[12-14]均研究了我國某個區(qū)域或省份調(diào)峰輔助服務(wù)市場的設(shè)計與實踐；文獻(xiàn)[15-16]研究了儲能參與調(diào)頻輔助服務(wù)的價格機制。

然而目前國內(nèi)文獻(xiàn)均未全面考慮源網(wǎng)荷儲側(cè)多元資源提供輔助服務(wù)，未結(jié)合我國電力系統(tǒng)的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)提出相應(yīng)的輔助服務(wù)市場發(fā)展思路，未關(guān)注輔助服務(wù)市場對于提升電力系統(tǒng)靈活性的促進作用。

國外已有文獻(xiàn)針對高比例新能源電力系統(tǒng)的靈活性問題，進行了相關(guān)輔助服務(wù)的研究，且一些國家已經(jīng)設(shè)計了提升系統(tǒng)靈活性的輔助服務(wù)產(chǎn)品或機制。文獻(xiàn)[17]指出快速頻率響應(yīng)服務(wù)是解決電力系統(tǒng)低慣性問題的可行方案，并評估了儲能提供頻率響應(yīng)服務(wù)的能力。文獻(xiàn)[18]分析了新能源在輔助服務(wù)市場中的采購機制與應(yīng)用前景。國外市場經(jīng)驗方面，英國國家電網(wǎng)開發(fā)了增強型頻率響應(yīng)產(chǎn)品（Enhanced Frequency Response, EFR），以提供亞秒級快速頻率響應(yīng)服務(wù)[19]。新冠疫情導(dǎo)致英國用電需求大幅降低，英國國家電網(wǎng)因此開發(fā)了可選擇向下的靈活性管理服務(wù)（Optional Downward Flexibility Management, OFDM）[20]。美國大陸中部獨立系統(tǒng)運營商推出的靈活爬坡產(chǎn)品（Flexible Ramping Product, FRP）)具備在10min內(nèi)達(dá)到MW級輸出的能力[21]。歐盟目前已啟動跨境輔助服務(wù)交易試點項目[22]。

當(dāng)前面向電力系統(tǒng)靈活性提升的輔助服務(wù)相關(guān)研究尚缺乏國外成熟市場的經(jīng)驗總結(jié)，未全面提出新型電力系統(tǒng)輔助服務(wù)市場的發(fā)展思路。因此，本文借鑒國內(nèi)外最新研究成果與項目經(jīng)驗，提出面向新型電力系統(tǒng)靈活性提升的輔助服務(wù)發(fā)展思路，如圖1所示。首先分析新型電力系統(tǒng)的靈活性挑戰(zhàn)以及當(dāng)前我國輔助服務(wù)市場存在的問題；然后充分挖掘源網(wǎng)荷儲側(cè)多元資源的調(diào)節(jié)潛力，分析國內(nèi)外輔助服務(wù)市場中靈活性資源的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景；同時，由于市場制度決定了靈活性資源的配置效率，本文從市場設(shè)計角度，提出輔助服務(wù)產(chǎn)品多元化、管理方式本地化、價格機制合理化、跨省區(qū)資源共享化的靈活性提升方案；最后，在借鑒國外輔助服務(wù)市場建設(shè)及靈活性提升手段的基礎(chǔ)上，切實考慮我國輔助服務(wù)市場建設(shè)的實際情況，提出未來面向靈活性提升的我國輔助服務(wù)市場發(fā)展思路。

圖1 輔助服務(wù)提升新型電力系統(tǒng)靈活性的整體思路

1 輔助服務(wù)提升新型電力系統(tǒng)靈活性的必要性

1.1 新型電力系統(tǒng)的特征變化與靈活性挑戰(zhàn)

1.1.1 新型電力系統(tǒng)特征變化

新型電力系統(tǒng)的核心特征是新能源替代傳統(tǒng)火電成為電力系統(tǒng)主體電源，基本發(fā)展定位是清潔低碳、安全高效[23]。與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相比，新型電力系統(tǒng)主要有以下幾點特征變化：

（1）電源結(jié)構(gòu)逐步調(diào)整，呈現(xiàn)“風(fēng)光領(lǐng)跑、火電保底”態(tài)勢。當(dāng)前電源結(jié)構(gòu)仍以火電為主，未來煤電占比將逐步下降并轉(zhuǎn)變?yōu)椤疤峁╇娏橹?、電量為輔”的備用保障電源。2020年我國火電裝機比重較2011年下降了15.75%，風(fēng)電、光伏裝機比重上升了近20%，預(yù)計2060年新能源發(fā)電裝機占比將達(dá)到70%以上，發(fā)電量占比60%以上[3]，新能源逐步成為提供電量支撐的主體電源。

（2）負(fù)荷側(cè)資源多元化發(fā)展，呈現(xiàn)“產(chǎn)消一體，雙向互動”態(tài)勢。傳統(tǒng)電力負(fù)荷一般指單純消耗電能的用電設(shè)備，如異步電動機、電弧爐和照明設(shè)施等。隨著電動汽車、儲能等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電力負(fù)荷逐步呈現(xiàn)“產(chǎn)消者”特性，即同時具備負(fù)荷特性與電源特性，調(diào)度模式也逐步由傳統(tǒng)的“源隨荷動”向“源荷互動”的新模式轉(zhuǎn)變。

（3）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)優(yōu)化重整，呈現(xiàn)“柔性互聯(lián)、優(yōu)化配置”態(tài)勢。“十三五”期間，現(xiàn)役跨省區(qū)特高壓輸電通道及部分點對網(wǎng)通道平均規(guī)劃配套可再生能源電量占比僅在30%左右[23]。特高壓網(wǎng)架的完善優(yōu)化將進一步推動電力大容量、遠(yuǎn)距離、高可靠傳輸，有效提升低碳能源傳輸效率，并實現(xiàn)送受端協(xié)調(diào)調(diào)峰。

（4）電力系統(tǒng)特性越發(fā)復(fù)雜，呈現(xiàn)“隨機波動、強不確定性”態(tài)勢。風(fēng)光等新能源出力呈現(xiàn)強波動性與隨機性，目前國網(wǎng)經(jīng)營區(qū)域風(fēng)電裝機1.7億kW，日最大波動率約為23%，光伏裝機1.8億kW，日最大波動率約為54%，2020年新能源日最大功率波動約為1.34億kW[24]。電動汽車、儲能等“產(chǎn)消者”呈現(xiàn)強不確定性與交互性，如電動汽車的無序充電，將增大系統(tǒng)負(fù)荷的峰谷差。

1.1.2 新型電力系統(tǒng)靈活性挑戰(zhàn)

滿足新型電力系統(tǒng)源荷平衡的關(guān)鍵在于提升系統(tǒng)靈活性。世界各國對電力系統(tǒng)靈活性的定義不盡相同：IRENA將電力系統(tǒng)靈活性定義為系統(tǒng)在滿足機組出力限制和爬坡限制的前提下，對供給側(cè)與需求側(cè)隨機出力波動作出快速響應(yīng)、維持系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的能力[4]；美國能源創(chuàng)新組織（Energy Innovation: Policy and Technology LLC）將靈活性定義為從秒到季節(jié)不同時間尺度內(nèi)電力系統(tǒng)對供需變化做出反應(yīng)的能力[25]。綜合現(xiàn)有研究，可將電力系統(tǒng)靈活性定義歸納為：電力系統(tǒng)在不同時間尺度內(nèi)，以合理成本維持系統(tǒng)可靠性的同時，應(yīng)對供需波動性和不確定性的能力。

隨著大規(guī)模新能源和電力電子設(shè)備的接入，電力系統(tǒng)“隨機波動、強不確定性”的特征越發(fā)凸顯，給電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行帶來諸多不確定因素，新型電力系統(tǒng)面臨以下靈活性挑戰(zhàn)：

1）系統(tǒng)慣性降低導(dǎo)致調(diào)頻能力不足

電力系統(tǒng)慣性是指在功率不平衡的情況下，同步發(fā)電機向系統(tǒng)注入動能來抵抗系統(tǒng)頻率變化的能力[26-27]。傳統(tǒng)由發(fā)電機主導(dǎo)的電力系統(tǒng)在遭遇擾動時具有強慣性支撐能力，而通過電力電子設(shè)備接入電網(wǎng)的新能源發(fā)電機組不具備轉(zhuǎn)動慣量，因此，以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)在受到擾動后，無法快速提供慣性支撐，系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)能力顯著下降，頻率跌落速度更快、深度更大[28]。2016年9月28日，新能源發(fā)電占比高達(dá)48%的南澳在遭遇極端天氣后，由于電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量低而導(dǎo)致風(fēng)電大規(guī)模脫網(wǎng)，最終演變成持續(xù)50h的全州大停電[29]。2019年8月9日英國電網(wǎng)發(fā)生大面積停電事故，原因是系統(tǒng)慣量不足，無法及時彌補功率缺額，致使風(fēng)機大規(guī)模脫網(wǎng)，切除了部分負(fù)荷[30]。由此可見，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型過程中，必須提升頻率調(diào)節(jié)能力以應(yīng)對低慣性系統(tǒng)帶來的頻率穩(wěn)定問題。

2）無功支撐能力下降導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)壓困難

新能源易造成潮流大幅波動，且新能源機組一般接入低電壓等級電網(wǎng)，與主網(wǎng)的電氣距離是常規(guī)機組的2～3倍[31]，弱化了與主網(wǎng)的電氣聯(lián)系，導(dǎo)致主網(wǎng)短路容量及無功分層分區(qū)平衡能力大幅下降。與此同時，大量直流接入系統(tǒng)，無法提供常規(guī)電源的動態(tài)無功支撐能力。當(dāng)電網(wǎng)受到擾動引起電壓波動時，由于新能源機組耐壓能力不足，容易導(dǎo)致聯(lián)鎖脫網(wǎng)事故[32]。傳統(tǒng)無功調(diào)節(jié)裝置高度離散、動作速度慢，無法滿足新型電力系統(tǒng)的靈活性需求，因此亟需探索可控、靈活、多樣的無功調(diào)節(jié)資源。

3）靈活性資源占比低導(dǎo)致系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力不足

目前國際上新能源發(fā)展較好的國家，具有靈活調(diào)節(jié)性能的機組裝機比重普遍較高，其中，西班牙、德國、美國占比分別為34%、18%、49%[33]。歐盟計劃在2030年以前關(guān)閉所有燃煤電廠，各國“退煤”進度正在加速，因此未來抽水蓄能電站、燃?xì)怆娬?、儲能等靈活調(diào)節(jié)資源將發(fā)揮更大作用[34]。然而，我國靈活調(diào)節(jié)電源裝機比重不足6%，遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家水平，“十三五”期間，我國2.2億kW煤電靈活性改造規(guī)劃目標(biāo)僅完成了四分之一，按照“十四五”與“十五五”年均新增風(fēng)光裝機1.1億kW測算，2025年我國電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)資源缺口達(dá)2億kW[33]。亟須挖掘儲能側(cè)、負(fù)荷側(cè)靈活性資源，多方互濟以增強系統(tǒng)靈活調(diào)節(jié)能力。

4）電力市場機制不完善，影響各類主體提供靈活調(diào)節(jié)服務(wù)的積極性。

新型電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型要求下，靈活性與經(jīng)濟性的矛盾越發(fā)突出。隨著電力系統(tǒng)靈活性需求的增大，源網(wǎng)荷儲各環(huán)節(jié)的建設(shè)和運營成本也隨之增加。新能源出力具有隨機性與波動性，將在短期內(nèi)增加系統(tǒng)消納成本，據(jù)國網(wǎng)能源研究院測算，2025年新能源電量滲透率超過15%后，系統(tǒng)消納成本將達(dá)到2020年的2.3倍[35]。同時海上風(fēng)電場、儲能等新型技術(shù)的投資建設(shè)與運行維護成本較高，導(dǎo)致電力系統(tǒng)建設(shè)總成本不斷攀升。目前我國電力市場機制仍不完善，投入與收益不匹配、價格分?jǐn)偛缓侠淼葐栴}嚴(yán)重影響各方主體提供靈活調(diào)節(jié)服務(wù)的積極性。

1.2 我國輔助服務(wù)市場發(fā)展歷程與現(xiàn)狀及不足

我國輔助服務(wù)市場的發(fā)展先后經(jīng)歷了無償提供、計劃補償與市場化探索三個階段，如圖2所示。2002年以前，沒有單獨的輔助服務(wù)補償機制，而是將輔助服務(wù)與發(fā)電量捆綁結(jié)算；2006年，原國家電監(jiān)會印發(fā)《并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理暫行辦法》與《發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理規(guī)定》（并稱“兩個細(xì)則”），規(guī)定了輔助服務(wù)的有償基準(zhǔn)、考核以及補償?shù)葯C制，自此進入計劃補償階段；2014年，我國首個電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場在東北正式啟動，標(biāo)志著我國輔助服務(wù)進入市場化探索階段；2015年頒布的“9號文”提出以市場化原則建立輔助服務(wù)分擔(dān)共享機制，完善并網(wǎng)發(fā)電企業(yè)輔助服務(wù)考核與補償機制；2017年國家能源局發(fā)布《完善電力輔助服務(wù)補償(市場)機制工作方案》；截至2020年，全國19個地區(qū)已啟動輔助服務(wù)市場，全國范圍基本建立電力輔助服務(wù)市場機制[36-37]。

圖2 我國輔助服務(wù)市場發(fā)展歷程

目前，我國電力市場主要采用政府定價、發(fā)電計劃管理等手段[33]，電力現(xiàn)貨市場尚未建立，輔助服務(wù)市場仍存在一些問題，影響系統(tǒng)靈活性：

（1）市場主體單一，分布式資源在參與市場時遭遇壁壘。目前輔助服務(wù)市場的參與主體以火電資源為主，深度調(diào)峰煤電機組面臨頻繁啟停的成本問題，且不利于電力系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型?？烧{(diào)節(jié)水電資源一般僅在枯水期參與系統(tǒng)靈活性調(diào)節(jié)。需求側(cè)等靈活性資源因自身容量小等問題難以直接參與輔助服務(wù)市場，阻礙了靈活性資源發(fā)揮自身調(diào)節(jié)潛力。

（2）價格機制不完善影響市場主體的參與積極性。我國輔助服務(wù)的補償費用由發(fā)電企業(yè)分擔(dān)，然而輔助服務(wù)作為一種公共產(chǎn)品，費用應(yīng)由所有受益主體共同承擔(dān)。當(dāng)前發(fā)電側(cè)“零和博弈”[38]的輔助服務(wù)市場，使發(fā)電企業(yè)面臨責(zé)任與收益不對等的困境，因此參與市場的積極性不高。

（3）輔助服務(wù)交易的區(qū)域間壁壘依然存在。長期以來省級電力市場間相對封閉獨立，相比于受端省份的平均購電價格，跨省區(qū)交易價格普遍較低，導(dǎo)致跨省區(qū)輔助服務(wù)交易難以開展，阻礙了跨省區(qū)資源的優(yōu)化配置。

因此，有必要全面探索新型電力系統(tǒng)靈活性挑戰(zhàn)下輔助服務(wù)市場的發(fā)展思路，引導(dǎo)多元靈活性資源發(fā)揮調(diào)節(jié)潛力，豐富輔助服務(wù)產(chǎn)品，完善價格機制，不斷提升電力系統(tǒng)的靈活性。

2 挖掘多元靈活性資源提供輔助服務(wù)

靈活性資源是指具備靈活調(diào)節(jié)能力、維持系統(tǒng)動態(tài)供需平衡的各類資源[39]。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)靈活性資源以火電和抽水蓄能電站為主，隨著可再生能源、儲能等新興技術(shù)的發(fā)展以及需求響應(yīng)等機制的不斷完善，應(yīng)逐步形成源網(wǎng)荷儲多元靈活性資源庫，以更廣泛的類型、更強大的調(diào)節(jié)性能保障電力系統(tǒng)的實時動態(tài)供需平衡與安全穩(wěn)定。

2.1 靈活性資源分類

2.1.1 源側(cè)靈活性資源

1）火電資源

在未來由新能源主導(dǎo)的電力系統(tǒng)中，經(jīng)靈活性改造的火電機組將以其經(jīng)濟優(yōu)勢承擔(dān)更多系統(tǒng)調(diào)節(jié)的保障作用。中國電力企業(yè)聯(lián)合會發(fā)布的報告《煤電機組靈活性運行與延壽運行研究》中指出，煤電靈活性改造具有較大經(jīng)濟優(yōu)勢，煤電靈活性改造單位kW調(diào)峰容量成本約為500～1 500元，遠(yuǎn)低于抽水蓄能、儲能電站等其他調(diào)節(jié)手段，2025年煤電提供的靈活性資源占比可能超過50%，未來煤電仍將是靈活性資源的供應(yīng)主體[40]。燃?xì)獍l(fā)電以熱電聯(lián)產(chǎn)為主，但熱電聯(lián)產(chǎn)機組爬坡速度較慢，調(diào)節(jié)能力有限，不適用于提供快速輔助服務(wù)。截至2019年底，我國氣電規(guī)模9 022萬kW，熱電聯(lián)產(chǎn)機組占比70%以上，調(diào)節(jié)能力僅為額定容量的10%～15%[41]。

2）水電資源

水電機組響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)能力強，常規(guī)水電機組標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)速率為額定容量的20%/min，且響應(yīng)時間小于20s[42]，在電力系統(tǒng)中起調(diào)頻、調(diào)峰和備用作用。國家電網(wǎng)發(fā)布的《服務(wù)碳達(dá)峰碳中和構(gòu)建新型電力系統(tǒng)加快抽水蓄能開發(fā)建設(shè)重要舉措》中明確指出，“十四五”期間要在新能源集中開發(fā)地區(qū)和負(fù)荷中心新增開工2 000萬kW以上裝機、1 000億元人民幣以上投資規(guī)模的抽水蓄能電站[43]，充分發(fā)揮抽水蓄能電站的靈活調(diào)節(jié)能力。

3）風(fēng)電、光伏等可再生資源

作為靈活性需求的關(guān)鍵驅(qū)動因素，風(fēng)電、光伏等可再生能源通常因其自身波動性與不確定性被認(rèn)為是不可調(diào)節(jié)資源，但目前已有研究表明風(fēng)光等可再生能源具備提供輔助服務(wù)的能力[44]。風(fēng)機可通過變槳距角控制[45]、下垂控制[46]、虛擬慣量控制[47]、超速控制[48]等方式模擬同步發(fā)電機，為系統(tǒng)提供慣性支撐。文獻(xiàn)[49]研究了光伏電站如何使用離線最大功率點跟蹤和可變下垂控制來支持頻率控制輔助服務(wù)。我國頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T19963—2011《風(fēng)電場接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定》指出，風(fēng)電場應(yīng)符合DL/T 1040的規(guī)定，具備參與電力系統(tǒng)調(diào)峰、調(diào)頻和備用的能力[50]。據(jù)澳大利亞國家電力規(guī)則要求，并網(wǎng)可再生能源電廠要在每5min調(diào)度周期內(nèi)提供頻率控制輔助服務(wù)[51]。

4）核電資源

核電通常作為基荷滿功率運行[52]，然而大規(guī)模核電作為基荷會增加系統(tǒng)調(diào)峰壓力[53]，易導(dǎo)致棄風(fēng)棄光棄水，世界各國開始關(guān)注核電的靈活性潛力?！昂四軇?chuàng)新：清潔能源未來”（NICE Future）是清潔能源部長級會議發(fā)起的一項國際倡議，于2020年9月發(fā)布的報告《靈活性核能促進清潔能源系統(tǒng)》[54]中指出，核電系統(tǒng)可以通過靈活地增、減電力輸出以匹配電網(wǎng)需求。法國、瑞典等國已擁有核電機組參與電網(wǎng)調(diào)峰的經(jīng)驗[55-56]，當(dāng)前國外多個組織正在研究如何提高反應(yīng)堆調(diào)峰速度，并使其能源產(chǎn)品多樣化。

2.1.2 網(wǎng)側(cè)靈活性資源

電網(wǎng)側(cè)靈活性資源種類少，技術(shù)要求較高，主要通過電網(wǎng)互聯(lián)互濟、微電網(wǎng)與柔性輸電技術(shù)來提升靈活性。電網(wǎng)互聯(lián)互濟允許在某地發(fā)電資源已經(jīng)達(dá)到最大輸出時，由鄰近地區(qū)的發(fā)電資源來滿足負(fù)荷需求，利用各地區(qū)用電的非同時性進行負(fù)荷調(diào)整，實現(xiàn)跨區(qū)靈活性資源共享，減少裝機容量和備用容量。柔性輸電技術(shù)可以在不改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況下，提升電壓和潮流的可控性。微電網(wǎng)并網(wǎng)運行時，可以作為大小可變的智能負(fù)荷，在數(shù)秒內(nèi)響應(yīng)系統(tǒng)的靈活性需求。

2.1.3 需求側(cè)靈活性資源

需求側(cè)靈活性資源主要包括可調(diào)節(jié)負(fù)荷、電動汽車、用戶側(cè)儲能等小型且分散的“產(chǎn)消者”，隨著用戶側(cè)智能化、自動化水平的不斷提升，需求側(cè)資源可更大程度地發(fā)揮其靈活可控潛力。但由于需求側(cè)資源分散、用戶用能差異性較大、可調(diào)負(fù)荷規(guī)模不大等問題，需求側(cè)靈活性資源難以直接參與集中市場，因此，需要通過聚合商代理、虛擬電廠等形式提供輔助服務(wù)，以先進通信技術(shù)實現(xiàn)內(nèi)部分散式資源的統(tǒng)一管理與調(diào)度。根據(jù)美國國家可再生能源實驗室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）的《電氣化未來研究》報告顯示，電力需求側(cè)靈活性減少了化石燃料發(fā)電機的低負(fù)荷小時數(shù)，減少了燃?xì)怆姀S的啟動和關(guān)閉次數(shù)，在需求側(cè)靈活性最大的場景下，每年可節(jié)省高達(dá)100億美元的運營成本，同時避免化石燃料的消耗，降低約8.3%的年二氧化碳排放量[57]。專家預(yù)測，“十四五”期間，我國負(fù)荷尖峰化問題將進一步加重，亟須推進需求側(cè)資源在削峰填谷、緩解電力供需矛盾、促進新能源消納方面的作用。預(yù)計到2025年，我國電力需求響應(yīng)規(guī)模有望達(dá)到7 000萬kW，占最大負(fù)荷的4%左右[58]。

2.1.4 儲能側(cè)靈活性資源

儲能作為靈活快速的調(diào)節(jié)資源，不僅可以平抑負(fù)荷波動，還可與新能源電站聯(lián)合運行，顯著提高新能源的利用效率?，F(xiàn)有的儲能技術(shù)主要包括電池儲能、抽水蓄能、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等[59]。文獻(xiàn)[60]仿真結(jié)果表明，儲能的一次調(diào)頻效率是水電機組的1.4倍、燃?xì)鈾C組的2.2倍、煤電機組的24倍。國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《關(guān)于加快推動新型儲能發(fā)展的指導(dǎo)意見(征求意見稿)》中明確了儲能產(chǎn)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，力爭到2025年實現(xiàn)新型儲能裝機規(guī)模達(dá)到3 000萬kW[61]。目前儲能具有提供短期靈活性服務(wù)的巨大潛力，同時許多國家正在探索儲能滿足中長期靈活性需求的解決方案。美國高級研究計劃局能源（Advanced Research Projects Agency-Energy, ARPA-E）正在實施一個名為“延長儲能持續(xù)放電時間”（Duration Addition to electricitY Storage, DAYS）的項目，旨在開發(fā)持續(xù)放電時間在10～100h之間的儲能系統(tǒng)[62]。

2.2 靈活性資源特征比較

靈活性資源特征化是評估不同資源調(diào)節(jié)能力的重要前提步驟，通常選取調(diào)節(jié)方向、響應(yīng)時間、爬坡速率、服務(wù)持續(xù)時間和調(diào)節(jié)容量等作為指標(biāo)[63]。響應(yīng)時間即激活信號發(fā)出至靈活性資源響應(yīng)的時間間隔；爬坡速率是指可調(diào)機組單位時間內(nèi)最大爬坡功率占額定功率的百分比；可調(diào)容量占比是指資源的可調(diào)節(jié)容量占自身額定容量的百分比。通過整理歷史數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)資料[64-68]，本節(jié)以響應(yīng)時間、爬坡速率和可調(diào)容量占比為指標(biāo)，對比不同靈活性資源的調(diào)節(jié)能力，如圖3所示。

由圖3可知，功率型儲能（如飛輪儲能、電池儲能等）具備秒級快速響應(yīng)能力，能量型儲能（如抽水蓄能、壓縮空氣儲能等）響應(yīng)速度相比于功率型儲能較慢，成本低但容量大，適用于平抑近小時級波動；AGC是能量管理的重要組成部分，能夠快速響應(yīng)負(fù)荷變化，火電機組對AGC指令的響應(yīng)時間小于1min，水電機組AGC響應(yīng)時間小于10s；水電機組爬坡速率約為20%/min～40%/min；以單循環(huán)燃?xì)鈾C組為代表的快速調(diào)節(jié)燃?xì)鈾C組適合參與短時間尺度調(diào)節(jié)，響應(yīng)時間通常小于15min，爬坡速率一般為6%/min ～10%/min，聯(lián)合循環(huán)燃?xì)鈾C組的響應(yīng)時間接近一小時，爬坡速率一般為3%/min ～4%/min左右；負(fù)荷側(cè)資源具備主動響應(yīng)系統(tǒng)功率波動的能力，可控負(fù)荷作為需求側(cè)管理的手段之一，可以為系統(tǒng)提供需求側(cè)靈活性資源，其響應(yīng)時間從min級到數(shù)十min級不等，其快速響應(yīng)能力可以滿足系統(tǒng)負(fù)荷需求變化的要求，其中可中斷負(fù)荷的可調(diào)容量在5%左右，可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的可調(diào)容量可以達(dá)到約40%；燃煤機組適用于小時級靈活性調(diào)節(jié)，爬坡速率通常在1%/min左右，可調(diào)容量約為自身容量的60%。

圖3 靈活性資源特征對比

新能源的波動性與不確定性增加了電力系統(tǒng)對短期靈活性的需求，因此在未來新型電力系統(tǒng)背景下，需要大力推動儲能參與輔助服務(wù)市場，充分發(fā)揮其響應(yīng)速度快、調(diào)節(jié)容量大的優(yōu)勢。

2.3 各國靈活性資源參與輔助服務(wù)市場的現(xiàn)狀與前景

為應(yīng)對未來新能源主導(dǎo)型電力系統(tǒng)的靈活性需求，世界各國正在充分調(diào)動多元靈活性資源參與輔助服務(wù)市場。國際能源署（International Energy Agency, IEA）在2019年報告中對比了2018年與未來2040年預(yù)想場景下，美國、歐盟、中國與印度四個國家的靈活性資源占比情況，如圖4所示[69]。由圖4可以看出，未來水電、氣電和煤電仍然是主要的靈活性供給電源，但需求響應(yīng)、儲能資源以及區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的占比會逐步提升。預(yù)計到2040年，燃?xì)獍l(fā)電仍是美國電力系統(tǒng)靈活性的主要提供者；歐盟地區(qū)主要通過區(qū)域互聯(lián)提升靈活性；中國主要通過煤電機組與區(qū)域互聯(lián)提供系統(tǒng)靈活性；印度則會擴大儲能規(guī)模。

圖4 2018年與2040年四國靈活性資源占比圖

1）歐洲靈活性資源參與輔助服務(wù)的應(yīng)用情況

歐洲電網(wǎng)輸電系統(tǒng)運營商（European Network of Transmission System Operators for Electricity，ENTSO-E）發(fā)布的《2019年輔助服務(wù)采購調(diào)查與平衡市場設(shè)計》[70]中報告了歐洲各國參與輔助服務(wù)市場的靈活性資源分布情況如圖5所示。以頻率控制備用服務(wù)（Frequency Containment Reserves, FCR）為例，由圖5可知，西班牙提供FCR的資源以傳統(tǒng)火電機組與抽水蓄能電站為主，法國與德國則由火電機組、抽水蓄能、負(fù)荷與儲能資源提供FCR服務(wù)，其他國家主要以火電機組作為靈活性資源。2009年，德國出臺政策允許可再生能源機組、儲能系統(tǒng)和工業(yè)負(fù)荷與傳統(tǒng)發(fā)電機組一起參與平衡市場。從2009年到2015年，德國輔助服務(wù)采購成本減少了70%，RES裝機容量增加了200%[71]。這一經(jīng)驗表明，允許新的靈活性資源參與輔助服務(wù)市場有助于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，同時降低成本。

圖5 歐洲地區(qū)FCR輔助服務(wù)的資源分布情況

2）美國靈活性資源參與輔助服務(wù)的應(yīng)用情況

據(jù)美國能源部發(fā)布的《2021年美國水電市場報告》顯示，2010年～2019年，美國抽水蓄能電站容量僅增長了約6%（20 567～21 900MW），其中僅有42MW的Olivenhain-Hodges電站屬于新建，其余都是存量機組擴容；收入方面，抽蓄電站主要從容量市場、電能量市場和輔助服務(wù)市場獲取收入，PJM地區(qū)典型抽蓄電站Seneca約有20%的收入來自輔助服務(wù)市場[72]。風(fēng)電、光伏資源方面，2018年美國聯(lián)邦能源監(jiān)管委員會（Federal Energy Regulatory Commission, FERC）的一項規(guī)定要求由風(fēng)能和太陽能資源提供主要頻率響應(yīng)服務(wù)[73]。

3）我國靈活性資源參與輔助服務(wù)的應(yīng)用情況

我國目前大多數(shù)輔助服務(wù)產(chǎn)品僅限于火電與可調(diào)節(jié)水電資源。為引導(dǎo)多元靈活性資源參與輔助服務(wù)市場，全國各地陸續(xù)出臺了指導(dǎo)意見[74-75]，也有一些地區(qū)的輔助服務(wù)市場開展了相關(guān)試點項目。內(nèi)蒙古杭錦儲能調(diào)頻項目幫助杭錦發(fā)電廠在AGC調(diào)頻上扭虧為盈[76]。冀北虛擬電廠示范工程總?cè)萘?6萬kW，接入了分布式光伏、可調(diào)式工商業(yè)、電動汽車充電站、儲能等11類可調(diào)資源，可調(diào)容量約4萬kW?h，虛擬電廠作為第三方獨立主體參與華北電力調(diào)峰輔助服務(wù)市場，商運后的四個月調(diào)節(jié)里程達(dá)785萬kW?h，總收益約160.4萬元[77]。2021年8月30日國家能源局綜合司發(fā)布《并網(wǎng)主體并網(wǎng)運行管理規(guī)定（征求意見稿）》與《電力系統(tǒng)輔助服務(wù)管理辦法（征求意見稿）》[78]，首次在國家層面正式明確用戶可調(diào)節(jié)負(fù)荷與新型儲能的并網(wǎng)主體地位，新的輔助服務(wù)提供主體包含了火電、水電、風(fēng)電、光伏發(fā)電、核電、抽水蓄能、新型儲能以及用戶側(cè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷（包括以虛擬電廠、聚合商等形式聚合的可調(diào)節(jié)負(fù)荷），電力輔助服務(wù)市場主體日趨多元化，源網(wǎng)荷儲側(cè)靈活性資源的參與必將成為趨勢。

3 輔助服務(wù)市場設(shè)計角度提升電力系統(tǒng)靈活性

靈活性資源的調(diào)節(jié)潛力不僅取決于其自身性能，還依賴市場機制與相關(guān)政策的設(shè)計。源網(wǎng)荷儲側(cè)靈活性資源在提供各類輔助服務(wù)時，必須通過市場獲得相應(yīng)的回報，從而有效保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。本節(jié)總結(jié)國內(nèi)外文獻(xiàn)報告與項目經(jīng)驗，從輔助服務(wù)產(chǎn)品多元化、采購與管理方式本地化、價格機制合理化以及跨省區(qū)資源共享化四個方面探討輔助服務(wù)市場設(shè)計角度提升電力系統(tǒng)靈活性的思路。

3.1 輔助服務(wù)產(chǎn)品多元化

本節(jié)以歐洲和美國得州為代表，歸納國外輔助服務(wù)產(chǎn)品傳統(tǒng)類型及其最新改進，并以響應(yīng)時間和服務(wù)持續(xù)時間作為指標(biāo)，對比國外與我國輔助服務(wù)產(chǎn)品種類的應(yīng)用時間尺度。

3.1.1 國外輔助服務(wù)產(chǎn)品及其更新

北歐基本將輔助服務(wù)分為三大類：頻率控制類、電壓控制類與其他類型（黑啟動、負(fù)荷跟蹤等）。頻率控制類與電壓控制類產(chǎn)品見表1[79]。

表1 北歐輔助服務(wù)產(chǎn)品

Tab.1 Nordic ancillary services products

美國得州電力可靠性委員會（Electric Reliability Council of Texas, ERCOT）將輔助服務(wù)產(chǎn)品分為三類：調(diào)頻服務(wù)（Regulation Servic, RS）、響應(yīng)備用服務(wù)（Responsive Reserve Service, RRS）和非旋轉(zhuǎn)備用（Non-spin Reserve Service, NSRS）。目前，ERCOT輔助服務(wù)市場增加了緊急備用服務(wù)產(chǎn)品（ERCOT Contingency Reserve Service, ECRS）[80]，旨在當(dāng)RRS資源耗盡或系統(tǒng)爬坡能力不足時提供備用容量。新型ERCOT輔助服務(wù)產(chǎn)品類型見表2。

表2 美國得州輔助服務(wù)產(chǎn)品

Tab.2 Texas ancillary service products

當(dāng)前世界上新能源發(fā)展較好的國家均面臨著系統(tǒng)慣性下降而導(dǎo)致的頻率穩(wěn)定問題。2011年愛爾蘭和北愛爾蘭啟動建立含快速頻率響應(yīng)（Fast Frequency Response, FFR）的輔助服務(wù)項目DS3[81]；2018年英國國家電網(wǎng)[82]和美國ERCOT市場[83]相繼開展了FFR產(chǎn)品的研究。這種新型調(diào)頻產(chǎn)品以數(shù)百ms級的響應(yīng)速度在一次調(diào)頻響應(yīng)前快速動作，與同步慣量響應(yīng)共同抑制頻率變化，且FFR由負(fù)荷、風(fēng)電、儲能等資源提供[84]。各國根據(jù)自身電力系統(tǒng)特點開發(fā)了不同F(xiàn)FR子產(chǎn)品，具體區(qū)別見表3。

表3 不同國家FFR產(chǎn)品對比

Tab.3 Comparison of FFR in different countries

3.1.2 我國輔助服務(wù)產(chǎn)品及其不足

我國輔助服務(wù)交易品種根據(jù)“兩個細(xì)則”劃分為基本輔助服務(wù)與有償輔助服務(wù)?；据o助服務(wù)包括基本調(diào)峰、一次調(diào)頻與基本無功調(diào)節(jié)等；有償輔助服務(wù)包括AGC、自動電壓控制（Automatic Voltage Control, AVC）、有償調(diào)峰、有償無功調(diào)節(jié)、旋轉(zhuǎn)備用與黑啟動等[85]。各地區(qū)輔助服務(wù)市場產(chǎn)品以調(diào)峰、調(diào)頻和黑啟動服務(wù)為主，備用服務(wù)只在東北[86]、華東[87]部分地區(qū)開展了模擬運行。

將國外產(chǎn)品與我國產(chǎn)品按服務(wù)持續(xù)時間、響應(yīng)時間進行分類，可以直觀體現(xiàn)不同輔助服務(wù)產(chǎn)品的應(yīng)用時間尺度，北歐、美國得州、中國輔助服務(wù)產(chǎn)品對比如圖6所示。由圖6中比較可得，我國當(dāng)前輔助服務(wù)產(chǎn)品種類較少，尤其缺乏快速響應(yīng)類產(chǎn)品，應(yīng)逐步完善輔助服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化體系，適當(dāng)增加爬坡類、系統(tǒng)慣性類等交易品種，以滿足系統(tǒng)不同時間段的靈活性需求。

圖6 北歐、美國得州、中國輔助服務(wù)產(chǎn)品對比

3.2 管理方式本地化

傳統(tǒng)輔助服務(wù)市場的建立是為了管理輸電層面的供需變化，然而，隨著分布式電源、儲能與主動負(fù)荷的大量部署，TSOs（transmission system operators）和DSOs（distributed system operators）對靈活性服務(wù)提出了更高需求。應(yīng)逐步允許配網(wǎng)中的分布式資源（Distributed Energy Resources, DERs）參與輔助服務(wù)市場，由DSOs進行本地直接管理，如電壓調(diào)節(jié)、阻塞管理等，DSOs還可以和TSOs協(xié)同參與輔助服務(wù)市場，為整個系統(tǒng)提供備用、頻率控制等服務(wù)。歐洲SmartNet研究項目提出了五種不同的TSO-DSO協(xié)同機制，并對未來2030年西班牙、丹麥和意大利三國場景進行了仿真模擬，通過成本效益分析確定適用于各國的TSO-DSO協(xié)同機制[88-89]。這五種協(xié)同機制分別是：

（1）集中輔助服務(wù)市場模式（Centralized AS Market Model），即TSO直接與DER簽訂輔助服務(wù)合同，配電網(wǎng)不進行阻塞管理。

（2）本地輔助服務(wù)市場模式（Local AS Market Model）。DSO是靈活的本地市場運營商，對本地市場進行出清。作為聚合商的商業(yè)市場參與者（Commercial Market Players, CMP）不能直接參與TSOs市場。具體流程如圖7所示：首先DSO根據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息驗證注冊的投資組合是否能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品交付，然后CMP向DSO提交投標(biāo)。DSO進行最優(yōu)潮流（Optimal Power Flow, OPF）分析，檢測潛在的網(wǎng)絡(luò)堵塞。CMP激活其投資組合中的資源。在解決所有局部約束條件后，剩余投標(biāo)將由DSO代表CMP在由TSO運營的集中輔助服務(wù)市場上進行交易，同時確保只有符合DSO網(wǎng)絡(luò)約束的投標(biāo)才能參與輔助服務(wù)市場。TSO負(fù)責(zé)輸電層面輔助服務(wù)市場的運營，輸電網(wǎng)的資源和經(jīng)DSO聚合后的配網(wǎng)資源均可參與。

圖7 本地輔助服務(wù)市場模式交易流程

（3）平衡責(zé)任分擔(dān)模式（Shared Balancing Responsibility Model）。TSO和DSO之間按預(yù)先設(shè)定好的平衡責(zé)任進行分擔(dān)。DSO管理本地阻塞，利用本地DER平衡市場，不向TSOs提供分布式資源。輸電網(wǎng)層面有一個單獨的輔助服務(wù)市場來管理輸電側(cè)資源。

（4）TSO-DSO公共輔助服務(wù)市場模式（Common TSO-DSO AS Market Model）。TSO和DSO之間無優(yōu)先級，共同管理系統(tǒng)平衡與阻塞，資源的分配基于系統(tǒng)總成本最小化目標(biāo)。

（5）綜合靈活市場模式（Integrated Flexibility Market Model）。不論是受監(jiān)管的市場主體（TSOs、DSOs），還是不受監(jiān)管的市場主體，如平衡責(zé)任方（Balance Responsible Parties, BRPs）和商業(yè)市場參與者CMPs，市場均向各主體開放，任何一方都沒有資源優(yōu)先權(quán)，按支付意愿最高的原則分配。

表4對比了以上五種協(xié)同機制中DSO的角色、市場運營商以及配網(wǎng)中靈活性資源的分配優(yōu)先級。

表4 五種TSO-DSO協(xié)同方案對比

Tab.4 Comparison of the five coordination schemes

TSO-DSO協(xié)同機制的選擇取決于多種因素，如輔助服務(wù)類型、系統(tǒng)正常運行與緊急狀態(tài)、當(dāng)前市場機制等，各協(xié)同方案實施的可行性在很大程度上取決于市場監(jiān)管機制。未來應(yīng)不斷提高配電市場的自主化程度，采取更多的舉措來容納DERs參與輔助服務(wù)市場，有效利用本地靈活性資源緩解網(wǎng)絡(luò)阻塞，采用輸配結(jié)合的方式管理系統(tǒng)輔助服務(wù)。

3.3 價格機制合理化

國內(nèi)外輔助服務(wù)市場的價格機制主要分為四種：無償服務(wù)、管制價格、雙邊協(xié)議與競價交易[85,90]。無償服務(wù)與管制價格皆由調(diào)度中心安排，各發(fā)電機組按照調(diào)度中心指令提供輔助服務(wù)，我國目前仍主要采用這兩種方式：一次調(diào)頻與基本無功輔助服務(wù)由發(fā)電機組無償提供；AGC、備用、黑啟動等根據(jù)“兩個細(xì)則”進行補償。雙邊協(xié)議與競價交易均屬于市場機制，在國外輔助服務(wù)市場應(yīng)用廣泛。不同價格機制對比見表5。

表5 輔助服務(wù)價格機制對比

Tab.5 Comparison of pricing mechanisms for ancillary services

市場的設(shè)計要能夠通過價格信號反映電力系統(tǒng)對靈活性的需求，從而為市場參與者提供相應(yīng)的經(jīng)濟激勵。我國目前采用的價格機制無法真實反映產(chǎn)品價格與市場供需的關(guān)系，補償方式不合理導(dǎo)致市場主體的積極性減弱，因此，需要建立合理的價格機制，讓市場主體在價格信號引導(dǎo)下主動參與靈活調(diào)節(jié)，而非被動等待調(diào)度指令。近年來，我國一些試點地區(qū)正在逐步完善輔助服務(wù)市場建設(shè)，試圖采用市場競爭方式確定輔助服務(wù)的提供方及其對應(yīng)的服務(wù)價格。例如，南方區(qū)域調(diào)頻輔助服務(wù)市場在試運行期間采用日前集中競價、日內(nèi)統(tǒng)一出清的交易模式[91]；東北調(diào)峰輔助服務(wù)市場根據(jù)火電機組調(diào)峰深度的不同，采用“階梯式”報價與補償機制，按照各檔實際出清價格進行結(jié)算[12]。

3.4 跨省區(qū)資源共享化

在迎峰度夏期間，全國多地電網(wǎng)負(fù)荷與用電量連創(chuàng)新高，能源輸出省份出現(xiàn)電力供應(yīng)缺口[92]，在該種緊急狀態(tài)下，跨省跨區(qū)輔助服務(wù)可以提升區(qū)域間互濟支援能力，相鄰區(qū)域電力系統(tǒng)間可以實現(xiàn)資源共享，幫助抵消計劃電力生產(chǎn)/需求預(yù)期和實際電力系統(tǒng)需求之間的差異，促進電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

歐洲已開展大規(guī)?？缇齿o助服務(wù)項目，由丹麥、瑞士、法國等國的多家TSO參與的FCR公共輔助市場已取得顯著成果[22]，跨國拍賣模式使得TSO以最低成本采購FCR產(chǎn)品，同時提高了采購效率與電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。我國也正在積極推進跨省區(qū)輔助服務(wù)市場建設(shè)。國家能源局印發(fā)的《2021年能源監(jiān)管工作要點》中提到，要完善跨省區(qū)電力輔助服務(wù)交易機制，推進川渝省間、南方區(qū)域輔助服務(wù)市場建設(shè)[93]。文獻(xiàn)[94]借鑒歐洲備用輔助服務(wù)市場機制，提出貴州與云南開展跨省區(qū)備用市場的建議。但我國華北、三北、華中、南方等不同區(qū)域的市場機制不同，跨省區(qū)交易的壁壘仍然存在，需要政策制定者發(fā)揮協(xié)調(diào)作用，確保電力系統(tǒng)的不同政策框架和制度安排得到充分協(xié)調(diào)，確保不同區(qū)域內(nèi)的靈活性資源能夠有效共享。

4 面向靈活性提升的我國輔助服務(wù)市場發(fā)展思路

為應(yīng)對未來新型電力系統(tǒng)的靈活性挑戰(zhàn)，需要合理借鑒國外市場經(jīng)驗，建立適應(yīng)我國國情的輔助服務(wù)市場機制，因此，本文針對面向靈活性提升的我國輔助服務(wù)市場總結(jié)出以下四點發(fā)展思路：

（1）挖掘靈活性資源調(diào)節(jié)潛力，形成多元化輔助服務(wù)市場參與主體。目前我國大部分地區(qū)仍主要以火電機組作為輔助服務(wù)提供者，未來應(yīng)鼓勵并引導(dǎo)儲能、可控負(fù)荷、電動汽車等多元資源參與輔助服務(wù)，進一步擴大市場主體范圍，以市場化手段激勵多元主體釋放靈活調(diào)節(jié)潛力。

（2）探索開發(fā)多元輔助服務(wù)產(chǎn)品。我國目前輔助服務(wù)產(chǎn)品以AGC與調(diào)峰為主，在電力現(xiàn)貨市場運行成熟、價格信號趨于完善后，可以通過實時市場逐步淘汰調(diào)峰產(chǎn)品。未來應(yīng)健全備用、調(diào)頻等輔助服務(wù)產(chǎn)品類型，在新能源比例較高的地區(qū)，探索建立快速頻率響應(yīng)、快速爬坡等輔助服務(wù)產(chǎn)品。

（3）輸配結(jié)合管理輔助服務(wù)資源。我國目前仍由TSO采購與管理輔助服務(wù)，未來應(yīng)引導(dǎo)更多配網(wǎng)中的分布式資源參與輔助服務(wù)市場，由DSO管理本地靈活性資源，TSO與DSO協(xié)同運營輔助服務(wù)市場。同時還應(yīng)探索跨省區(qū)輔助服務(wù)市場，打破省間電力交易壁壘，實現(xiàn)跨區(qū)域資源合理備用。

（4）完善輔助服務(wù)價格機制。我國目前輔助服務(wù)市場的價格機制不盡合理，削弱了多方主體參與市場的積極性。未來應(yīng)采用市場競爭方式確定輔助服務(wù)的提供方，精細(xì)量化評估不同資源提供輔助服務(wù)的能力，因地制宜區(qū)分不同類別用電特性電力用戶的分擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)，公平核算不同輔助服務(wù)對應(yīng)的價格，根據(jù)“誰提供，誰獲利；誰受益、誰承擔(dān)”的原則，將輔助服務(wù)成本疏導(dǎo)至用戶側(cè)。

5 結(jié)論

本文綜合考慮未來新型電力系統(tǒng)靈活性挑戰(zhàn)下我國輔助服務(wù)市場的發(fā)展需求，對國內(nèi)外最新文獻(xiàn)和項目報告進行研究，從輔助服務(wù)角度探討提升新型電力系統(tǒng)靈活性的思路。根據(jù)靈活性資源分類及其在國內(nèi)外輔助服務(wù)市場的應(yīng)用情況，體現(xiàn)挖掘靈活性資源調(diào)節(jié)潛力的必要性；根據(jù)國內(nèi)外輔助服務(wù)產(chǎn)品的分類及對比，體現(xiàn)開發(fā)多元化輔助服務(wù)產(chǎn)品的必要性；根據(jù)歐洲SmartNet項目提出的五種TSO-DSO協(xié)同方案，體現(xiàn)TSO與DSO協(xié)同運營輔助服務(wù)市場的必要性；根據(jù)國內(nèi)外價格機制對比以及我國部分試點地區(qū)對輔助服務(wù)價格機制的改革，體現(xiàn)完善價格機制的必要性；根據(jù)我國目前省間輔助服務(wù)交易存在的壁壘，體現(xiàn)跨省區(qū)資源共享的必要性。最后對我國當(dāng)前輔助服務(wù)市場提出發(fā)展思路，以應(yīng)對新型電力系統(tǒng)的靈活性挑戰(zhàn)。希望本文能夠為新型電力系統(tǒng)下我國輔助服務(wù)市場的建設(shè)提供新思路，特別是為輔助服務(wù)提升系統(tǒng)靈活性提供研究方向。

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（編輯 赫 蕾）

A Review of Domestic and Foreign Ancillary Services Market for Improving Flexibility of New Power System

Wu Shan1Bian Xiaoyan1Zhang Jingxian2Lin Yi3Lin Weiwei3

（1. Shanghai University of Electric Power Shanghai 200090 China 2. Zhengzhou Electric Power College Zhengzhou 450000 China 3. State Grid Fujian Power Economic Research Institute Fuzhou 350012 China）

The participants and market mechanism of traditional ancillary service market in China cannot cope with the flexibility challenge of the power system dominated by high proportion of renewable energy in the future. Therefore, it is necessary to explore the development ideas of ancillary service market under the challenge of flexibility of new power system. Based on domestic and foreign literature, reports and project experience, this paper comprehensively proposes an ancillary service market development plan for new power system flexibility enhancement from the perspective of flexibility resources and market design. (1) Tap the potential of flexible resource regulation and form diversified auxiliary service market participants. Diversified resources such as energy storage, controllable load and electric vehicles should be encouraged and guided to participate in auxiliary services, and the scope of market players should be further expanded, so as to encourage diverse players to release their flexible regulation potential by market-based means. (2) Explore and develop diversified auxiliary service products. When the spot market is mature and the price signals tend to be perfect, the peak-regulating products can be phased out through the real-time market. The types of auxiliary service products such as standby and frequency modulation should be improved. In areas with a high proportion of new energy, the establishment of auxiliary service products such as fast frequency response and fast slope climbing should be explored. (3) Combined management of auxiliary service resources. More distributed resources in the distribution network are guided to participate in the auxiliary service market. DSO manages local flexible resources, and TSO collaborates with DSO to operate the auxiliary service market. Explore the inter-provincial auxiliary service market, break the inter-provincial electricity trade barriers, and realize the reasonable reserve of trans-regional resources. (4) Improving the pricing mechanism for auxiliary services. Market competition is adopted to determine the providers of auxiliary services, and the ability of different resources to provide auxiliary services is assessed quantitatively and precisely. The corresponding prices of different auxiliary services are calculated fairly, and the cost of auxiliary services is channeled to users according to the principle of "who benefits and who shares".

Ancillary service market, flexibility, new power system, generation network load storage

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.211730

TM73

國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金資助項目（51807114）。

2021-10-29

2021-12-14

吳 珊 女，1998年生，碩士研究生，研究方向為電力系統(tǒng)靈活性、電力市場。E-mail：wushan1998@163.com

邊曉燕 女，1976年生，博士，教授，研究方向為新能源并網(wǎng)與消納、電力電子化電力系統(tǒng)穩(wěn)定與控制等。E-mail：kuliz@163.com（通信作者）

（編輯 赫 蕾）