輸電商的任務(wù)之一是維持發(fā)電與用電的實(shí)時(shí)平衡，從而保證電網(wǎng)頻率的相對(duì)恒定。對(duì)此，輸電商需要在電力市場(chǎng)中購(gòu)買調(diào)頻功率。發(fā)電方將手中的一部分電廠作為備用，專門為輸電商出售調(diào)頻功率等電力系統(tǒng)輔助服務(wù)。

圖片1 調(diào)頻輔助服務(wù)的調(diào)用與電網(wǎng)頻率的維持

發(fā)電廠的排程安排通常由市場(chǎng)決定，主要基于所預(yù)測(cè)的用戶側(cè)需求和新能源發(fā)電量。當(dāng)預(yù)測(cè)與實(shí)際有所偏差時(shí)，例如預(yù)測(cè)失準(zhǔn)，負(fù)荷波動(dòng)或者電廠的意外停機(jī)，都會(huì)打破發(fā)電與用電的平衡，從而導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的波動(dòng)。當(dāng)平衡條件不滿足時(shí)，首先會(huì)引起發(fā)電機(jī)和馬達(dá)的轉(zhuǎn)子動(dòng)能的改變。若發(fā)電量小于用電量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸降低，從而使得電網(wǎng)頻率下降。若發(fā)電量大于用電量，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速會(huì)逐漸升高，從而使得電網(wǎng)頻率上升。而備用平衡的電廠的啟動(dòng)有所延遲，過一段時(shí)間后，系統(tǒng)又將會(huì)在50Hz達(dá)到新的平衡。

下圖展示了當(dāng)某電廠故障停機(jī)后，系統(tǒng)的頻率變化。

圖片2 某電廠故障停機(jī)后系統(tǒng)頻率變化

瞬時(shí)備用(第1階段)

因?yàn)殡姀S突然停機(jī)而導(dǎo)致的供應(yīng)缺口不能瞬時(shí)補(bǔ)償，所以這部分能量會(huì)由發(fā)電機(jī)和馬達(dá)的轉(zhuǎn)子動(dòng)能來(lái)提供，其轉(zhuǎn)速也隨之逐漸降低，進(jìn)一步導(dǎo)致電網(wǎng)頻率的下降。這部分能量缺口會(huì)按照相關(guān)聯(lián)的發(fā)電機(jī)和馬達(dá)的各自轉(zhuǎn)子質(zhì)量來(lái)分?jǐn)偂Ｒ虼耍矔r(shí)備用僅由相關(guān)連接設(shè)備的質(zhì)量大小來(lái)決定。

一次調(diào)頻(第2階段)

頻率的降低必須盡快由啟動(dòng)備用來(lái)補(bǔ)償。在某些具有熱力或者水力儲(chǔ)存能力的電廠中，調(diào)速器可以在頻率下降后的數(shù)秒內(nèi)實(shí)現(xiàn)發(fā)電功率的線性提高。為了能使每個(gè)機(jī)組所提供的調(diào)頻功率盡可能得小，從而在較短時(shí)間內(nèi)提供調(diào)頻功率，所有的輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商都要通過盡可能多的可調(diào)轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)組來(lái)參與一次調(diào)頻，因?yàn)樯倭康钠钜矔?huì)危及整個(gè)系統(tǒng)。

一次調(diào)頻僅僅是調(diào)節(jié)頻率，采用比例調(diào)節(jié)，從而使得電廠突然停機(jī)而導(dǎo)致的供應(yīng)缺口分?jǐn)偟矫恳粋€(gè)備用電廠。為保證備用功率與供應(yīng)缺口相匹配，所有的發(fā)電廠調(diào)速器比例調(diào)節(jié)參數(shù)P都近似相等。由于比例調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，一次調(diào)頻結(jié)束后存在準(zhǔn)靜態(tài)偏差。

歐洲標(biāo)準(zhǔn)是：在兩個(gè)大型發(fā)電機(jī)組突然停機(jī)的情況下，電網(wǎng)頻率的波動(dòng)在允許范圍內(nèi)。這就要求一共有3000MW的一次調(diào)頻備用功率，并且能在30s內(nèi)啟動(dòng)。

二次調(diào)頻(第3階段)

鑒于一次調(diào)頻作用時(shí)間較短，需盡快啟用二次調(diào)頻。要求在五分鐘內(nèi)啟動(dòng)，由水電廠、能夠快速啟動(dòng)的燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組和蒸汽發(fā)電機(jī)組的功率調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)。二次調(diào)頻的啟用時(shí)自動(dòng)的，但是僅限于受影響的電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)。

三次調(diào)頻(第3階段)

當(dāng)電廠突然停機(jī)而導(dǎo)致的供應(yīng)缺口較大時(shí)，除了上述措施外，還需要三次調(diào)頻的參與。它通過人工操作實(shí)現(xiàn)，要求在15分鐘內(nèi)啟動(dòng)，并可以持續(xù)作用1小時(shí)。此時(shí)，一次及二次調(diào)頻逐漸減少投入至零。

應(yīng)德國(guó)聯(lián)邦網(wǎng)絡(luò)管理局的要求，德國(guó)輸電商自2006年起，在網(wǎng)站上公開招標(biāo)一次、二次及三次調(diào)頻備用，符合條件的發(fā)電企業(yè)可以承標(biāo)，按要求提供調(diào)頻備用服務(wù)。

按照調(diào)頻類型、備用方向、預(yù)留時(shí)間以及可提供的最低備用來(lái)劃分，歐洲能源交易所(EEX)上交易的調(diào)頻輔助服務(wù)產(chǎn)品包括以下類型。

其中，正向調(diào)頻指提高電網(wǎng)頻率的備用，如提高電廠的發(fā)電功率;負(fù)向調(diào)頻指降低電網(wǎng)頻率的備用，如降低電廠的發(fā)電功率。

根據(jù)系統(tǒng)需要，不同國(guó)家和地區(qū)對(duì)輔助服務(wù)的定義、分類和標(biāo)準(zhǔn)有各自的約定。我國(guó)現(xiàn)行的輔助服務(wù)主要在發(fā)電環(huán)節(jié)，分為基本輔助服務(wù)和有償輔助服務(wù)兩大類。基本輔助服務(wù)是指為了保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電能質(zhì)量，發(fā)電機(jī)組必須提供的輔助服務(wù);有償輔助服務(wù)是指并網(wǎng)發(fā)電廠在基本輔助服務(wù)之外所提供的輔助服務(wù)。

其中，一次調(diào)頻屬于基本輔助服務(wù)，不進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償;自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)、有償調(diào)峰、旋轉(zhuǎn)備用等調(diào)頻服務(wù)屬于有償輔助服務(wù)，基于成本進(jìn)行經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償。

我國(guó)的電力輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)也是和電力市場(chǎng)化進(jìn)程相伴相隨。早在2009年5月，京津唐電網(wǎng)根據(jù)華北區(qū)域輔助服務(wù)與并網(wǎng)考核實(shí)施細(xì)則，率先在全國(guó)建立了基于成本加合理收益的輔助服務(wù)交易機(jī)制，品種有自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)、無(wú)功、調(diào)峰、黑啟動(dòng)等。隨后輔助服務(wù)交易陸續(xù)在華東地區(qū)等地開展。

新電改也將輔助服務(wù)市場(chǎng)建設(shè)視為一大重點(diǎn)，在“電改九號(hào)文”中已明確提出，要“建立輔助服務(wù)分擔(dān)共享新機(jī)制”。 2016年5月，國(guó)家能源局發(fā)布《國(guó)家能源局關(guān)于促進(jìn)電儲(chǔ)能參與“三北”地區(qū)電力輔助服務(wù)補(bǔ)償(市場(chǎng))機(jī)制試點(diǎn)工作的通知》;8月，湖南省發(fā)布《抽水蓄能輔助服務(wù)專項(xiàng)市場(chǎng)交易規(guī)則》;11月，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于同意開展東北區(qū)域電力輔助服務(wù)市場(chǎng)專項(xiàng)改革試點(diǎn)的復(fù)函》。

2016年12月29日，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局印發(fā)《電力中長(zhǎng)期交易基本規(guī)則(暫行)》。其中不僅詳細(xì)規(guī)定了電能量中長(zhǎng)期交易規(guī)則，還對(duì)輔助服務(wù)市場(chǎng)化提出了指導(dǎo)性要求，是對(duì)“九號(hào)文”進(jìn)一步深化。

按照規(guī)劃，未來(lái)我國(guó)成熟的電力市場(chǎng)中，會(huì)有雙邊交易、中長(zhǎng)期交易、日前和實(shí)時(shí)交易等多種交易方式，特別是在風(fēng)、光、儲(chǔ)等新能源迅速發(fā)展，大電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜的背景下，完善優(yōu)質(zhì)的輔助服務(wù)是能量市場(chǎng)和電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過市場(chǎng)機(jī)制建立公平、規(guī)范、高效的輔助服務(wù)交易平臺(tái)，分階段逐步深化開展調(diào)頻、調(diào)峰、備用、無(wú)功等多品種的交易，可以提高電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率，提升電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的綜合效益。