（电力系统及其自动化专业论文）电力市场下agc辅助服务交易的研究.pdf

东北电力大学硕卜学位论文 a b s t r a c t p o w e rm a r k e tr e f o r mi sf l o u r i s h i n ga l lo v e rt h ew o d d w ea r ep r e p a r i n gs u p p l y s i d ep o w e rm a r k e t , a n dm a k i n ge x p e r i m e n t si nz h e j i a n gp r o v i n c ea n do t h e ra r e 勰a s w e l l p o w e rm a r k e tr e f o r m i n gi sai n e v i t a b l et e n d e n c y i np l a n n e de c o n o m y p a t t e r n , t h eo b j e c t i v eo f a g cp a r t i c i p a t i n gi nt h ef r e q u e n c y a n dt i e - l i n ep o w e rc o n t r o lw a so n l yt of f l l s u r et h eo p e r a t i o ns t a b i l i t yo fp o w e rs y s t e m i ni g n o r a n c eo fe c o n o m yf a c t o r t h ed i s p a t c h i n gc e n t e ra s s i g n e da g cr e g u l a t i o n b a s e do nu n i tp e r f o r m a n c e sa n ds y s t e mr e q u i r e m e n t t h ei n c o m eo fa p o w e rp l a n t w a so n l yd e c i d e db yi t sg e n e r a t e de n e r g yw h i l ei n d e p e n d e n to f a g c r v i c es u p p l i e d b yi t w i t ht h er e f o r mo f o p e r a t i o nm e c h a n i s ma n dt h ef o r m a t i o no f e l e c t r i c i t ym a r k e t , t h es y s t e mf r e q u e n c yr e g u l a t i o ni sn o to n l yo n es i m p l ed i s p a t c hi s s u e b e c a u s eo f t b e c h a n g ei na d m i n i s t r a t i v ea n de c o n o m i ca f f i l i a t i o nr e l a t i o n s , a g ca n c i l l a r ys e r v i c ei s f a c e d 、i t hm a n yn e wc o m p l e xp r o b l e m s t h es o l u t i o nt ot h o s eo n e si st h ep r e m i s eo f t h ef a t h e rd e v e l o p m e n to fa c j ci ne l e c t r i c i t ym a r k e t a tp r e s e n t , a g ca n c i l l a r y s e r v i c ea f t e rd e r e g u l a t e db e c o m e so n eh o tr e s e a r c ho fm a n ys c h o l a r sa n de l e c t r i c i t y c o m p a n i e s f i r s to fa l l ，a g ca n c i l l a r ys e r v i c em u s tb ea d a p t i v et ot h ed e v e l o p m e n tl e v e lo f h o m ee l e c t r i c i t ym a r k e t i na c c o r d a n c ew i t ht h ep r e s e n tf e a t u r e so f g e n e r a t i o nm a r k e t o fc h i n a , t h i sp a p e rd i s c u s s e st h eo r g a n i z a t i o n 、b i d d i n gm o d ea n do p e r a t i o nf l o wo f a g cm a r k e ta n dc o n s i d e r st h a td a y - a h e a da g cm a r k e tm a yb eo r g a n i z e df i r s t l y b e f o r ed a y - a h e a dm a i ne n e r g ym a r k e t s e c o n d l y , f o rt h ei s s u eo fs y s t e ma g cr e g u l a t i o nc a p a c i t yr e q u i r e m e n t , t h e p a p e rs e t su pt h e ”l o a dd e v i a t i o nc o v e r a g er a t es t a t i s t i c a lf o r m ”t og u a r a n t e et h e s y s t e ms e c u r i t yf r o mt h ep r o b a b i l i t ya s p e c t ；t h r o u g hw e i g h i n gt h e m a r g i n a lc o s to f s y s t e ma g cr e g u l a t i o nc a p a c i t yp r o c u r e m e n t a n dt h e 、x , m a l t ye x p e c t a t i o no f t i e - l i n ep o w e rf l o wd e v i a t i o n t od e t e r i n i i l et h es y s t e ma g cr e g u l a t i o nc a p a c i t yf r o m e c o n o m ya s p e c t 。 f i n a l l i ti sa b o u tt h ea g c u n i t sc o m p e t i t i o nm o d e l p r e v i o u s l y , i s oj u s tt l l i n k a b o u tt h ec a p a c i t yq u o t a t i o n t h a ti sj u s ts o r t i n gt h ec a p a c i t yq u o t a t i o nf r o ml o wt o h i g h tu n t i li tc a r ls a t i s f yt h ee l e c t r i c i t ys y s t e m t h ew r i t e ro ft h i sp a p e rc o n s i d e rt h i s m o d e lc a ntm i n m i z et h ec o s t b e c a n a s ei td o s en o tt h i n ka b o u tt h ee l e c t r i c i t y q u o t a t i o no f t h ea g c u n i t sa n da l s od o s e n tt h i n ka b o u tt h ed i f f e r e n tp e r f o r m a n c eo f - t h ea g cu n i t s b u tt h ei s om u s tp a yf o rt h ec h a r g ei n c l u d i n gc a p a c i t yq u o t a t i o na n d e l e c t r i c i t yq u o t a t i o n a c c o r d i n g l y , t h ew r i t e ro ft h i sp a p e rb r i n gf o r w o r dt h e c o m p e t i t i o nm o d e li n c l u d i n g t h e m o d i f y i n gc a p a c i t yq u o t a t i o na n de l e c t r i c i t y q u o t a t i o n k e y w o r d s ：c a p a c i t yq u o t a t i o n ；e l e c t r i c i t yq u o t a t i o n ；e l e c t r i c i t ym a r k e t ； a n c i l l a r ys e r v i c e s ；a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r 0 1 u i 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。 文中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法 律意义上己属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申 请的论文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： i 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报： 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公开道歉； 4 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。 论文作者签名： i 墨i 岙簦 日期：兰翌2 年月丑日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属东北电 力大学。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时， 署名单位仍然为东北电力大学。 论文作者签名：i 曼薄牟 导师签名： 五龙k 坐1 日期： 丕翌1 年l 月2 垄日 日期：圣翌1 年土月丑日 第1 章绪论 1 1 电力市场概述 第1 章绪论 市场是某种物品或劳务的一群买者和卖者。电力市场就是进行电力及相关 服务交易的一群买者和卖者，这些相关服务包括输电服务，及一系列其他的辅 助服务如自动发电控制，无功电压控制，运行调度服务等等。严格地说，在经 济学意义上，垄断也是市场形态的一种，因此，自从有了电力工业，广义的电 力市场就已经存在。现在所谈论的电力市场，特指打破垄断后，在发电企业之 间存在的市场竞争，可称之为狭义的电力市场或现代意义上的电力市场n ，。 电力市场的建立是经济社会发展的必然要求，是促进生产力发展的重要动 力。正因如此，各国各地区纷纷投入到电力市场的建设和发展中，并在建设和 发展过程中不断总结、探索符合市场规律和各自特点的电力体制和管理机制。1 。 早在8 0 和9 0 年代初，以智利( 1 9 8 2 ) 、阿根廷( 1 9 9 2 ) 为代表的拉丁美洲，就率 先进行了以解除电力行业管制和引入市场竞争为主要特征的电力体制改革【4 j 。英 国于1 9 9 0 年颁布新的电力法，打破了电力行业垂直一体化垄断结构，建立了竟 价上网的市场机制，并将国有电力资产私有化。1 。英国的改革经验，后来被许多 国家所借鉴。挪威于1 9 9 1 年建立了竞争性的电力市场，瑞典、芬兰和丹麦随后 加入，形成首个竞争性跨国电力市场一北欧电力市场( n o r dp 0 0 1 ) ”1 。澳大利亚 各州于9 0 年代初按英国模式进行改革，先是过渡性的州立市场，随后于1 9 9 8 年东南五州( 区) 市场合并为国家电力市场。9 0 年代中期，美国联邦能源委员会 陆续颁布一系列法令，各州纷纷实行放松管制的改革，其中以加州和宾州的改 革最具代表性“一。在亚洲，日本、新加坡和韩国分别于1 9 9 5 年、1 9 9 8 年和2 0 0 1 年开始重组电力行业，实行竞价上网的电力市场“”“。世界各地一些国家所实施 的电力体制改革和建立电力市场的实践，无疑为我国的电力体制改革提供了可 以借鉴的有益经验。 电力市场理论是一个新型的研究领域，涉及了电力工业的各个方面，涵盖 电力工业的整个市场经济环境，给传统垄断方式下各个方面的概念赋予了全新 的涵义。总体看来，电力市场理论研究的主要方向大致分为九个方面，分别是 政策环境和市场结构、电价体系、交易机制、技术支持系统、市场环境下的调 度和控制、市场机制下电力系统安全稳定分析方法和控制策略、电力市场经济 稳定性及阻塞管理机制、电力市场中安全与经济相协调的若干重大理论问题及 应用研究、市场环境下的输电网络管理。 电力市场属交叉学科，它涉及经济、电工、法律、能源、环境等多个领域， 是社会科学和自然科学的有机结合体。研究电力市场，需要用经济学家的眼光 来重新审视电力工业中的方方面面，电力工业的市场化经济学在电力系统中的 应用得到前所未有的发展，经济学研究常用的数学工具如数学规划，博弈论等 等也迅速成为电力市场研究的数学工具。另一方面，研究电力市场离不开电力 系统的专业知识。这是由于电力生产和流通的特殊性所造成的。电力是一种无 形的商品，电力的输送只遵循物理规律。为了保证电力系统的安全稳定运行和 供需的实时平衡，要求在全系统范围内、在不同的时间刻度上对市场交易进行 协调。电力市场的出现给研究者提供了丰富的课题，很多传统的电力系统研究 方向由于电力市场的出现呈现了新的特点。 事实上，我国推行的电力体制改革有着良好的基础。首先，近十年来我国 经济增长迅速，带动电力工业取得了超常规发展，每年新增装机容量超过1 0 0 0 万千瓦，“十五”期末( 2 0 0 5 年) 全国发电装机总容量将达到4 3 亿千瓦，电力市 场发展前景广阔；其次，各级电网建设有了长足发展，已基本形成与电源布局 相适应的现代化区域电网结构，为实现更大范围的资源优化配置和建设竞争有 序、规范开放的市场体系奠定了物质基础；第三，伴随着电力工业基础设施的 建设，集资办电政策吸引各方力量办电，形成电源投资主体的多元化格局，电 力企业产权结构比较清晰，组织形式比较规范，为引入竞争机制提供了必要的 体制条件：第四，在西方国家比如美国，各种权力结构特别是电网产权结构复 杂，由此引起的电磁环网交错( l o o pf l o w ) ，输电服务等等问题使得市场改革难 以达到预期目标，而我国权力结构特别是电网产权结构简单得多。 对于像中国这样的能源大国，电力需求正处在快速增长阶段，如何激励市 场参与者提供a c , c 等辅助服务来满足电力系统的安全可靠运行和电力市场的经 济有效运营将是一个非常重要的问题，其关键就在于如何构建一套良好的市场 化的a g c 辅助服务调配机制。 1 2 a g c 辅助服务 1 2 1 电力市场下辅助服务的介绍 辅助服务的一般定义为：完成输电的主要功能一将电能从发电厂输送到用 户，并保证安全和质量所需要采取的所有辅助措施“。换句话说，在输电服务 中，为保证电能质量和系统安全所采取的一切辅助服务措施都属于辅助服务。 辅助服务本身并不是由于电力市场的产生而出现的新技术，然而随着电力 工业改革的不断深入，辅助服务问题得到了越来越多的关注。电力市场环境下， 辅助服务不再仅仅是运行调度问题，行政和经济隶属关系的变化、利益主体的 多元化等因素都增加了辅助服务问题的复杂性。这一问题的解决，会对系统运 第1 章绪论 行的可靠性和经济性造成深远的影响。 在各国的电力改革中，辅助服务的解捆都是电力市场改革的热点。辅助服 务主要指那些为维护电网安全运营所必不可少的服务，是电能市场顺利进行的 基本保障。主要包括以下几类n 目： ( 1 ) 负荷跟踪与频率控制：实时处理较小的负荷与发电功率的不匹配，维 持系统频率，并使控制区内负荷与发电功率的偏差及控制区之间的交换功率实 际值与计划值的偏差最小。 ( 2 ) 旋转备用：由于发电或输电系统故障，使负荷与发电功率发生较大不 平衡量时，1 0 r a i n 内可以提供急需的发电容量( 增加或降低) ，恢复负荷跟踪服 务的水平。 ( 3 ) 运行备用( 也称非旋转备用) ：3 0 m i n 内可以达到最大的发电备用容量， 也包括可断电负荷，用于恢复旋转备用的水平。 ( 4 ) 无功备用和电压控制：通过发电机或输电系统中的其他无功电源向系 统注入或从系统吸收无功功率，以维持输电系统的电压在允许范围内。 ( 5 ) 发电再计划：对于较大的发电与负荷功率偏差，调度中心要重新安排 各机组发电功率。 ( 6 ) 处理能量不平衡：补偿实际的交易电量与计划交易电量的差额。 ( 7 ) 有功网损补偿：输电时造成的功率损耗通过此项服务来补偿。 ( 8 ) 事故后恢复服务。 ( 9 ) 稳定控制服务。 上述第( 5 ) 、( 6 ) 、( 7 ) 项服务应归入管理服务范围，辅助服务重点指( 1 ) 、 ( 2 ) 、( 3 ) 、( 4 ) 项。 对于辅助服务的研究，最终都归到了两个主要的部分：一是发电侧辅助服 务的定价问题；另一个是电网调度侧关于怎样对单纯的发电出力和辅助服务进 行协调优化调度的问题。在2 0 0 0 年之前该领域的研究工作主要是宏观定性地 对辅助服务理论进行可行性研讨，并且在一些国家成熟的电力市场中付诸了实 践。而最近几年的研究成果除了对辅助服务结合安全性和经济性进行了更细化 的研究之外，同时对正在进行电力改革的国家也给予了较多的关注。 1 2 2 自动发电控制( a g c ) 的基本原理 当系统有基本的调速控制后，系统负荷的变化导致一个静态频率偏差，这 个偏差取决于调速器下降特性和负荷的频率灵敏度。因此，控制原动机功率与 系统负荷变化相匹配的基本方式调整被选择的发电机组的负荷参考设定值。由 于系统负荷是连续变化的，因此自动调整发电机输出是必要的。 自动发电控制( a g c ) 的基本目标是通过调整被选定的发电机的输出，使 东北电力大学硕十学位论文 系统频率恢复到正常值，以及保证控制区域之间的功率交换为给定值。这个功 能通常称之为负荷一频率控制( l f c ) 。第二个目的是在发电机之间分配所需的 发电量变化量以使运行费用最小，即经济分配( e d ) 。 a g c 是一个两层的闭环控制系统。一层为负荷分配回路，a g c 通过r t u 、 通信通道及s c a d a 获取所需的实时测量数据，由a c , - c 程序形成区域控制偏 差( a c e ) 为反馈信号的系统调节功率，根据机组的实测功率和系统的调节功 率，按照经济分配的原则分配给各机组，并计算出各机组或电厂的控制命令， 再通过s c a d a 、通信通道及r 1 u 送到电厂的机组调功装置：另一层是各机组 的控制回路，它调节机组出力( 二次调节) 使之跟踪a c - c 的控制命令，最终 达到a g c 的控制目的。 在孤立系统中，a g c 的功能主要是把频率恢复到给定的正常值。这是通过 在调速器的负荷设定值上增加一个复归或积分控制来实现的。在互联系统中， a g c 的主要功能包括维持系统频率恒定，即联络线功率交换在计划值。 1 2 3a g c 的控制目标 自动发电控制a g c 在实现高质量电能的前提下以满足电力供需实时平衡 为目的，其根本任务是实现下列目标： a 、维持电网频率在允许误差范围之内，频率累积误差在限制值之内。国家 电力行业标准规定：系统频率为5 0 h z ，对于装机容量在3 0 0 0 m w 以上的电力 系统，维持其系统频率偏差0 1 h z ；3 0 0 0 m w 以下的电力系统频率偏差不超过 o 2 h z ，频率偏移引起的电钟累计值不超过5 s ，超过时自动或手动矫正“” b 、控制互联电网净交换功率按计划值运行，交换电能量在计划限值之内； c 、在满足电网安全约束条件、电网频率和对外净交换功率计划的情况下协 调参与遥调的发电厂( 机组) 的出力按最优经济分配原则运行，使电网获得最 大的效益。 1 2 4 电力市场下的a g c 辅助服务 电力市场建立后，a g - c 目标也发生了相应的改变。其由主要承担电网频率 调节、网际联络线交换功率控制等实时调度任务转变为在保证安全、可靠、及 时地调节频率( 或a c e ) 偏差的前提下，使市场中代表网省公司向电厂购电的电 网监控中心向电厂支付的a c _ , - c 辅助服务费用达到最小。因此，电网公司在进行 a g c 调度时，其目标不再是传统垄断经营模式下通过控制参与电网a g c 运行的 发电机组的运行成本，使经济性能好的多发，不好的少发或不发，以保证全网 发电成本最低，而是通过市场化运营使a g - c 服务的购买费用最少。由于在电力 市场体制下，传统的集中管理被分散决策所代替，电网的安全性将会受到一定 的影响，因此应该而且也只能采用经济手段，激励发电公司主动提供辅助服务。 首先，a g c 辅助服务作为一种商品，不再是无偿的，需要向提供该服务的发电 公司购买；其次，发电公司必须参与a g c 辅助服务市场竞争，以优质优价的服 务赢得合同。也就是说，a g c 在运行机制上发生了根本变化，已经从传统机制 下的无偿服务转变成以经济补偿甚至直接价格竞争为核心的有偿服务。于是， a g c 在电力市场条件下的发展面临着许多新的需要解决的问题，a g c 机组的调 配问题便是其中之一。 1 3 国外电力市场a g c 交易模式 国外许多较早建立的电力市场里，已经存在辅助服务交易市场。提供辅助 服务的模式一般有三种：统一型、投标型和双边合同型“。统一型指辅助服务 必须由调度员统一安排协调，结算时根据各个参与方对辅助服务命令执行情况 进行奖惩。投标型指各客户分别对每一种服务进行投标，调度根据他们的投标 情况，编排优先次序，安排辅助服务供应计划，使辅助服务的费用最小。双边 合同型是指某一辅助服务的用户直接与供应者签订双边合同，从而得到所需的 辅助服务，无需通过调度人员。英国、阿根廷等国家采用统一型方式进行频率 响应和无功控制等服务，而美国西部加州电网以投标型和双边合同方式提供负 荷跟踪和频率响应服务。 1 3 1 美国新英格兰电力市场 新英格兰电力市场的a g c 辅助服务是从1 0 m i n 旋转备用( t m s r ) 中分 离出的一种辅助服务，辅助服务市场要求a c k 2 能够连续自动地响应独立系统 操作员( i s o ) 的指令，动态地平衡控制区的供给与需求，满足北美电力可靠性 委员会( n e r c ) 和东北电力协调委员会( n p c c ) 的技术标准。在新英格兰电 力联营体( n e p 0 0 1 ) 模式下，联邦能源管制委员会( f e r c ) 要求建立辅助服 务分类计价的电力市场，这使得a g c 辅助服务竞争出价和电能调度一样，由 新英格兰i s o 安排，a o c 辅助服务和电能一样要求事先定价，采用竟价的方 式，其市场模式为投标型u ”。 1 3 2 美国p j m 电力市场 美国p j m 电力市场的调节和频率响应服务的最大特点是不单独设立调频 东北电力大学硕士学位论文 厂，而将调频义务分配到每个用户。用户可以利用自己的发电资源或通过与第 三方签订合同来完成自己的调频义务，也可以从p j m 购买这个服务。互联办公 室将通过调频命令来调度发电资源以提供调频服务，这些发电资源必须遵守调 频命令在发生冲突的情况下，调频调度优先于能量调度命令。调频机组分为 三类：基础类、边际类和高峰类。每个类别的调频成本将根据历史的清算价格 由互联办公室确定。每个根据互联办公室命令提供调频的市场成员，如果其调 频容量超过自己的调频义务，则超过部分的调频容量将获得根据小时调频机组 所属类别价格所计算的收益。对于输电业主( r t o ) 、网络用户或其他传输用户 未完全履行义务，p j m 将根据最小成本的原则代其购调频服务，按照支付的平 均调频价格向这些用户收费”“ 1 3 3 美国南方电力市场 美国南方电网内7 3 的机组装有a g c 装置，必要时这些机组均可由a g c 控制。电网内的核电机组和经济效益好的大型机组一般不参加a g c 调整，水 电机组由于发电成本低，从电网的整体经济效益考虑，大部分也不参加a g c 调 整。参加a g c 调整的容量约占总装机容量的4 0 6 0 ，电网内还装有快速 启动的简单循环和联合循环的燃气机组；但燃气机组一般不参加a c r c 调整。 调度中心通过e m s 系统中的g d c ( 发电调度控制程序) 来调整出力，以最经 济的方式满足瞬时的负荷需求。南方电网根据机组等耗量曲线为增率原则来进 行经济调度。南方电网调度中心有5 个席位： ( 1 ) 负责a g c 发电控制，调整发电出力和系统频率； ( 2 ) 负责区域间交易计划，维持区域间的交易的电力电量按计划执行； ( 3 ) 负责o a s i s 信息发布和实时交易计划的安全校核( o a s i s 为所有合 法的电力市场用户提供输电系统信息，o a s i s 包括以下内容：可用 。传输容量、输电服务价格和辅助服务价格) ( 4 ) 负责短期检修计划安排，批准控制区域内进行系统操作以及一周和 较长时间的安全校核； ( 5 ) 负责当天的交易结算n ”。 1 3 4 澳大利亚电力市场 澳大利亚是建立电力市场较早的国家之一，澳洲电力市场以5 m i n 为一个超 短周期，对a g c 机组来说，每个a g c 周期都有一个新的目标值。在澳洲电力 市场里，a g c 机组并不是完全根据联络线交换功率偏差来调节的，还要加上与 负荷预测有关的量，使最终联络线的偏差由边际a o c 承担大部分，而其他a g c 机组减少因参与a c j c 调节而多发或少发的电量。因为在澳洲的电力市场里，a g c 机组因参与a c , - c 调节而多发或少发的电量能得到补偿所以。该费用与机组在 相应容量段的段价有关，并能因提供a c , - c 服务而得到辅助服务报酬。 澳洲电网a g c 机组都参于a c e 的调节过程，最终又将a c e 容量尽可 能分配到最便宜的a g c 机组，这样既能保证调节的速度，又能减少a g c 机 组因参与a g c 调节多发或少发的电量，从而减少电力公司的成本“”。 1 3 5 总结 根据国外电力市场的运营经验，运营良好的电力市场都存在a g c 辅助服务。 所以，为了继续完善我国建设中的电力市场，有必要参考国外的电力市场运营 模式，建立符合我国电力市场特点的a g c 辅助服务市场。如果出现a g c 容量 不足的情况，组织a g c 市场的主要目的是利用优惠的价格和合理的补偿保证 系统有足够的a g c 调整容量、吸引更多的a c , - c 机组提供a c , - c 服务。总之， 只要发电商认为a g c 机组“有利可图”，总会增加a g - c 机组的容量。 1 4 国内现状 我国的电力工业从计划经济的管理体制向市场化转变，有其自身的发展过 程和特点。在国内，从1 9 9 8 年起，开始在电力行业实行“厂网分开、竞价上网” 的改革，并确定浙江、上海、山东、辽宁、吉林、黑龙江等六省市电网为试点 单位，标志着我国的电力工业正在逐步从计划经济下的垂直管理模式向市场经 济下的竞争模式转变。但是，由于我国现有的电网结构比较薄弱，备用容量不 太充足，具备a g c 能力的发电机组数量有限，为保证电网的安全稳定运行，各 个试点单位对a g c 辅助服务的市场的模式和交易考虑得不多，没有建立起真正 意义上直接价格竞争的a c , - c 辅助服务市场。其做法一般是借鉴国外模式进行简 化，或采用调度指定的办法，很多电力市场其a g c 辅助服务是无偿的。目前总 体上各电力市场的做法还是比较粗略的。 例如浙江发电侧电力市场，仅考虑了a g c 服务的补偿措施，对能提供a g c 辅助服务的机组给予经济补偿“”，其费用如下： a g c 服务单价相应机组的调节速率x 提供该服务的时间 在这样的付费框架下各发电厂只是竞争各机组的输出功率调节速率而已。 又如上海发电侧电力市场仅考虑了扣罚措施，当发电机组不能按电网要求 提供合格的a g c 辅助服务时，扣减其年度期货电能量指标数和期货上网电能量 数，计算公式分别为“”： 扣减的年度期货电能量指标数= ( a g c 停用小时数一允许停用小时数) 东北电力大学硕十学位论文 额定容量2 0 扣减的年度期货上网电能量数= ( a g c 停用小时数一允许停用小时数) 额定容量5 在如上的市场框架下，a g c 调节机组处于一种被动地位，谈不上竞争。 上述两个电网采取的方法都是十分粗略的，a g c 辅助服务费用没有很好地 量化，也难以体现市场竞争的机制。随着我国电力体制改革的深化，参与电力 市场竞争的各独立发电公司在其市场行为上必定更多地考虑自身的利益。同时， 由于电网不按市场竞争方式对发电公司提供的a g - c 服务进行补偿，难免会造成 发电公司不愿在a g c 设备上进行投资和技术改进。所以，必然会造成提供辅助 服务方面的供需矛盾，进而影响到电网的供电质量。 1 5 本文所做的主要工作 1a g o 辅助服务市场的建立。 发达国家已将辅助服务市场从电量交易主市 场中分离出来，建立了独立的a g c 竟价市场，以保障电力市场中电网a g c 的 顺利实施。从世界范围看，以竞价方式组织a g c 辅助服务市场的情况居多，在 a g c 辅助服务市场中引入竞争机制将是主流趋势。本文第二章从现阶段我国电 力市场的特点出发，分析讨论了a c , - c 市场的组织、竞价模式和运作流程。建立 了一种发电侧a g c 辅助服务市场的基本框架“”。 2 系统a g c 调节容量需求的确定。在我国发电侧电力市场环境下，如何确 定兼顾经济性和安全性的a g c 调节容量，是一个亟待解决的重要问题。本文通 过建立“负荷偏差覆盖率”，从概率角度来确保所获取的a c j c 调节容量的安全 性；通过权衡“获取系统a g c 调节容量的边际费率”和“网际联络线偏差处罚 费率期望值”来确定系统a c , - c 调节容量需求以体现市场运营的经济性。 3 电力市场下a g c 竞价模型的建立。在传统的交易模式下电力调度交易中 心( i s o ) 只考虑容量报价，即在满足系统约束的条件下，将容量报价从低到高 排序，直到满足系统需求。笔者认为这种购买方式不能实现i s o 成本最小化， 因为竞价时未考虑a g c 机组的电量费用，而i s o 在最终结算时是要支付两部分 费用：容量费用，电量费用。同时机组的性能差异也为得到市场化的体现。基 于以上问题，本文提出的竞价模型是通过机组的性能参数修正容量报价，竞价 的过程中要兼顾电量报价。 4a g c 辅助服务费用的支付。根据本文所建立的竞价模型，提出本文的付费 方式市场运作按交易日进行，每个交易日为一个日历日，分为4 8 个交易时段， 每个交易时段为3 0 分钟，每5 分钟调度一次，交易中心每天结算一次。结算包 括两部分：电量价格，容量价格。 第2 章a g o 辅助服务市场交易方法的制定 2 1 引言 自动发电控制( a u t o m a t i cg e n e r a t i o nc o n t r 0 1 ) 是能量管理系统( e m s ) 中最 重要的控制功能，对电力系统的安全稳定运行至关重要陟“。电力市场环境下发 电公司与电网公司成为不同的利益主体。由于a g c 需要发电机组预留发电容量， 并且机组参与a g c 调整增加了运行成本，因而发电公司不愿无偿将机组投入 a g c 运行，a g c 逐渐成为有偿辅助服务。电力市场中a g c 辅助服务交易有两 种基本组织方式：一为签订长期合同并在系统需要a g c 服务时直接调用机组； 为组织a c r c 市场，通过竟标获取a g c 服务，此为当前国际上的主流趋势“”。 本章从现阶段我国电力市场的特点出发，分析讨论了a g c 市场的组织、竞价模 式和运作流程，建立了一种发电侧a c j c 辅助服务市场的基本框架。 2 2a g c 辅助服务市场的总体思路 2 2 1a g c 控制模式 a g c 控制模式下列三种： ( 1 ) 以网际间联络线交换功率为目标的控制模式( c n i c ) ( 默认控制模式) 。 ( 2 ) 以电网频率为目标的模式( c f c ) 。 ( 3 ) 以网际联络线交换功率及电网频率联合控制为目标的控制模式( t b c ) 。 参与a g c 的市场成员，必须具备二次a g c 能力。 2 2 2a g c 机组的申报 a g c 申报在计划交易日的前一日进行，电力调度交易中心先公布计划交易 人各时段的a g c 需求，发电厂的a g c 申报与有功申报同时进行。 a g c 的申报内容有：有效的a g - c 出力范围，a c _ r c 调频死区，a g c 响应速 率，a g c 响应时间，a g c 调频精度，a g c 价格曲线。 第2 章 g c 辅助服务市场交易方法的制定 ( 1 ) 有效出力范围，是a g c 机组的工作区问。a g c 机组的出力点只有工作在 该区间上才可以提供a g - c 服务。 ( 2 ) a g c 调频死区，是机组调频无法动作的区间( 单位：m w ) 。 ( 3 ) a g c 响应速率，是机组在a g c 服务区间工作内，可以响应系统频率变化 的调整速率，为简化问题方便，正负两方向的跟踪能力认为相同，只需要申报一 个数据即可。 ( 4 ) a g c 响应时间，即调频响应延迟时间。是机组a g c 动作与机组接到 a g c 命令的延迟时间( 单位：s ) 。 ( 5 ) a g c 调频精度，是机组a g c 动作稳定点与设定点的偏差( 单位：m w ) 。 ( 6 ) a g c 价格曲线，采用的是单位容量报价的方式，是由一系列a g c 容量点 和对应单位价格点构成的曲线，报价点的单位是：元m w 。机组为提供a g c 服务， 加装了额外的a g c 设备，使发电成本增高，另外工作在a g c 点上将牺牲部分发 电利润，a g c 容量付费就是补偿这部分少发电的机会成本。由于各时段系统电 价不同，因此a g c 报价允许一天各时段采用不同的报价曲线。 2 2 3a g c 基值点的确定 a g c 辅助服务市场优先于旋转备用市场和有功日前市场来做，考虑因素有 a g c 响应速率和a c - c 容量 a g c 的购买决策见下图2 1 图2 - 1 a g c 的购买决策 东北电力大学硕七学位论文 在参与a g c 申报的n 台a g c 机组中，根据市场均衡理论，a g c 响应速率 和a c r c 容量等约束条件，确定购买a g c 服务的n 台机组和对应的购买量，a g c 基值运行点是购买容量范围的中点。这n 台机组按a g c 市场给定a g c 基值曲 线独立运行。其余没有购买a g c 服务机组自动进入有功市场进行竞争。a g c 容量有剩余的a g c 机组也可以根据剩余a g c 容量修正机组的可调出力范围，并 送到有功市场参与竞争，这些额外竞争到出力与原来a g c 基值相叠加便是a g c 机组的最终调频基值，并作为预调度计划曲线发布。 机组在实时频率调整时，凡是系统计划购买a g c 服务的机组，都必须根据 电力调度中心的指令对系统联络线潮流进行控制和调整。a g c 机组在实时频率 调整时，不按a g c 优先顺序表调用，当系统频率发生变化时，n 台机组全部统一动 作。当系统的a g c 总容量不足或总跟踪能力不足时，对a g c 市场中剩余a g c 机组按a g c 优先顺序表中排序进行计划外购买，a g c 容量付费按该机组的报价 进行单独结算。 a g c 机组在提供a g c 辅助服务是，通常出力运行区间是受一定限制的，通常 小于机组对应的可调出力范围，即出力运行点无法达到机组容量点，也无法压负 荷至机组最小技术出力该范围称为机组提供a g c 的容量范围，a g - c 机组每天 进行a g c 报价时，都要申报机组的a g c 容量范围。见下图2 - 2 中a g c 申报部 分容量确定。 由 报 可 调 出 力 范 围 匕= a g c 市场价 格形成机制 图2 - 2a g c 与现货目前有功市场的协调 第2 章a g c 辅助服务市场交易方法的制定 在a g c 市场交易过程中，通过制定a g c 交易计划，得到各a g c 机组的购 买容量。参见图2 2 中的a g c 交易部分。 a g c 机组的基值运行点通常是购买容量的中点。由于市场交易通常只购买了 a g c 机组的部分容量，因此a g c 机组的基值运行点是可以在一定范围内浮动， 即在a g c 机组容量范围中浮动，这部分可浮动空间即为可竞争空间。具体运行 在那一点上，是由该机组在有功电量市场中报价决定的，因此需要进行有功出 力范围修正，并进入有功日前有功市场的预调度计划。参见图2 2 中的出力范围 修正部分。 日前有功市场的预调度计划决定了对可竞争空间的购买量，这部分购买量即 为a c , - c 机组在现货市场的竞争出力，这部分出力决定了a g c 机组的最终基值 运行点。如果机组没有在有功电量市场中竞争到出力，则按最低a g c 基值点运 行。 2 3a g c 辅助服务价格形成机制及考核结算 2 3 1 价格形成机制 a c r c 辅助服务市场可以采用三种不同的价格体系：( 1 ) 边际价格基值；( 2 ) 一机一价的价格机制；( 3 ) 综合价格机制。 ( 1 ) 边际价格机制。优化目标是各时段系统总的a c j c 辅助服务边际价格最 低。即： m i n ( m a x p i )( 2 1 ) 式中p ，第i 台机组的a g c 报价。 约束条件是：系统购买正负a g c 响应速率能力必须能满足各时段系统总a c _ j c 相应速率需求。系统购买正负a g c 容量必须能满足系统各时段的总的a g c 容 量需求。 即对任一时段t ，必须满足： 妣r i z ( 2 - 2 )一 。 东北电力大学硕士学位论文 p c 。f c , ， pp 式中z 系统在第t 时段的总a c j c 响应速率需求； 尸c f ，第i 台机组在t 时段的购买a g c 容量； q 系统t 时段的a g c 容量需求； f c j 1 第i 台机组申报a g c 容量； ( 2 ) 一机一价的价格机制。一机一价指按该机组的报价来结算的价格体制。 优化过程的其他约束条件不变，只是各时段系统的优化目标变为系统的总的 a g c 购买成本最低，即 m i n ( p ，ej p q 。) ( 2 - 3 ) t = l ( 3 ) 综合价格机制。该价格体系为加权平均价格，由公式确定，也可能是 指定接近边际价格的若干机组确定。 2 3 2a g c 服务的结算考核 a g c 部分的结算是两部制付费：容量付费，电量付费。 容量付费按a c j c 边际性能价格和购买容量的乘积结算；电量付费按实时 a g c 调度出力与现货有功价格的乘积结算 a g c 机组的考核采用和普通机组分开的方式。电力交易中心定期或不定期 对a g c 机组进行a g c 能力测试或检查，如果出现虚报情况，将罚上一次检测 日至该日的所有a g c 容量费用。 在对机组的a g c 实时调度中，机组要按a g c 调度曲线参与省网的a g c ， 偏离调度曲线2 认为正常，如果偏离值超过2 ，则按机组偏离了a c j c 调度 曲线的电量x ( 现货有功电价一该机组现货报价) x 2 对机组进行处罚。因对系 统a g c 造成的合约电量无法完成，应由交易中心进行补偿( 或按 现货有功边 际电价一该机组合约申报电价 x 欠发合约电量2 进行补偿) 。 设立全年a g c 奖励基金，分配到每一天，a g c 奖励电费由a g c 奖励基金 提供。根据机组a g c 响应值进行补偿。 q 一心 。出 第2 章 g c 辅助服务市场交易方 去的制定 2 4 现阶段我国电力市场的特点 电力工业从一体化垄断模式向竞争型市场模式的转变是一项艰巨复杂的任 务，需要慎重而行。世界各国电力工业改革的经验和教训告诉我们，电力市场 的建立和发展必须根据本国电力工业己经形成的特点选择适当的模式，经过严 格的论证，制定明确的目标，并在法律法规的支持下有序进行。我国的电力市 场改革也应该遵循这样的原则，从发电侧到用电侧，市场开放程度逐步扩大， 竞争力度逐步增强，改革的最终目的是最大限度地利用市场手段提高电力工业 生产效率，实现资源的优化配置。 我国从1 9 9 8 年起，开始实行“厂网分开、竞价上网”的电力工业改革，并 确定浙江、上海、山东、辽宁、吉林、黑龙江等六省市电网为试点单位，建立 发电侧开放的电力市场。发电侧电力市场模式可以看作是运用市场机制、开展 电力商业化运营的初级阶段，在技术设备、人员素质和运行管理尚未达到较高 水平时，为尽快加快电力工业的发展，可以采用这一模式。现阶段我国电力市 场的主要特点是： 1 仅发电侧开放在发电侧引入竞争机制，厂网分离，各发电厂成为独立 的经济实体，成为自主经营、自负盈亏的竞争主体，按照一定的市场规则竟价 上网