電力交易（五）：輔助服務市場概況

交能團隊整理德國亞琛工業大學（RWTH-Aachen University）電力設備和能源經濟研究院（IAEW）各種資料，經該所所長Albert Moser教授指導，整合提煉德國經驗，推出電力生產與電力交易領域深度學習系列，致力降低行業門檻。

輔助服務?

輸電商的任務之一是維持發電與用電的實時平衡，從而保證電網頻率的相對恆定。對此，輸電商需要在電力市場中購買調頻功率。發電方將手中的一部分電廠作為備用，專門為輸電商出售調頻功率等電力系統輔助服務。

圖片1 調頻輔助服務與電網頻率維持

發電廠的排程安排通常由市場決定，主要基於所預測的用戶側需求和新能源發電量。當預測與實際有所偏差時，例如預測失准，負荷波動或者電廠的意外停機，都會打破發電與用電的平衡，從而導致電網頻率的波動。當平衡條件不滿足時，首先會引起發電機和馬達的轉子動能的改變。若發電量小於用電量，轉子轉速會逐漸降低，從而使得電網頻率下降。若發電量大於用電量，轉子轉速會逐漸升高，從而使得電網頻率上升。而備用平衡的電廠的啟動有所延遲，過一段時間後，系統又將會在50Hz達到新的平衡。

下圖展示了當某電廠故障停機後，系統的頻率變化。

圖片2 某電廠故障停機後系統頻率變化

瞬時備用（第1階段）

因為電廠突然停機而導致的供應缺口不能瞬時補償，所以這部分能量會由發電機和馬達的轉子動能來提供，其轉速也隨之逐漸降低，進一步導致電網頻率的下降。這部分能量缺口會按照相關聯的發電機和馬達的各自轉子質量來分攤。因此，瞬時備用僅由相關連接設備的質量大小來決定。

一次調頻（第2階段）

頻率的降低必須儘快由啟動備用來補償。在某些具有熱力或者水力儲存能力的電廠中，調速器可以在頻率下降後的數秒內實現發電功率的線性提高。為了能使每個機組所提供的調頻功率儘可能得小，從而在較短時間內提供調頻功率，所有的輸電系統運營商都要通過儘可能多的可調轉速發電機組來參與一次調頻，因為少量的偏差也會危及整個系統。

一次調頻單純是調節頻率，採用比例調節，從而使得電廠突然停機而導致的供應缺口分攤到每一個備用電廠。為保證備用功率與供應缺口相匹配，所有的發電廠調速器比例調節參數P都近似相等。由於比例調節的特點，一次調頻結束後存在准靜態偏差。

歐洲標準是：在兩個大型發電機組突然停機的情況下，電網頻率的波動在允許範圍內。這就要求一共有3000MW的一次調頻備用功率，並且能在30s內啟動。

二次調頻（第3階段）

鑒於一次調頻作用時間較短，需儘快啟用二次調頻。要求在五分鐘內啟動，由水電廠、能夠快速啟動的燃氣發電機組和蒸汽發電機組的功率調節來實現。二次調頻的啟用時自動的，但是僅限於受影響的電網區域內。

三次調頻（第3階段）

當電廠突然停機而導致的供應缺口較大時，除了上述措施外，還需要三次調頻的參與。它通過人工操作實現，要求在15分鐘內啟動，並可以持續作用1小時。此時，一次及二次調頻逐漸減少投入至零。

應德國聯邦網路管理局的要求，德國輸電商自2006年起，在網站上公開招標一次、二次及三次調頻備用，符合條件的發電企業可以承標，按要求提供調頻備用服務。

按照調頻類型、備用方向、預留時間以及可提供的最低備用來劃分，歐洲能源交易所（EEX）上交易的調頻輔助服務產品包括以下類型。

其中，正向調頻指提高電網頻率的備用，如提高電廠的發電功率；負向調頻指降低電網頻率的備用，如降低電廠的發電功率。

根據系統需要，不同國家和地區對輔助服務的定義、分類和標準有各自的約定。我國現行的輔助服務主要在發電環節，分為基本輔助服務和有償輔助服務兩大類。基本輔助服務是指為了保障電力系統安全穩定運行，保證電能質量，發電機組必須提供的輔助服務；有償輔助服務是指併網發電廠在基本輔助服務之外所提供的輔助服務。

其中，一次調頻屬於基本輔助服務，不進行經濟補償；自動發電控制（AGC）、有償調峰、旋轉備用等調頻服務屬於有償輔助服務，基於成本進行經濟補償。

我國的電力輔助服務市場建設也是和電力市場化進程相伴相隨。早在2009年5月，京津唐電網根據華北區域輔助服務與併網考核實施細則，率先在全國建立了基於成本加合理收益的輔助服務交易機制，品種有自動發電控制（AGC）、無功、調峰、黑啟動等。隨後輔助服務交易陸續在華東地區等地開展。

新電改也將輔助服務市場建設視為一大重點，在「電改九號文」中已明確提出，要「建立輔助服務分擔共享新機制」。 2016年5月，國家能源局發布《國家能源局關於促進電儲能參與「三北」地區電力輔助服務補償（市場）機制試點工作的通知》；8月，湖南省發布《抽水蓄能輔助服務專項市場交易規則》；11月，國家能源局發布《關於同意開展東北區域電力輔助服務市場專項改革試點的復函》。

2016年12月29日，國家發改委、國家能源局印發《電力中長期交易基本規則（暫行）》。其中不僅詳細規定了電能量中長期交易規則，還對輔助服務市場化提出了指導性要求，是對「九號文」進一步深化。

按照規劃，未來我國成熟的電力市場中，會有雙邊交易、中長期交易、日前和實時交易等多種交易方式，特別是在風、光、儲等新能源迅速發展，大電網結構日趨複雜的背景下，完善優質的輔助服務是能量市場和電網安全可靠運行的基礎。通過市場機制建立公平、規範、高效的輔助服務交易平台，分階段逐步深化開展調頻、調峰、備用、無功等多品種的交易，可以提高電力系統的運行效率，提升電網安全可靠運行的綜合效益。