風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)償定價(jià)研究

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(bǔ)償定價(jià)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(bǔ)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(bǔ)償定價(jià)方法及補(bǔ)償機(jī)制。風(fēng)電對(duì)輔助服務(wù)進(jìn)行補(bǔ)償，常規(guī)能源電廠根據(jù)輔助服務(wù)貢獻(xiàn)份額獲得補(bǔ)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(bǔ)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(chǔ)量約為10億千瓦[1]。隨著電力系統(tǒng)中風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模和占總裝機(jī)比例的逐步增加，風(fēng)電出力的間歇性、波動(dòng)性和反調(diào)峰特性將會(huì)進(jìn)一步影響電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(duì)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(shí)，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(duì)大規(guī)模風(fēng)電消納的相關(guān)技術(shù)有較多研究[4-6]。對(duì)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(yùn)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(duì)大規(guī)模并網(wǎng)風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)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(cè)算方法，文獻(xiàn) [11]對(duì)并網(wǎng)風(fēng)電輔助服務(wù)成本補(bǔ)償?shù)臋C(jī)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(bǔ)償機(jī)制并提出了政策建議。

我國風(fēng)電并網(wǎng)及交易機(jī)制是全額保障性收購與固定電價(jià)，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(diǎn)。利用市場(chǎng)手段調(diào)動(dòng)常規(guī)電源參與調(diào)峰、調(diào)頻的積極性，落實(shí)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(duì)提供有償輔助服務(wù)電廠進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償費(fèi)用主要來源于并網(wǎng)運(yùn)行考核費(fèi)用，差額部分由并網(wǎng)發(fā)電廠分?jǐn)?。在我國現(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(shí)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(jī)容量的增長，風(fēng)電對(duì)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(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，不利于發(fā)電側(cè)輔助服務(wù)市場(chǎng)公平，也不利于提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的接納能力。

因此，有必要對(duì)風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)償定價(jià)及其分?jǐn)偤脱a(bǔ)償機(jī)制問題進(jìn)行研究，積極促進(jìn)發(fā)電側(cè)市場(chǎng)公平及提高系統(tǒng)對(duì)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(shí)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(dòng)。

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(duì)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(gè)方面。

調(diào)峰：大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)對(duì)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(shí)正好又是風(fēng)電大發(fā)的時(shí)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(yùn)行。

調(diào)頻：由于風(fēng)速變化的高度隨機(jī)性，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出力也隨時(shí)變化。大量風(fēng)電功率的波動(dòng)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(huì)對(duì)電網(wǎng)頻率質(zhì)量造成較大影響，對(duì)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(dòng)，滿足系統(tǒng)頻率調(diào)整的要求。

備用：風(fēng)電出力的波動(dòng)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(bǔ)償

2.1 補(bǔ)償定價(jià)

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

調(diào)峰補(bǔ)償：影響風(fēng)電對(duì)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(gè)部分對(duì)調(diào)峰服務(wù)補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)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(shí)峰谷差進(jìn)行累加，計(jì)算得到每日累積峰谷差。調(diào)峰電量可考慮以實(shí)際出力曲線與平均出力線圍成面積積分等效電量作為計(jì)算依據(jù)，按式 (1)計(jì)算調(diào)峰補(bǔ)償。

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

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

式中，B為調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)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(jià)格，元/MW-min。

備用補(bǔ)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(bǔ)償可按裝機(jī)容量2%計(jì)算。

式中，C為備用補(bǔ)償費(fèi)用，元；R4為備用價(jià)格，元/MW；S為裝機(jī)容量，MW。

2.2 補(bǔ)償分配

風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)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(bǔ)償管理模式，對(duì)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(fèi)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(yùn)行穩(wěn)定性，但補(bǔ)償費(fèi)用直接用于補(bǔ)償本應(yīng)由全部市場(chǎng)成員分擔(dān)的部分費(fèi)用，風(fēng)電實(shí)質(zhì)上在補(bǔ)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(bǔ)償，補(bǔ)償針對(duì)性不強(qiáng)，提高電廠參與輔助服務(wù)積極性效果不好。

從電力市場(chǎng)長遠(yuǎn)發(fā)展考慮，應(yīng)建立輔助服務(wù)補(bǔ)償交易市場(chǎng)，風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)償費(fèi)用在輔助服務(wù)市場(chǎng)中直接對(duì)參與提供輔助服務(wù)的電廠進(jìn)行補(bǔ)償。有利于充分調(diào)動(dòng)常規(guī)電源參與調(diào)峰、調(diào)頻的積極性。也有利于落實(shí)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(bǔ)償交易流程

風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)償流程如圖3所示。

圖3 輔助服務(wù)交易流程

3 計(jì)算實(shí)例

3.1 風(fēng)電補(bǔ)償費(fèi)用計(jì)算

以三個(gè)風(fēng)電場(chǎng) (A、B、C)為例，對(duì)風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算中，參考 《南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則》中部分省份的定價(jià)，暫定R1=1；R2=8.2；R3=6；R4=2。在實(shí)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(jià)格會(huì)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(fèi)用

3.2 實(shí)例分析

對(duì)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(bǔ)償費(fèi)用很低。風(fēng)電B峰谷交替頻繁，風(fēng)電B調(diào)峰電力補(bǔ)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(bǔ)償費(fèi)用很高，風(fēng)電C出力平穩(wěn)，補(bǔ)償費(fèi)用最低。

3)風(fēng)電B出力的頻繁波動(dòng)對(duì)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(bǔ)償費(fèi)。

4)三個(gè)風(fēng)電裝機(jī)容量相等，因此備用費(fèi)相同。

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

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(duì)風(fēng)電接納能力的增加對(duì)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(bǔ)償及其定價(jià)算法，能夠有效調(diào)動(dòng)常規(guī)能源電廠提供輔助服務(wù)的積極性，提高電網(wǎng)對(duì)風(fēng)電的消納能力。

利用市場(chǎng)手段協(xié)調(diào)電力市場(chǎng)各方利益，確保市場(chǎng)成員權(quán)利與責(zé)任相協(xié)調(diào)，是電力市場(chǎng)研究的重要內(nèi)容。風(fēng)電輔助服務(wù)補(bǔ)償有利于于風(fēng)電的持續(xù)健康發(fā)展，通過市場(chǎng)手段促進(jìn)風(fēng)電自身提高管理水平、主動(dòng)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(bǔ)償還有很多問題有待于進(jìn)一步研究和討論。

[1] 張麗英，葉廷路，辛耀中.大規(guī)模風(fēng)電接入電網(wǎng)的相關(guān)問題及措施 [J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30(25)：1 -9.

[2] 樊揚(yáng)，林勇，徐乾耀.廣東電網(wǎng)風(fēng)電出力特性分析及其經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià) [J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2012，6(1)：8-12.

[3] 李明節(jié).基于國際先進(jìn)技術(shù)的風(fēng)電調(diào)度研究與實(shí)踐 [J].中國電力，2012，45(11)：1-6

[4] 朱凌志，陳寧，韓華玲.風(fēng)電消納關(guān)鍵問題及應(yīng)對(duì)措施分析 [J].2011，35(22)：29-34.

[5] 侯佑華.內(nèi)蒙古電網(wǎng)大規(guī)模風(fēng)電入網(wǎng)的運(yùn)行分析及調(diào)度方案設(shè)計(jì) [D].天津：天津大學(xué)，2010.

[6] 黃天翔.基于風(fēng)電消納能力最大化的博弈分析與機(jī)制研究[D].保定：華北電力大學(xué)，2012.

[7] 石恒初，剡文林，劉和森.風(fēng)電并網(wǎng)對(duì)電力系統(tǒng)的影響初探 [J].云南電力技術(shù)，2009，37(1)：8-12.

[8] 靜鐵巖，呂泉，郭琳.水電-風(fēng)電系統(tǒng)日間聯(lián)合調(diào)峰運(yùn)行策略 [J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2011，35(22)：97-104.

[9] 劉巨，姚偉，文勁宇.大規(guī)模風(fēng)電參與系統(tǒng)頻率調(diào)整的技術(shù)展望 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2014，38(3)：639-646.

[10] 謝國輝，李瓊慧.風(fēng)電輔助服務(wù)成本測(cè)算模型和實(shí)證研究 [J].中國電力，2011，44(12)：82-85.

[11] 何洋，胡軍峰，閆志濤.大規(guī)模風(fēng)電入網(wǎng)輔助服務(wù)成本補(bǔ)償機(jī)制研究 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(12)：3552 -3557.

[12] 南方區(qū)域并網(wǎng)發(fā)電廠輔助服務(wù)管理實(shí)施細(xì)則 [Z].

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(yùn)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(chǎng)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(chǎng)、高電壓及絕緣技術(shù)研究工作 (e-mail)65016642＠qq.com。