孫華利，王幫燦，羅靈琳

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，昆明 650011；2.昆明理工大學(xué)，昆明 650500)

風(fēng)電輔助服務(wù)補償定價研究

孫華利1，王幫燦1，羅靈琳2

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，昆明 650011；2.昆明理工大學(xué)，昆明 650500)

為提高電網(wǎng)消納風(fēng)電能力，合理補償風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電所產(chǎn)生的輔助服務(wù)成本，提出了并網(wǎng)風(fēng)電輔助服務(wù)補償定價方法及補償機制。風(fēng)電對輔助服務(wù)進(jìn)行補償，常規(guī)能源電廠根據(jù)輔助服務(wù)貢獻(xiàn)份額獲得補償，有利于提高常規(guī)能源電廠提供輔助服務(wù)的積極性、提高電網(wǎng)接納風(fēng)電能力，也有利于促進(jìn)風(fēng)電采取管理和技術(shù)措施提高風(fēng)電出力的穩(wěn)定性。

風(fēng)電；輔助服務(wù)；補償；調(diào)峰；調(diào)頻；備用

0 前言

我國陸上和近海區(qū)域10 m高度可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量約為10億千瓦[1]。隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電裝機規(guī)模和占總裝機比例的逐步增加，風(fēng)電出力的間歇性、波動性和反調(diào)峰特性將會進(jìn)一步影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行[2]。我國采用“大規(guī)模-高集中-高電壓-遠(yuǎn)距離輸送”開發(fā)模式。隨著風(fēng)電滲透率的增大，風(fēng)電的不確定性、反調(diào)峰特性及其與負(fù)荷地理上的逆向分布特性對系統(tǒng)電能質(zhì)量、功率平衡和安全性的影響越發(fā)明顯。同時，我國能源結(jié)構(gòu)使得多數(shù)地區(qū)電源結(jié)構(gòu)單一，靈活調(diào)節(jié)電源不足，調(diào)峰難度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于國外風(fēng)電發(fā)達(dá)國家[3]。

國內(nèi)對大規(guī)模風(fēng)電消納的相關(guān)技術(shù)有較多研究[4-6]。對大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)中的諸多問題，如大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)的影響及運行策略[7-8]、風(fēng)電參與系統(tǒng)頻率調(diào)整[9]等問題提出了具體的措施或技術(shù)展望。但目前對大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電輔助服務(wù)補償?shù)南嚓P(guān)研究較少。文獻(xiàn) [10]提出了風(fēng)電輔助服務(wù)成本測算方法，文獻(xiàn) [11]對并網(wǎng)風(fēng)電輔助服務(wù)成本補償?shù)臋C制進(jìn)行了研究，提出了風(fēng)電接入導(dǎo)致的輔助服務(wù)成本的分?jǐn)?、補償機制并提出了政策建議。

我國風(fēng)電并網(wǎng)及交易機制是全額保障性收購與固定電價，不能有效發(fā)揮風(fēng)電輔助服務(wù)成本高和邊際成本低的特點。利用市場手段調(diào)動常規(guī)電源參與調(diào)峰、調(diào)頻的積極性，落實節(jié)能調(diào)度管理，協(xié)調(diào)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電和系統(tǒng)調(diào)峰關(guān)系，是解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的各種問題，提高電網(wǎng)風(fēng)電消納能力的有效途徑。

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，對提供有償輔助服務(wù)電廠進(jìn)行補償，補償費用主要來源于并網(wǎng)運行考核費用，差額部分由并網(wǎng)發(fā)電廠分?jǐn)偂Ｔ谖覈F(xiàn)行體制下，風(fēng)電作為快速發(fā)展的重要電源，不但無法向系統(tǒng)提供輔助服務(wù)，同時風(fēng)電還大量消耗輔助服務(wù)資源，風(fēng)電顯現(xiàn)出明顯的用電負(fù)荷特性。隨著并網(wǎng)風(fēng)電裝機容量的增長，風(fēng)電對常規(guī)電源所提供的輔助服務(wù)消耗也隨之迅速增加，常規(guī)電源是否可以提供足夠的輔助服務(wù)是大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電接入系統(tǒng)的重要約束條件，而提高電力系統(tǒng)輔助服務(wù)能力需要較大投入。風(fēng)電消耗大量輔助服務(wù)資源，但并未對其進(jìn)行補償，不利于發(fā)電側(cè)輔助服務(wù)市場公平，也不利于提高電網(wǎng)對風(fēng)電的接納能力。

因此，有必要對風(fēng)電輔助服務(wù)補償定價及其分?jǐn)偤脱a償機制問題進(jìn)行研究，積極促進(jìn)發(fā)電側(cè)市場公平及提高系統(tǒng)對風(fēng)電的接納能力。

1 輔助服務(wù)

1.1 輔助服務(wù)管理現(xiàn)狀

按 《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細(xì)則》規(guī)定，輔助服務(wù)分為基本輔助服務(wù)和有償輔助服務(wù)。其中，基本輔助服務(wù)包括一次調(diào)頻、基本調(diào)峰、基本無功調(diào)節(jié)；有償輔助服務(wù)包括AGC、旋轉(zhuǎn)備用、有償調(diào)峰、有償無功調(diào)節(jié)、黑啟動。

圖1 有償輔助服務(wù)

1.2 風(fēng)電輔助服務(wù)消耗

并網(wǎng)風(fēng)電對系統(tǒng)的輔助服務(wù)消耗主要體現(xiàn)在調(diào)峰、調(diào)頻和備用三個方面。

調(diào)峰：大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)對系統(tǒng)調(diào)峰的影響體現(xiàn)在風(fēng)電出力峰谷差較大且峰谷交替頻繁。另外，風(fēng)電的自然特性使其在多數(shù)情況下呈反調(diào)峰特性，即在夜間負(fù)荷低谷時正好又是風(fēng)電大發(fā)的時段。電網(wǎng)為此需調(diào)用其他常規(guī)能源為系統(tǒng)提供更多的調(diào)峰服務(wù)，以確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

調(diào)頻：由于風(fēng)速變化的高度隨機性，風(fēng)力發(fā)電機的出力也隨時變化。大量風(fēng)電功率的波動增加了系統(tǒng)調(diào)頻的難度。隨著風(fēng)電的快速增長，風(fēng)電突變幅度將繼續(xù)增大，會對電網(wǎng)頻率質(zhì)量造成較大影響，對系統(tǒng)調(diào)頻提出了更高的要求。電網(wǎng)需調(diào)用更多的AGC輔助服務(wù)以平衡風(fēng)電出力波動，滿足系統(tǒng)頻率調(diào)整的要求。

備用：風(fēng)電出力的波動性和不穩(wěn)定性，使得大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)將大量增加系統(tǒng)的事故備用、旋轉(zhuǎn)備用。

圖2 風(fēng)電輔助服務(wù)需求

2 風(fēng)電輔助服務(wù)補償

2.1 補償定價

風(fēng)電輔助服務(wù)補償包括調(diào)峰補償、調(diào)頻補償、備用補償。

調(diào)峰補償：影響風(fēng)電對調(diào)峰輔助服務(wù)消耗量主要因素為出力峰谷差及其峰谷持續(xù)期間的累積電量。因此需分為電力、電量兩個部分對調(diào)峰服務(wù)補償進(jìn)行計算。由于風(fēng)電峰谷轉(zhuǎn)換頻繁，調(diào)峰電力可根據(jù)風(fēng)電每小時峰谷差進(jìn)行累加，計算得到每日累積峰谷差。調(diào)峰電量可考慮以實際出力曲線與平均出力線圍成面積積分等效電量作為計算依據(jù)，按式 (1)計算調(diào)峰補償。

式中，A為調(diào)峰補償費，元；R1為調(diào)峰電力價格，元/MW；△Pt為t小時峰谷差，MW；R2為調(diào)峰電量價格，元/MWh；P為有功出力，MW；P’為日平均出力，MW。

調(diào)頻補償：風(fēng)電對調(diào)峰輔助服務(wù)消耗體現(xiàn)在風(fēng)電出力波動頻繁，可考慮采用風(fēng)電發(fā)電出力路徑法，即按風(fēng)電實際出力曲線路徑長度抵扣基本路徑長度后作為依據(jù)計算調(diào)頻服務(wù)消耗量。采用風(fēng)電發(fā)電出力路徑法，計算風(fēng)電實際出力曲線路徑長度，按式 (2)計算調(diào)頻補償。

式中，B為調(diào)頻補償費用，元；L為發(fā)電出力路徑長度，定義曲線上1 MW=1 min=1單位長度；R3為調(diào)頻價格，元/MW-min。

備用補償：電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 5429-2009中規(guī)定，系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)備用容量可按系統(tǒng)最大發(fā)電負(fù)荷2%～5%考慮，低值適用于大系統(tǒng)，高值適用于小系統(tǒng)。并網(wǎng)風(fēng)電備用消耗可按大系統(tǒng)考慮，風(fēng)電備用補償可按裝機容量2%計算。

式中，C為備用補償費用，元；R4為備用價格，元/MW；S為裝機容量，MW。

2.2 補償分配

風(fēng)電輔助服務(wù)補償分配須確保分配方式的公平性和可執(zhí)行性。按照當(dāng)前我國執(zhí)行的輔助服務(wù)補償管理模式，對風(fēng)電根據(jù)其輔助服務(wù)消耗量進(jìn)行考核最直接的方法是直接將風(fēng)電輔助服務(wù)考核費用納入全網(wǎng)輔助服務(wù)管理。這種方法能夠有效促進(jìn)風(fēng)電完通過提高自身管理、技術(shù)能力提高運行穩(wěn)定性，但補償費用直接用于補償本應(yīng)由全部市場成員分擔(dān)的部分費用，風(fēng)電實質(zhì)上在補償所有電廠，提供輔助服務(wù)電廠并未按貢獻(xiàn)得到額外補償，補償針對性不強，提高電廠參與輔助服務(wù)積極性效果不好。

從電力市場長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，應(yīng)建立輔助服務(wù)補償交易市場，風(fēng)電輔助服務(wù)補償費用在輔助服務(wù)市場中直接對參與提供輔助服務(wù)的電廠進(jìn)行補償。有利于充分調(diào)動常規(guī)電源參與調(diào)峰、調(diào)頻的積極性。也有利于落實節(jié)能調(diào)度管理，協(xié)調(diào)風(fēng)電并網(wǎng)發(fā)電和系統(tǒng)調(diào)峰關(guān)系，是解決大規(guī)模風(fēng)電并網(wǎng)給系統(tǒng)帶來的各種問題，提高電網(wǎng)風(fēng)電消納能力的發(fā)展方向。

2.3 補償交易流程

風(fēng)電輔助服務(wù)補償流程如圖3所示。

圖3 輔助服務(wù)交易流程

3 計算實例

3.1 風(fēng)電補償費用計算

以三個風(fēng)電場 (A、B、C)為例，對風(fēng)電輔助服務(wù)補償進(jìn)行計算。計算中，參考 《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實施細(xì)則》中部分省份的定價，暫定R1=1；R2=8.2；R3=6；R4=2。在實際執(zhí)行中，不同地區(qū)能源結(jié)構(gòu)和發(fā)電成本不同，因此價格會存在較大差別。

圖4 風(fēng)電出力曲線

表1 風(fēng)電輔助服務(wù)費用

3.2 實例分析

對比分析圖4、表1，可以看出：

1)風(fēng)電A、C出力曲線較為平穩(wěn)，因此風(fēng)電A、C調(diào)峰電力及調(diào)頻補償費用很低。風(fēng)電B峰谷交替頻繁，風(fēng)電B調(diào)峰電力補償明顯上升。

2)風(fēng)電A、B日峰谷差較大，因此風(fēng)電A、B調(diào)峰電量補償費用很高，風(fēng)電C出力平穩(wěn)，補償費用最低。

3)風(fēng)電B出力的頻繁波動對系統(tǒng)調(diào)頻產(chǎn)生影響，因此也導(dǎo)致了較高的調(diào)頻補償費。

4)三個風(fēng)電裝機容量相等，因此備用費相同。

總體來看，C風(fēng)電運行平穩(wěn)，峰谷差及出力波動均很小，總體輔助服務(wù)費用最低；B風(fēng)電場峰谷差較大且多次交替、出力頻繁波動，因此總體補償費用最高。上述算法能夠較為客觀、公平的對風(fēng)電輔助服務(wù)消耗進(jìn)行補償定價。

4 結(jié)束語

風(fēng)力發(fā)電具有很低的邊際成本，因此電網(wǎng)對風(fēng)電接納能力的增加對于風(fēng)電而言具有極高的邊際收益。本文提出風(fēng)電輔助服務(wù)補償及其定價算法，能夠有效調(diào)動常規(guī)能源電廠提供輔助服務(wù)的積極性，提高電網(wǎng)對風(fēng)電的消納能力。

利用市場手段協(xié)調(diào)電力市場各方利益，確保市場成員權(quán)利與責(zé)任相協(xié)調(diào)，是電力市場研究的重要內(nèi)容。風(fēng)電輔助服務(wù)補償有利于于風(fēng)電的持續(xù)健康發(fā)展，通過市場手段促進(jìn)風(fēng)電自身提高管理水平、主動采用新技術(shù)提高風(fēng)電出力的穩(wěn)定性。另外，本文提出的風(fēng)電輔助服務(wù)補償還有很多問題有待于進(jìn)一步研究和討論。

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Research on Pricing for Wind Power Ancillary Services Compensation

SUN Huali1，WANG Bangcan1，LUO Linglin2
(1.Yunnan Power Grid Corporation，Kunming 650011，China；2.Kunming University Of Science and Technology，Kunming 650011，China)

In order to improve the absorptive capability for wind power，and proper allocation ancillary service costs generated by wind power，this paper?puts forward pricing of wind power ancillary services compensation.Through wind power ancillary services compensation，according to conventional energy power plant auxiliary service contribution to obtain compensation.Helps to improve enthusiasm of conventional energy power plant to provide ancillary services，improve the network adaptability of wind power，but also conducive to promoting the wind power?to take management and?technical measures to improve the stability of wind power.

wind power；auxiliary service；compensation；peak regulation；frequency regulation；reserve

TM73

B

1006-7345(2015)05-0061-04

2015-03-16

孫華利 (1983)，男，工程師，碩士，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，從事電網(wǎng)調(diào)度運行工作 (e-mail)48304546＠qq.com。

王幫燦 (1985)，男，工程師，碩士，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，從事電力市場交易工作 (e-mail)278792706＠qq.com。

羅靈琳 (1983)，女，講師，碩士，昆明理工大學(xué)，從事電力市場、高電壓及絕緣技術(shù)研究工作 (e-mail)65016642＠qq.com。