分布式源荷參與輔助服務(wù)的市場(chǎng)機(jī)制與實(shí)現(xiàn)方法

王韻楚，張 思，林振智，蔣晨威，唐 律，文福拴

（1.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，浙江省 杭州市 310027；2.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，浙江省 杭州市 310007）

0 引言

新能源在電力系統(tǒng)中的滲透率不斷提高，推動(dòng)了清潔低碳、安全高效的電力系統(tǒng)建設(shè)，支撐了中國(guó)“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中，電力系統(tǒng)輔助服務(wù)，特別是調(diào)節(jié)能力的需求會(huì)逐步上升。設(shè)計(jì)有效的輔助服務(wù)市場(chǎng)有利于激發(fā)分布式源荷（包括分布式新能源電源、可調(diào)節(jié)負(fù)荷、儲(chǔ)能設(shè)備等）的靈活調(diào)節(jié)潛力，進(jìn)而增強(qiáng)電網(wǎng)消納間歇性新能源的能力。

新能源發(fā)電機(jī)組出力的間歇性和不確定性給電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性帶來了新的挑戰(zhàn)，對(duì)調(diào)頻等輔助服務(wù)提出了更高的要求。此外，分布式源荷參與主體普遍存在單體容量小、空間分布分散、不確定性程度高等特點(diǎn)，不同設(shè)備的數(shù)據(jù)和通信基礎(chǔ)設(shè)施、可調(diào)度性、響應(yīng)速度、可靠性等存在差異。這些因素給市場(chǎng)主體自身決策、市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)及調(diào)度管理帶來了挑戰(zhàn)。因此，為解決分布式電源和靈活負(fù)荷進(jìn)一步發(fā)展的需求與當(dāng)前輔助服務(wù)交易機(jī)制無法高效保障電網(wǎng)安全運(yùn)行的矛盾，國(guó)內(nèi)外均在已有輔助服務(wù)市場(chǎng)的基礎(chǔ)上積極探索面向分布式電源和靈活負(fù)荷參與輔助服務(wù)的機(jī)制設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)方法。這些探索為提升電力系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性和可靠性、支撐“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了重要支持。

美國(guó)、北歐等國(guó)家和地區(qū)典型電力市場(chǎng)對(duì)此研究和應(yīng)用的起步較早。例如，美國(guó)賓夕法尼亞-新澤西-馬里蘭州（Pennsylvania-New Jersey-Maryland，PJM）電力市場(chǎng)［1］、得克薩斯州電力可靠性委員會(huì)（Electric Reliability Council of Texas，ERCOT）［2-3］均制定了發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能、需求側(cè)資源參與調(diào)頻、備用等輔助服務(wù)的市場(chǎng)規(guī)則。國(guó)家能源局于2021年12 月修訂了《并網(wǎng)主體并網(wǎng)運(yùn)行管理規(guī)定》和《電力系統(tǒng)輔助服務(wù)管理辦法》［4-5］（以下稱“兩個(gè)細(xì)則”），其中給出了有功平衡服務(wù)、無功平衡服務(wù)、事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)三大類主要應(yīng)用，擴(kuò)大了輔助服務(wù)提供主體范圍，新增了新能源、新型儲(chǔ)能、負(fù)荷側(cè)并網(wǎng)主體等分布式源荷參與輔助服務(wù)的并網(wǎng)技術(shù)導(dǎo)則及管理要求等。然后，中國(guó)多個(gè)區(qū)域和省市積極探索。例如，山西、山東等出臺(tái)了新型儲(chǔ)能參與調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)的細(xì)則；浙江發(fā)布了第三方獨(dú)立主體參與輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則，包含旋轉(zhuǎn)備用、削峰調(diào)峰、填谷調(diào)峰這3 類輔助服務(wù)。近年來，為發(fā)揮分布式源荷參與電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)的潛力，不少學(xué)者關(guān)注分布式電源、儲(chǔ)能、需求側(cè)等分布式主體及虛擬電廠（virtual power plant，VPP）、綜合能源系統(tǒng)（integrated energy system，IES）等聚合體參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的商業(yè)模式和市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［6］總結(jié)了電動(dòng)汽車參與電網(wǎng)輔助服務(wù)的控制策略；文獻(xiàn)［7］研究了儲(chǔ)能協(xié)同參與電能量市場(chǎng)和備用輔助服務(wù)市場(chǎng)的可行性，提出了儲(chǔ)能系統(tǒng)利用閑置容量和功率參與多應(yīng)用場(chǎng)景的協(xié)同運(yùn)行策略；文獻(xiàn)［8］總結(jié)了美國(guó)加州、澳大利亞與德國(guó)VPP 參與輔助服務(wù)的市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)；文獻(xiàn)［9］從運(yùn)營(yíng)機(jī)制、調(diào)控策略、負(fù)荷潛力等方面分析了需求響應(yīng)提供調(diào)頻和備用輔助服務(wù)的技術(shù)問題，總結(jié)了國(guó)外需求響應(yīng)參與輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制；文獻(xiàn)［10］研究了有源配電網(wǎng)黑啟動(dòng)恢復(fù)供電輔助服務(wù)的市場(chǎng)機(jī)制，提出了包含分布式電源黑啟動(dòng)能力補(bǔ)償賈和黑啟動(dòng)使用補(bǔ)償賈的黑啟動(dòng)恢復(fù)供電兩部制定價(jià)方式。

為引導(dǎo)多類型分布式源荷參與不同品種輔助服務(wù)市場(chǎng)，有必要探討輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制發(fā)展的現(xiàn)狀并展望未來的發(fā)展趨勢(shì)。在此背景下，本文首先從有功平衡服務(wù)、無功平衡服務(wù)、事故應(yīng)急及恢復(fù)輔助服務(wù)幾個(gè)方面，對(duì)國(guó)內(nèi)外分布式源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比；接著，總結(jié)國(guó)內(nèi)外分布式源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的聚合和控制技術(shù)，分析相關(guān)的計(jì)量、結(jié)算和成本分?jǐn)倷C(jī)制；最后，面向中國(guó)新型電力系統(tǒng)建設(shè)需求，對(duì)分布式電源和靈活負(fù)荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)進(jìn)行展望。

1 分布式源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，中國(guó)華北、東北、華中、華東、西北、南方6 個(gè)區(qū)域［11-16］，江蘇［17］、山東［18］等省份陸續(xù)出臺(tái)和修訂了電力輔助服務(wù)實(shí)施細(xì)則。國(guó)外典型電力市場(chǎng)中均有較為成熟的輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制，并針對(duì)儲(chǔ)能、VPP 等新型主體重新進(jìn)行了修訂。中國(guó)6 個(gè)區(qū)域輔助服務(wù)類型以及分布式源荷參與情況分別如表1 和表2 所示。

表2 中國(guó)6 個(gè)區(qū)域分布式源荷參與輔助服務(wù)類型Table 2 Types of ancillary services for participation of distributed sources and loads in six regions of China

1.1 分布式源荷提供有功平衡服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)

中國(guó)“十四五”期間，分布式電源、儲(chǔ)能、需求側(cè)可調(diào)節(jié)負(fù)荷等分布式源荷主要參與有功平衡服務(wù)，包括調(diào)頻、調(diào)峰、備用、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、爬坡等電力輔助服務(wù)。附錄A 中描述了各交易品種國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。

國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)于2006 年發(fā)布了相關(guān)文件，明確了輔助服務(wù)包括調(diào)頻、調(diào)峰、備用、無功調(diào)節(jié)和黑啟動(dòng)。然后，6 個(gè)區(qū)域電力市場(chǎng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)組織編寫和逐步實(shí)施了輔助服務(wù)“兩個(gè)細(xì)則”。最近幾年，中國(guó)多數(shù)區(qū)域允許風(fēng)電、光伏參與有償一次調(diào)頻，在山西、山東等省份，新型儲(chǔ)能參與一次調(diào)頻正在從無償服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袃敺?wù)；安徽、湖北等多個(gè)省份啟動(dòng)了分布式源荷參與二次調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)。在補(bǔ)償機(jī)制方面，部分地區(qū)為引導(dǎo)新能源和儲(chǔ)能參與系統(tǒng)調(diào)節(jié)，將它們列入有償一次調(diào)頻資源，而常規(guī)機(jī)組為無償一次調(diào)頻資源。例如，在東北，新能源場(chǎng)站一次調(diào)頻根據(jù)月度實(shí)際上網(wǎng)電量進(jìn)行補(bǔ)償，儲(chǔ)能電站按月度一次調(diào)頻積分電量進(jìn)行補(bǔ)償。為引導(dǎo)分布式源荷提供輔助服務(wù)，浙江省出臺(tái)了第三方獨(dú)立主體參與電力輔助服務(wù)市場(chǎng)交易規(guī)則［19］，與華東區(qū)域輔助服務(wù)市場(chǎng)以耦合方式開展報(bào)價(jià)出清，調(diào)頻需求為發(fā)電企業(yè)無法提供相應(yīng)二次調(diào)頻能力缺額部分的日前統(tǒng)計(jì)值。調(diào)峰輔助服務(wù)是中國(guó)部分地區(qū)支撐清潔能源消納、促進(jìn)電源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和功能重構(gòu)特有的交易品種，其本質(zhì)上屬于能量市場(chǎng)，國(guó)外成熟電力市場(chǎng)主要通過現(xiàn)貨市場(chǎng)的設(shè)計(jì)解決調(diào)峰問題［20］。中國(guó)6 個(gè)區(qū)域均出臺(tái)了新型儲(chǔ)能參與調(diào)峰服務(wù)的規(guī)定，華北、東北、華中、華東和南方特別發(fā)布了負(fù)荷側(cè)調(diào)節(jié)資源參與調(diào)峰輔助服務(wù)的規(guī)則，受端電網(wǎng)一般分設(shè)削峰調(diào)峰和填谷調(diào)峰，兩類調(diào)峰的價(jià)格機(jī)制、成本分?jǐn)倷C(jī)制等具有差異。對(duì)于分布式光伏、風(fēng)電，為保障其消納，一般不要求參與調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)，而是需要分?jǐn)傉{(diào)峰輔助服務(wù)賈用，但華中提出風(fēng)電、光伏等新能源在電網(wǎng)安全受到影響時(shí)應(yīng)參與無償調(diào)峰。在部分區(qū)域，例如，甘肅，采取了調(diào)峰和AGC 這2 種輔助服務(wù)品種的日內(nèi)分時(shí)疊加模式［21］，儲(chǔ)能可以在不同的時(shí)間段提供不同類型的輔助服務(wù)。對(duì)于調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)與現(xiàn)貨市場(chǎng)、需求響應(yīng)功能重合的問題，華東規(guī)定在現(xiàn)貨市場(chǎng)運(yùn)行期間，已參與現(xiàn)貨市場(chǎng)或需求響應(yīng)的可調(diào)節(jié)負(fù)荷、新型儲(chǔ)能在輔助服務(wù)市場(chǎng)不予重復(fù)補(bǔ)償。對(duì)于儲(chǔ)能、需求側(cè)分布式源荷參與備用輔助服務(wù)，華東和南方明確要求可中斷負(fù)荷、直控型可調(diào)節(jié)負(fù)荷可基于自身?xiàng)l件，在系統(tǒng)運(yùn)行有備用需求時(shí)應(yīng)預(yù)留調(diào)節(jié)能力，參與旋轉(zhuǎn)備用輔助服務(wù)。以華東為例，備用輔助服務(wù)在進(jìn)入市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)前采用固定價(jià)格補(bǔ)償，其中，新型儲(chǔ)能的備用輔助服務(wù)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)電側(cè)并網(wǎng)主體相同；考慮到現(xiàn)貨市場(chǎng)機(jī)會(huì)成本，參與現(xiàn)貨市場(chǎng)并網(wǎng)主體的備用輔助服務(wù)補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)會(huì)適當(dāng)提高；可中斷負(fù)荷備用補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)更高［14］，遠(yuǎn)高于其他類型的輔助服務(wù)。

中國(guó)電力市場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、爬坡交易品種起步較晚。6 個(gè)區(qū)域中，雖然除華中外均在輔助服務(wù)細(xì)則中提出設(shè)置爬坡和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量輔助服務(wù)，但并未真正執(zhí)行。對(duì)于分布式源荷參與輔助服務(wù)，華東提出調(diào)節(jié)速率每分鐘等于或超過1.5%額定容量的并網(wǎng)主體可提供爬坡輔助服務(wù)，根據(jù)爬坡準(zhǔn)備時(shí)間、里程給予補(bǔ)償［14］。東北提出根據(jù)變速風(fēng)電機(jī)組、光伏逆變器、新型儲(chǔ)能電站中儲(chǔ)能變流器所模擬同步發(fā)電機(jī)組的慣量特性，要求風(fēng)電、光伏、儲(chǔ)能能夠參與有償轉(zhuǎn)動(dòng)慣量中的虛擬慣量響應(yīng)。華東則提出飛輪儲(chǔ)能提供的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量屬于有償轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，其補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與其他主體一致。

國(guó)外成熟電力市場(chǎng)中，有功輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展均較為完善。在美國(guó)，為便于儲(chǔ)能等新型主體參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，對(duì)原有市場(chǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行規(guī)則做了改進(jìn)。為體現(xiàn)不同性能機(jī)組的價(jià)值、提升靈活性資源投資積極性，一般對(duì)交易品種進(jìn)行了細(xì)分。例如，PJM 市場(chǎng)中設(shè)置傳統(tǒng)調(diào)頻信號(hào)regA 和快速調(diào)頻信號(hào)regD，文獻(xiàn)［22］針對(duì)這2 種調(diào)頻信號(hào)提出了一種考慮儲(chǔ)能退化成本的調(diào)頻輔助服務(wù)市場(chǎng)控制方法。PJM 市場(chǎng)同步備用按響應(yīng)時(shí)間分為一級(jí)同步備用（Tier 1）和二級(jí)同步備用（Tier 2）；Tier 1 通常由大型機(jī)組、儲(chǔ)能等提供，風(fēng)電、光伏、分布式儲(chǔ)能、負(fù)荷側(cè)資源等默認(rèn)不能參與，而Tier 2 則可以由容量較小的發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能系統(tǒng)以及能夠在10 min 以內(nèi)響應(yīng)的負(fù)荷側(cè)資源提供，但需提供最小容量標(biāo)準(zhǔn)的備用容量。英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)［23］和美國(guó)ERCOT 市場(chǎng)［24］均設(shè)立了快速頻率響應(yīng)（fast frequency response，F(xiàn)FR）交易品種，由負(fù)荷、風(fēng)電、儲(chǔ)能等資源提供［25］，與同步慣量響應(yīng)一起共同抑制頻率波動(dòng)。美國(guó)中部獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)（midcontinent independent system operator，MISO）在日前和實(shí)時(shí)市場(chǎng)均開展了靈活爬坡產(chǎn)品（flexible ramping product，F(xiàn)RP）交易［26］，以確保獲取充足的爬坡資源。

綜上，目前中國(guó)有功平衡服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制根據(jù)各地區(qū)電源結(jié)構(gòu)、供需關(guān)系等情況具有不同的成熟度，各區(qū)域需考慮各類交易品種以解決所面臨的不同問題，從需求出發(fā)逐步完善輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制，并避免功能重疊。為引導(dǎo)分布式源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，可考慮設(shè)計(jì)面向優(yōu)質(zhì)機(jī)組的定價(jià)機(jī)制，或根據(jù)調(diào)節(jié)性能要求對(duì)調(diào)頻、調(diào)峰、備用市場(chǎng)交易品種進(jìn)行細(xì)分，使市場(chǎng)主體能夠獲得與其調(diào)節(jié)性能相關(guān)的合理收益，引導(dǎo)分布式源荷的投資和改造。

1.2 分布式源荷提供無功平衡服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)

無功平衡服務(wù)即電壓控制服務(wù)，是指為保障電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，并網(wǎng)主體根據(jù)調(diào)控中心下達(dá)的電壓、無功出力等控制調(diào)節(jié)指令，通過AVC、調(diào)相運(yùn)行等方式，向電網(wǎng)注入、吸收無功功率，或調(diào)整無功功率分布來實(shí)現(xiàn)無功平衡。中國(guó)6 個(gè)區(qū)域均提出了無功平衡服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制。其中，西北對(duì)分布式電源參與規(guī)則和技術(shù)參數(shù)等給出了較為明確的規(guī)定；對(duì)于有償無功調(diào)節(jié)，風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站、新型儲(chǔ)能電站按比遲相功率因數(shù)0.95（常規(guī)電源該值為0.85）多發(fā)出的無功電量或比進(jìn)相功率因數(shù)0.95（常規(guī)電源該值為0.97）多吸收的無功電量以及調(diào)相運(yùn)行時(shí)發(fā)出的無功電量進(jìn)行補(bǔ)償，其補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)與常規(guī)電源中火電的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)持平，是水電的2 倍；新能源及新型儲(chǔ)能有償無功服務(wù)的補(bǔ)償為風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能所提供的無功電量貢獻(xiàn)，不包括靜止無功發(fā)生器（static var generator，SVG）、靜止無功補(bǔ)償裝置（static var compensator，SVC）等裝置做出的無功電量貢獻(xiàn)；對(duì)于AVC，常規(guī)電源AVC 按機(jī)組計(jì)量補(bǔ)償，全廠成組投入的AVC 按全廠計(jì)量補(bǔ)償，而新能源及新型儲(chǔ)能AVC 按場(chǎng)站計(jì)量補(bǔ)償，通過匯集接入的新能源場(chǎng)站AVC，原則上按照接入該匯集系統(tǒng)的裝機(jī)容量比例進(jìn)行分?jǐn)傃a(bǔ)償。

電壓控制在各國(guó)電力市場(chǎng)中同樣也作為一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的輔助服務(wù)，但一般不參與日前或?qū)崟r(shí)的輔助服務(wù)市場(chǎng)，而是通過長(zhǎng)期合約獲得［27］，價(jià)格由雙方協(xié)商或公開競(jìng)標(biāo)的方式確定。例如，北歐將電壓控制類輔助服務(wù)分為3 級(jí)，響應(yīng)時(shí)間分別為毫秒級(jí)、分鐘級(jí)和10～30 分鐘級(jí)［28］，美國(guó)得克薩斯州設(shè)置電壓支持服務(wù)（voltage support service，VSS）。在分布式源荷中，儲(chǔ)能具有快速調(diào)節(jié)和四象限運(yùn)行的特點(diǎn)，能夠提供無功輔助服務(wù)，改善電能質(zhì)量［29］；基于換流器的分布式電源也能夠利用剩余容量為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)無功電壓支撐［30］。文獻(xiàn)［31］提出了基于多智能體深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的分布式電源就地電壓控制方法；文獻(xiàn)［32］提出了可再生能源消納場(chǎng)景中共享儲(chǔ)能的無功輔助服務(wù)定價(jià)模型，設(shè)計(jì)了基于成本的容量?jī)r(jià)格，并提出了可再生能源消納的基準(zhǔn)功率，以量化由無功功率服務(wù)引起的機(jī)會(huì)成本。2023 年2 月英國(guó)可再生能源開發(fā)商Zenobe Energy 所擁有的電池儲(chǔ)能系統(tǒng)已經(jīng)開始向電網(wǎng)提供無功功率服務(wù)，這是目前歐洲規(guī)模最大的直接連接輸電網(wǎng)的電池儲(chǔ)能項(xiàng)目。該儲(chǔ)能項(xiàng)目由英國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商N(yùn)ational Grid 公司運(yùn)營(yíng)，是世界上第一個(gè)提供此類服務(wù)的儲(chǔ)能項(xiàng)目［33］。

風(fēng)電、光伏和儲(chǔ)能具有無功調(diào)節(jié)能力，特別是儲(chǔ)能設(shè)備的穩(wěn)定性要高于常規(guī)電容器和靜止無功補(bǔ)償裝置，在設(shè)計(jì)分布式電源和靈活負(fù)荷參與無功平衡服務(wù)的價(jià)格機(jī)制時(shí)，需考慮提供無功調(diào)節(jié)服務(wù)的機(jī)會(huì)成本，引導(dǎo)和激勵(lì)分布式電源和靈活負(fù)荷就地參與電壓控制。

1.3 分布式源荷提供事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制

事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)包括切機(jī)服務(wù)、切負(fù)荷服務(wù)和黑啟動(dòng)服務(wù)。其中，黑啟動(dòng)服務(wù)在中國(guó)6 個(gè)區(qū)域輔助服務(wù)“兩個(gè)細(xì)則”中均有相應(yīng)條款，由具備自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組或抽水蓄能、新型儲(chǔ)能等主體提供。西北規(guī)定對(duì)調(diào)控機(jī)構(gòu)按照電網(wǎng)結(jié)構(gòu)指定的黑啟動(dòng)機(jī)組進(jìn)行補(bǔ)助，并且對(duì)并網(wǎng)主體的月度補(bǔ)償額最高不超過30 萬元，且待條件具備后以市場(chǎng)競(jìng)價(jià)方式確定黑啟動(dòng)服務(wù)。南方則與有能力參與黑啟動(dòng)的機(jī)組簽訂中長(zhǎng)期合約，補(bǔ)償賈用包括能力賈和使用賈，其中，獨(dú)立儲(chǔ)能電站與火電的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)一致。切機(jī)和切負(fù)荷服務(wù)分別指電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，由穩(wěn)定控制裝置將發(fā)電機(jī)組與電網(wǎng)解列，以及由安全自動(dòng)裝置切除部分負(fù)荷，以確保電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定的輔助服務(wù)。東北、華東、西北、南方均設(shè)置此2 類輔助服務(wù)，具有切機(jī)功能的電源及新型儲(chǔ)能均可以提供切機(jī)服務(wù)，補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)中包含能力賈和使用賈。其中，東北、華東在使用賈中包含啟停賈用，但現(xiàn)階段僅給出火電、水電等常規(guī)機(jī)組的補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)，分布式源荷相關(guān)參數(shù)仍待完善；華東、東北分別規(guī)定對(duì)接入電壓等級(jí)在35 kV 及以上、10 kV 以上且正常繳納輔助服務(wù)賈用的電力用戶提供切負(fù)荷電量補(bǔ)償，并給出了補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)償時(shí)間；南方則提供能力賈和使用賈；西北僅對(duì)切除抽水蓄能電站抽水負(fù)荷、新型儲(chǔ)能進(jìn)行補(bǔ)償。

隨著分布式電源的容量在電力系統(tǒng)中的占比不斷增加，配電網(wǎng)和微網(wǎng)在電力系統(tǒng)恢復(fù)中的角色也發(fā)生了變化。文獻(xiàn)［34］對(duì)微網(wǎng)的構(gòu)成做了詳盡分析，闡述了其作為黑啟動(dòng)電源的可行性以及相對(duì)于發(fā)電機(jī)組的優(yōu)勢(shì)，研究了將微網(wǎng)作為黑啟動(dòng)電源的網(wǎng)架重構(gòu)策略。文獻(xiàn)［35］提出了考慮分布式電源運(yùn)行特性的孤島劃分策略優(yōu)化模型，利用微網(wǎng)和分布式電源孤島繼續(xù)為關(guān)鍵負(fù)荷供電，以減小電網(wǎng)停電面積。文獻(xiàn)［36］提出了一種多時(shí)段負(fù)荷恢復(fù)優(yōu)化方法，以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)中的多源協(xié)同。為提升各類主體提供黑啟動(dòng)服務(wù)的積極性，已有文獻(xiàn)提出了黑啟動(dòng)輔助服務(wù)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償和成本核算方法。文獻(xiàn)［37］提出了一種基于保險(xiǎn)理論的黑啟動(dòng)輔助服務(wù)定價(jià)方法，構(gòu)建了協(xié)議時(shí)間優(yōu)化模型以實(shí)現(xiàn)用戶間概率收益差異最小化。文獻(xiàn)［38］提出一種含分布式電源配電網(wǎng)的黑啟動(dòng)輔助服務(wù)定價(jià)策略，根據(jù)黑啟動(dòng)輔助服務(wù)簽訂的負(fù)荷恢復(fù)時(shí)間、負(fù)荷等級(jí)以及負(fù)荷恢復(fù)量等協(xié)議內(nèi)容，確定分布式電源為配電網(wǎng)提供黑啟動(dòng)的服務(wù)賈標(biāo)準(zhǔn)和違約賠償賈標(biāo)準(zhǔn)。

從國(guó)內(nèi)外運(yùn)行情況看，分布式電源能夠?yàn)榕潆娋W(wǎng)提供黑啟動(dòng)服務(wù)，但現(xiàn)階段提供事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)的市場(chǎng)主體仍以輸電網(wǎng)和集中式發(fā)電企業(yè)為主。隨著分布式源荷海量式增加，需考慮其與配電網(wǎng)的交互作用，研究二者協(xié)同參與事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)的商業(yè)模式和定價(jià)機(jī)制。

2 分布式源荷參與輔助服務(wù)的聚合和控制技術(shù)

未來海量的分布式源荷接入電力系統(tǒng)后，對(duì)輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制中準(zhǔn)入機(jī)制、價(jià)格機(jī)制、成本分?jǐn)倷C(jī)制等均有影響。考慮到分布式源荷對(duì)電力系統(tǒng)靈活性、穩(wěn)定性的影響，無論其是否參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，均需明確不同類型主體的輔助服務(wù)責(zé)任。需評(píng)估市場(chǎng)效率、算力、儲(chǔ)存能力等因素，明確不同源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)后，通過市場(chǎng)手段進(jìn)行優(yōu)化配置與有序聚合，實(shí)現(xiàn)分層控制和分級(jí)管理。

2.1 獨(dú)立主體參與市場(chǎng)和電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)要求

分布式光伏、風(fēng)電、新型儲(chǔ)能、電力用戶作為獨(dú)立主體參與輔助服務(wù)市場(chǎng)、接收電網(wǎng)調(diào)度指令時(shí)，需滿足一定技術(shù)要求才能夠獲得準(zhǔn)入資格。首先，能夠直接并網(wǎng)參與提供輔助服務(wù)的分布式源荷主體包含發(fā)電側(cè)、負(fù)荷側(cè)和儲(chǔ)能側(cè)設(shè)備，其中，分布式電源包含分布式光伏、風(fēng)電、小水電、生物質(zhì)能等接入配電網(wǎng)的發(fā)電設(shè)備；負(fù)荷側(cè)主體一般包含工商業(yè)可中斷負(fù)荷、電動(dòng)汽車充電網(wǎng)絡(luò)、空調(diào)集群、居民負(fù)荷等能夠響應(yīng)電力調(diào)度指令的可調(diào)節(jié)負(fù)荷（含通過聚合商、VPP 等形式聚合）等；儲(chǔ)能側(cè)主體一般包含電化學(xué)、壓縮空氣、飛輪儲(chǔ)能等。其次，部分區(qū)域準(zhǔn)入規(guī)則明確了主體容量和接入電壓等級(jí)，如西北要求發(fā)電側(cè)主體額定容量在10 MW 及以上，南方要求獨(dú)立儲(chǔ)能電站滿足5 MW/1 h 及以上，華東允許接入35 kV 電壓等級(jí)的儲(chǔ)能側(cè)和負(fù)荷側(cè)主體參與電力輔助服務(wù)。此外，發(fā)電側(cè)主體和新型儲(chǔ)能主體需配置調(diào)控機(jī)構(gòu)要求的數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制等設(shè)備，新型儲(chǔ)能并網(wǎng)主體需安裝電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求的繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置、勵(lì)磁系統(tǒng)及電力系統(tǒng)穩(wěn)定器等，新能源主體還需具有新能源功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)等，并定時(shí)上傳0～240 h、0～72 h、15 min～4 h 的功率預(yù)測(cè)結(jié)果［14］，可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)能夠直接響應(yīng)省級(jí)及以上電力調(diào)控機(jī)構(gòu)的電力調(diào)度指令或經(jīng)地、縣級(jí)電力調(diào)控機(jī)構(gòu)能夠響應(yīng)省級(jí)及以上電力調(diào)控機(jī)構(gòu)的電力調(diào)度指令；參與日前調(diào)峰等輔助服務(wù)市場(chǎng)競(jìng)價(jià)的可調(diào)節(jié)負(fù)荷應(yīng)申報(bào)次日全天96 點(diǎn)的基準(zhǔn)功率曲線、調(diào)節(jié)能力曲線（區(qū)分上調(diào)和下調(diào)）及報(bào)價(jià)。

市場(chǎng)主體參與輔助服務(wù)時(shí)需滿足給定的性能要求，否則將被考核。對(duì)于不同類型的輔助服務(wù)品種，還需給定相關(guān)的性能指標(biāo)。例如，一次調(diào)頻人工死區(qū)、轉(zhuǎn)速不等率、最大負(fù)荷限幅、響應(yīng)時(shí)間、合格率、動(dòng)作性能等，APC 的遙測(cè)數(shù)據(jù)周期、采集誤差、采集延遲、調(diào)節(jié)速率、調(diào)節(jié)精度、響應(yīng)時(shí)間等［11］。根據(jù)分布式風(fēng)電、分布式光伏、分布式儲(chǔ)能、負(fù)荷側(cè)主體的物理特性，對(duì)直接參與市場(chǎng)和電網(wǎng)調(diào)度的分布式源荷的性能要求一般與火電等常規(guī)機(jī)組存在差異，例如，華中、南方等區(qū)域暫時(shí)不對(duì)風(fēng)電、光伏的一次調(diào)頻動(dòng)作性能進(jìn)行考核，僅考核功能投入、動(dòng)作正確性等；華北對(duì)APC 的響應(yīng)速度做出要求，分布式儲(chǔ)能和充電樁等電池類可調(diào)節(jié)負(fù)荷的APC 響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于1 min，電采暖、工業(yè)負(fù)荷和樓宇空調(diào)等類型資源的APC 響應(yīng)時(shí)間應(yīng)小于2 min，火電、水電、直接控制新型儲(chǔ)能的APC 響應(yīng)時(shí)間分別應(yīng)小于1 min、20 s、5 s。

在國(guó)際上發(fā)展較為成熟的電力市場(chǎng)中，市場(chǎng)主體的準(zhǔn)入門檻一般較低，但性能要求較高。以美國(guó)為例，聯(lián)邦能源管理委員會(huì)（Federal Energy Regulatory Commission，F(xiàn)ERC）于2018 年發(fā)布了841 號(hào)法案［39］，將儲(chǔ)能的準(zhǔn)入門檻從1 MW 降低到100 kW，大幅增加了市場(chǎng)主體數(shù)量，具備準(zhǔn)入資格的電化學(xué)儲(chǔ)能從124 個(gè)增加為289 個(gè)，占所有儲(chǔ)能項(xiàng)目的比例從25%上升到55%［40］。市場(chǎng)主體數(shù)量的提高在增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)性的同時(shí)也引發(fā)了部分獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)（independent system operator，ISO）對(duì)市場(chǎng)優(yōu)化出清模型計(jì)算算力的擔(dān)憂［41］。該法案明確了儲(chǔ)能的運(yùn)行約束，保證儲(chǔ)能不同時(shí)充放電，并考慮了儲(chǔ)能的容量有限性來確定其容量?jī)r(jià)值。傳統(tǒng)市場(chǎng)主體提供調(diào)頻服務(wù)時(shí)，一般需要同時(shí)中標(biāo)一定的容量以獲得上下調(diào)出力的空間，PJM 允許儲(chǔ)能在沒有基礎(chǔ)出力時(shí)提供調(diào)頻等輔助服務(wù)。對(duì)于負(fù)荷側(cè)資源參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，美國(guó)各市場(chǎng)對(duì)資源規(guī)模、持續(xù)時(shí)間、數(shù)據(jù)采集等方面的要求具有差異，ERCOT 和PJM 市場(chǎng)允許容量為0.1 MW 的需求響應(yīng)資源參與調(diào)頻和備用市場(chǎng)，MISO 和紐約州獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)構(gòu)（New York independent system operator，NYISO）則要求資源規(guī)模達(dá)到1 MW。同時(shí)，為限制市場(chǎng)力，多數(shù)市場(chǎng)不允許具有獨(dú)立計(jì)量能力的負(fù)荷資源通過聚合參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，MISO、PJM、NYISO 也要求負(fù)荷具有上下對(duì)稱的調(diào)頻能力，持續(xù)時(shí)間一般要求在30～60 min。2022 年，在PJM 市場(chǎng)中，儲(chǔ)能和需求側(cè)資源分別提供了25.7%、2.2%的調(diào)頻輔助服務(wù)，在調(diào)頻表現(xiàn)得分上，77.0%的儲(chǔ)能和54.7%的需求側(cè)資源得到91 分以上，而具有相同性能的水電機(jī)組和燃煤機(jī)組占比分別為49.2%和21.4%［42］。

2.2 分布式源荷聚合參與輔助服務(wù)市場(chǎng)研究現(xiàn)狀

分布式電源和靈活負(fù)荷參與主體普遍存在單體容量小、空間分布分散、不確定性程度高等特點(diǎn)，通過負(fù)荷聚合商、VPP、IES 等主體聚合參與輔助服務(wù)市場(chǎng)能夠進(jìn)一步挖掘資源調(diào)節(jié)潛力。這樣，在設(shè)計(jì)輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制、計(jì)量和結(jié)算規(guī)則時(shí)需適當(dāng)考慮聚合主體與獨(dú)立主體間在調(diào)節(jié)性能、接入方式等方面的不同，以及不同聚合主體之間在聚合資源類型、接入方式以及商業(yè)模式等方面的差異。

為促進(jìn)分布式資源聚合商參與市場(chǎng)，F(xiàn)ERC 在2021 年發(fā)布了2222 號(hào)法案［43］，要求各ISO 考慮分布式資源聚合商可能會(huì)在多個(gè)節(jié)點(diǎn)與主網(wǎng)產(chǎn)生雙向功率流的特性，允許聚合商投標(biāo)參與電能量、輔助服務(wù)和容量等多種市場(chǎng)，并按照節(jié)點(diǎn)電價(jià)進(jìn)行結(jié)算。不同聚合商采用的商業(yè)模式一般也不相同，包括固定賈用租賃合約和根據(jù)業(yè)績(jī)進(jìn)行事后利潤(rùn)分配等方式。文獻(xiàn)［44］考慮了各類需求側(cè)資源的不確定性，在模糊機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的框架下研究了聚合商的經(jīng)濟(jì)調(diào)度策略，并分析了負(fù)荷聚合商參與需求響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)成本。文獻(xiàn)［45］針對(duì)聚合商中空調(diào)負(fù)荷的特性，提出了空調(diào)的調(diào)控策略和補(bǔ)償機(jī)制。文獻(xiàn)［46］研究了電動(dòng)汽車聚合商的充放電調(diào)度策略，并考察了電動(dòng)汽車規(guī)模和預(yù)測(cè)精度對(duì)采用該策略所得結(jié)果的影響。文獻(xiàn)［47］研究了負(fù)荷聚合商的最優(yōu)投標(biāo)策略，考慮了負(fù)荷削減、負(fù)荷轉(zhuǎn)移，并分析了需求響應(yīng)前后配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。文獻(xiàn)［48］研究了含電動(dòng)汽車、溫控負(fù)荷的聚合商參與調(diào)頻輔助服務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度模型，并驗(yàn)證了電動(dòng)汽車和溫控負(fù)荷聚合參與輔助服務(wù)的互補(bǔ)特性。文獻(xiàn)［49］通過對(duì)不同負(fù)荷聚合商用電貢獻(xiàn)度、用電置信度等特性的評(píng)價(jià)，構(gòu)建了計(jì)及負(fù)荷聚合商調(diào)度優(yōu)先權(quán)的微網(wǎng)調(diào)度模型。

VPP 能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)分布于城市不同區(qū)域的各類型分布式資源的協(xié)同控制和多能互補(bǔ)運(yùn)行，一般通過分層調(diào)度系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度控制，分為電網(wǎng)協(xié)同控制層、云端協(xié)同控制層和分布式資源就地控制層。VPP 在美國(guó)加州電力市場(chǎng)中可通過代理需求響應(yīng)資源（proxy demand response resource，PDR）或分布式能源供應(yīng)商（distributed energy resource provider，DERP）2 種方式參加現(xiàn)貨電能量市場(chǎng)與備用輔助服務(wù)市場(chǎng)［50］。其中，DERP 由于對(duì)聚合的分布式資源種類沒有特殊要求且允許雙向調(diào)節(jié)而更符合VPP的概念。VPP 在澳大利亞電力市場(chǎng)中有3 種參與方式［51］：1）VPP 與零售商簽訂商業(yè)合同，零售商作為VPP 的財(cái)務(wù)責(zé)任市場(chǎng)參與方（financially responsible market participant，F(xiàn)RMP）；2）零售商兼具VPP 和FRMP 的雙重身份，既參與VPP 的運(yùn)營(yíng)，也承擔(dān)FRMP 的職責(zé)；3）VPP 作為市場(chǎng)輔助服務(wù)提供商（market ancillary service provider，MASP），僅可參加輔助服務(wù)市場(chǎng)。3 種方式下的電能量和輔助服務(wù)計(jì)量和結(jié)算的主體不同。為提高VPP 提供輔助服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)力，澳大利亞建立了新的監(jiān)測(cè)測(cè)量機(jī)制，明確規(guī)定了測(cè)量點(diǎn)的位置、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置、響應(yīng)能力的評(píng)估方法以及準(zhǔn)入測(cè)試的要求。

IES 能夠通過智能化控制和協(xié)同運(yùn)行，將不同形式的能源和能源設(shè)備進(jìn)行集成和互聯(lián)。近年來提出的能源互聯(lián)網(wǎng)［52］、能源集線器［53］等均是IES 的表現(xiàn)形態(tài)，不同形態(tài)IES 的設(shè)備和基本物理架構(gòu)基本相同，包括多種能源形式（如電、氣、熱、冷等）的生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)和消賈設(shè)備。IES 參與輔助服務(wù)市場(chǎng)有2 種方式，一是利用本身電-氣/冷/熱耦合設(shè)備的電力負(fù)荷特性，整體對(duì)電力系統(tǒng)提供輔助服務(wù)［54］，而當(dāng)調(diào)節(jié)精度與輔助服務(wù)市場(chǎng)要求出現(xiàn)偏差時(shí)，則通過儲(chǔ)電裝置進(jìn)行彌補(bǔ)；二是利用綜合需求響應(yīng)（integrated demand response，IDR）［55］與用戶簽訂的長(zhǎng)期需求響應(yīng)合同，進(jìn)行氣-電耦合設(shè)備、電-氣/冷/熱耦合設(shè)備與儲(chǔ)能設(shè)備的優(yōu)化調(diào)度。

3 分布式源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的計(jì)量結(jié)算與成本分?jǐn)倷C(jī)制

3.1 分布式源荷直接參與交易結(jié)算和考核機(jī)制

分布式電源和靈活負(fù)荷作為獨(dú)立主體參與市場(chǎng)時(shí)，需要按市場(chǎng)規(guī)則進(jìn)行投標(biāo)。根據(jù)補(bǔ)償規(guī)則和考核規(guī)則進(jìn)行清算、結(jié)算，在中國(guó)未開展市場(chǎng)化交易的電力輔助服務(wù)品種，一般按月進(jìn)行電力輔助服務(wù)補(bǔ)償清算、結(jié)算，結(jié)算時(shí)一般扣除該資源在該項(xiàng)輔助服務(wù)中的考核賈用。例如，華東對(duì)發(fā)電側(cè)主體和新型儲(chǔ)能參與一次調(diào)頻時(shí)按實(shí)際動(dòng)作積分電量超過理論動(dòng)作積分電量70%～100%的部分進(jìn)行補(bǔ)償，而動(dòng)作方向錯(cuò)誤或動(dòng)作效果未到理論積分電量60%時(shí)將受到考核，并對(duì)AGC 調(diào)節(jié)速率、精度等進(jìn)行考核；在第三方獨(dú)立主體參與調(diào)峰時(shí)，若削峰或填谷調(diào)峰量小于中標(biāo)容量的50%，則按中標(biāo)量乘中標(biāo)價(jià)格的2 倍進(jìn)行考核。國(guó)際上，有功平衡輔助服務(wù)（調(diào)頻、備用、爬坡、慣量）可以與現(xiàn)貨市場(chǎng)順序出清、聯(lián)合出清，分布式資源參與市場(chǎng)的規(guī)則與其他主體一致，美國(guó)PJM、美國(guó)得克薩斯州、澳大利亞、北歐的調(diào)頻和備用輔助服務(wù)市場(chǎng)交易機(jī)制對(duì)比如表3 所示［27，56］；無功平衡和黑啟動(dòng)等輔助服務(wù)一般以長(zhǎng)期合約簽訂，在PJM 市場(chǎng)中沒有自供應(yīng)能力的服務(wù)需求者需要向PJM 統(tǒng)一購(gòu)買。

表3 典型國(guó)家/地區(qū)調(diào)頻和備用輔助服務(wù)交易和結(jié)算機(jī)制Table 3 Trading and settlement mechanisms of frequency regulation and reserve ancillary services in some typical countries/regions

3.2 區(qū)塊鏈技術(shù)在分布式源荷交易中的應(yīng)用

分布式電源和靈活負(fù)荷交易往往存在交易主體多、單筆交易量小、交易頻次高的特點(diǎn)，區(qū)塊鏈技術(shù)是通過密碼學(xué)形成的一種集體維護(hù)的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，具有去中心化、去信任化、高安全性等特點(diǎn)［57］，利用智能合約等技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)分布式電源和靈活負(fù)荷在鏈上在線執(zhí)行交易、結(jié)算等過程。

目前，已有一些研究將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于支撐小規(guī)模、密集型的分布式能源交易和數(shù)字資產(chǎn)交易。荷蘭和德國(guó)的電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商將區(qū)塊鏈Hyperledger Fabric 架構(gòu)應(yīng)用于電力領(lǐng)域來提高電力供應(yīng)質(zhì)量。其中，德國(guó)區(qū)塊鏈試點(diǎn)項(xiàng)目應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)構(gòu)建了VPP，實(shí)現(xiàn)多種電力資源的融合應(yīng)用，有效解決了德國(guó)電力輸送能力不足的問題，并將儲(chǔ)能系統(tǒng)的有效信息實(shí)時(shí)共享，充分利用儲(chǔ)能特性進(jìn)行充放電，緩解電網(wǎng)輸電阻塞問題。在電力需求響應(yīng)方面，國(guó)外已形成了依托以太坊技術(shù)的智能化需求響應(yīng)平臺(tái)［58］。在該平臺(tái)中，用戶的注冊(cè)均在區(qū)塊鏈中完成，響應(yīng)過程中電網(wǎng)公司與用戶之間的撮合依托智能合約完成，需求響應(yīng)完成后的補(bǔ)貼也通過自動(dòng)化的方式在區(qū)塊鏈上流轉(zhuǎn)。在國(guó)內(nèi)，青海省將區(qū)塊鏈技術(shù)引入共享儲(chǔ)能市場(chǎng)化交易試點(diǎn)實(shí)踐，搭建了基于區(qū)塊鏈技術(shù)、融通電力調(diào)度控制系統(tǒng)及市場(chǎng)結(jié)算系統(tǒng)的輔助服務(wù)市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)平臺(tái)［59］。中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司東莞供電局構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的智慧用能在線調(diào)控系統(tǒng)，并于2020 年夏季開展了基于區(qū)塊鏈的需求響應(yīng)試點(diǎn)工作，但僅應(yīng)用區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)存證和智能合約自動(dòng)執(zhí)行功能，未展開在線交易［60］。文獻(xiàn)［61］基于以太坊智能合約技術(shù)構(gòu)建了儲(chǔ)能拍賣平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能閑置容量的在線交易、儲(chǔ)能設(shè)備的充/放電控制及交易賈用實(shí)時(shí)結(jié)算。文獻(xiàn)［62］提出儲(chǔ)能聚合商兼顧電能共享和自營(yíng)的交易策略，能夠提高用戶和儲(chǔ)能聚合商的經(jīng)濟(jì)效益，并通過以太坊智能合約對(duì)用戶間的匹配交易進(jìn)行仿真。文獻(xiàn)［63］提出了儲(chǔ)能參與自動(dòng)需求響應(yīng)的去中心化交易模型，并設(shè)計(jì)了儲(chǔ)能租用智能合約調(diào)整電賈與轉(zhuǎn)移價(jià)值。針對(duì)新型電力系統(tǒng)中源網(wǎng)荷儲(chǔ)多元協(xié)調(diào)互動(dòng)的需求，區(qū)塊鏈技術(shù)在分布式電源參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的推廣應(yīng)用中還存在局限性，包括計(jì)算效率、去中心化、隱私和安全等方面的技術(shù)問題。例如，目前區(qū)塊鏈的計(jì)算能力和響應(yīng)速度尚不能滿足某些要求實(shí)時(shí)計(jì)算的應(yīng)用場(chǎng)景，為保證交易記錄和相關(guān)信息在所有參與主體之間的同步存儲(chǔ)，需要采用大容量的存儲(chǔ)系統(tǒng)［64］。

3.3 共享商業(yè)模式在分布式源荷參與電力市場(chǎng)中的應(yīng)用

雖然中國(guó)鼓勵(lì)儲(chǔ)能參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，但與國(guó)際上成熟的電力市場(chǎng)相比，準(zhǔn)入門檻仍然較高，容量門檻值一般為5～10 MW，而用戶側(cè)的分布式儲(chǔ)能大多為0.2～2 MW，無法達(dá)到輔助服務(wù)市場(chǎng)的容量門檻，小微儲(chǔ)能僅參與電能量峰谷套利，回報(bào)率較低。同時(shí)，隨著新能源滲透率提高，并網(wǎng)規(guī)則對(duì)風(fēng)電、光伏、火電機(jī)組的調(diào)節(jié)性能要求相應(yīng)提高，配置儲(chǔ)能也將帶來額外的投資成本［65-66］。因此，共享儲(chǔ)能商業(yè)模式使分布式小微儲(chǔ)能可通過租賃形式將儲(chǔ)能控制權(quán)轉(zhuǎn)移給其他主體使用，能夠有效解決難以達(dá)到參與輔助服務(wù)市場(chǎng)容量門檻的問題［67］。近年來，英國(guó)、歐盟、美國(guó)、澳洲等國(guó)家和地區(qū)［68］以及中國(guó)青海［59］、湖南［69］等省份均開展了共享儲(chǔ)能試點(diǎn)和應(yīng)用，用戶側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、電源側(cè)儲(chǔ)能均可作為共享主體，例如英國(guó)的SoLa BRISTOL 項(xiàng)目［70］、歐盟SHAR-Q 項(xiàng)目［71］等利用共享模式部署或聚合用戶側(cè)儲(chǔ)能，提高儲(chǔ)能利用率；湖南省進(jìn)行電網(wǎng)側(cè)共享儲(chǔ)能試點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多方利益主體“責(zé)任共擔(dān)、價(jià)值共享”［72］；青海省組織了新能源發(fā)電商開展共享儲(chǔ)能調(diào)峰輔助服務(wù)試點(diǎn)，截止到2020 年10 月，青海省共享儲(chǔ)能電站累計(jì)充電電量達(dá)35.30 GW·h，充放電效率為79.46%，新能源增發(fā)電量達(dá)36.39 GW·h，獲得收益約2 000 萬元。

根據(jù)儲(chǔ)能的所有權(quán)不同可以將共享儲(chǔ)能的商業(yè)模式劃分為3 類：用戶投資和共享公共儲(chǔ)能、用戶共享運(yùn)營(yíng)商投資的公共儲(chǔ)能、用戶共享自有儲(chǔ)能［73］。用戶投資和共享公共儲(chǔ)能的模式下，可以采用容量分配的方式預(yù)先分配各用戶可使用的儲(chǔ)能容量，每個(gè)用戶都可以利用其預(yù)分配的儲(chǔ)能容量來制定自己的儲(chǔ)能充放電計(jì)劃，并參與電能量或輔助服務(wù)市場(chǎng)［74-75］，同時(shí)也能夠基于集中調(diào)控方式，根據(jù)所有用戶與儲(chǔ)能的共享儲(chǔ)能能量交互［76］，確定儲(chǔ)能整體的充電和放電計(jì)劃，共享儲(chǔ)能投資、運(yùn)行過程中產(chǎn)生的成本和收益通過Shapley 值［77］、核仁法［78］等博弈論方法在用戶中分配。用戶共享運(yùn)營(yíng)商投資的公共儲(chǔ)能模式下，共享儲(chǔ)能由獨(dú)立于各用戶的第三方機(jī)構(gòu)，即共享儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)投資建設(shè)、運(yùn)行和維護(hù)，通過租賃儲(chǔ)能容量［79］或租賃充放電服務(wù)［80］的方式與共享儲(chǔ)能交互。用戶共享自有儲(chǔ)能模式下，又可以分為代理聚合和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)共享模式。代理聚合模式下，由VPP、儲(chǔ)能聚合商等第三方機(jī)構(gòu)取得各分布式儲(chǔ)能的運(yùn)營(yíng)權(quán)，文獻(xiàn)［81］建立了園區(qū)級(jí)的電池共享模型，提出了儲(chǔ)能容量的橫向共享和使用時(shí)間的縱向共享模式；文獻(xiàn)［82］建立了基于拍賣機(jī)制的共享儲(chǔ)能模型，家庭用戶擁有儲(chǔ)能并決定其與公用控制器共享儲(chǔ)能的比例。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)共享模式下，單一用戶能夠?qū)⒆杂械牟糠謨?chǔ)能容量共享給其他單一主體使用，如文獻(xiàn)［83］研究了用戶側(cè)儲(chǔ)能與配電網(wǎng)側(cè)共享的模式；文獻(xiàn)［84］針對(duì)用戶數(shù)量巨大、決策維度多的共享儲(chǔ)能進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易的場(chǎng)景，提出了包含云儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)商、社區(qū)用戶的雙層儲(chǔ)能容量共享模型和儲(chǔ)能服務(wù)定價(jià)機(jī)制；文獻(xiàn)［85］提出一種基于區(qū)塊鏈的共享儲(chǔ)能聯(lián)合調(diào)頻分散交易機(jī)制，驗(yàn)證了分散交易機(jī)制實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置的效果與集中交易模式相近的結(jié)論。綜上，共享儲(chǔ)能商業(yè)模式有利于儲(chǔ)能、新能源等分布式資源參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，但由于共享儲(chǔ)能的所有權(quán)、使用權(quán)、運(yùn)營(yíng)權(quán)可能分屬不同主體，參與輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)需明確計(jì)量、結(jié)算、考核的主體范圍。

3.4 輔助服務(wù)市場(chǎng)成本分?jǐn)倷C(jī)制

從供需的角度來看，輔助服務(wù)需求是由風(fēng)電、光伏發(fā)電等間歇性能源、負(fù)荷共同引發(fā)的，因此，需按照“誰引起、誰承擔(dān)”原則對(duì)輔助服務(wù)成本進(jìn)行分?jǐn)?，通過確定不同主體的引發(fā)責(zé)任程度，進(jìn)一步確定成本分?jǐn)偙壤?。在美?guó)輔助服務(wù)市場(chǎng)中，一般要求負(fù)荷服務(wù)主體（load service entity，LSE）或合格服務(wù)主體（qualified service entity，QSE）承擔(dān)輔助服務(wù)責(zé)任。以調(diào)頻輔助服務(wù)為例，美國(guó)加州和PJM 在日前確定調(diào)頻市場(chǎng)需求，按照峰值負(fù)荷等規(guī)則將調(diào)頻容量需求分配給LSE 和QSE，負(fù)荷用戶也可以利用自身的調(diào)頻資源或提前與第三方簽訂合同來獲得調(diào)頻資源以節(jié)省成本。ERCOT 還建立了調(diào)頻輔助服務(wù)二級(jí)市場(chǎng)，QSE 可以在二級(jí)市場(chǎng)自由交易其擁有的調(diào)頻容量資源［86］。

現(xiàn)行的輔助服務(wù)“兩個(gè)細(xì)則”確定了未市場(chǎng)化運(yùn)行下發(fā)電機(jī)組和外來電的運(yùn)行考核方法、在提供不同類型輔助服務(wù)的市場(chǎng)主體間分?jǐn)偪己速Z用的原則和方法，并規(guī)定由發(fā)電企業(yè)、市場(chǎng)化電力用戶分?jǐn)傒o助服務(wù)補(bǔ)償成本；已經(jīng)提供該分項(xiàng)無償、有償輔助服務(wù)或參加該分項(xiàng)并網(wǎng)運(yùn)行考核的，不重復(fù)承擔(dān)相應(yīng)輔助服務(wù)賈用；為特定主體提供的輔助服務(wù)由特定主體承擔(dān)。中國(guó)6 個(gè)區(qū)域“兩個(gè)細(xì)則”中規(guī)定的成本分?jǐn)傇瓌t如表4 所示。

表4 中國(guó)6 個(gè)區(qū)域輔助服務(wù)成本分?jǐn)傇瓌tTable 4 Cost-sharing principles for ancillary services in six regions of China

目前，中國(guó)輔助服務(wù)賈用的分?jǐn)傄话惆措娏空急冗M(jìn)行，即按每月發(fā)電側(cè)上網(wǎng)電量、電力用戶用電量、儲(chǔ)能發(fā)用電量確定。已有研究提出按照引起輔助服務(wù)需求的責(zé)任方對(duì)輔助服務(wù)成本進(jìn)行分?jǐn)偟姆椒?；文獻(xiàn)［87］通過仿真和實(shí)際運(yùn)行結(jié)果分析了華東調(diào)峰輔助服務(wù)市場(chǎng)的分?jǐn)傇瓌t；文獻(xiàn)［88］分析了引起備用需求的風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)旋轉(zhuǎn)備用的容量賈用和電量賈用提出了不同的成本分?jǐn)偡椒?；文獻(xiàn)［89］提出了一種考慮新能源固有波動(dòng)特性的調(diào)峰輔助服務(wù)成本定價(jià)模式，同時(shí)考慮了新能源上網(wǎng)電量和峰谷差對(duì)系統(tǒng)調(diào)峰需求的影響；文獻(xiàn)［90］綜合分析了AGC 需求量和需求波動(dòng)特性對(duì)輔助服務(wù)成本的影響，提出了一種需求側(cè)主體的調(diào)頻容量分?jǐn)偡椒ǎ晃墨I(xiàn)［91］基于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)合作博弈理論研究了風(fēng)電接入導(dǎo)致的輔助服務(wù)成本分?jǐn)倷C(jī)制；文獻(xiàn)［92］考慮各獨(dú)立新能源出力波動(dòng)與電網(wǎng)新能源發(fā)電綜合出力波動(dòng)之間的關(guān)系，提出了基于輔助服務(wù)賈用分?jǐn)偟男履茉磮?chǎng)站并網(wǎng)價(jià)格動(dòng)態(tài)計(jì)算方法。總體上，中國(guó)已初步建立了輔助服務(wù)賈用多主體分?jǐn)倷C(jī)制，可進(jìn)一步細(xì)化分?jǐn)傁禂?shù)、分?jǐn)倶?biāo)準(zhǔn)、市場(chǎng)化運(yùn)行后主體責(zé)任等參數(shù)，明確分布式電源和靈活負(fù)荷直接或聚合參與輔助服務(wù)的分?jǐn)傊黧w和分?jǐn)傌?zé)任。

4 分布式源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)研究展望

在中國(guó)電力輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展背景以及國(guó)家構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的戰(zhàn)略目標(biāo)下，結(jié)合各地區(qū)輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制的發(fā)展情況，對(duì)分布式電源和靈活負(fù)荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)提出以下建議。

1）研究分布式電源和靈活負(fù)荷分階段參與輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制，根據(jù)接入總量、消納水平、控制和預(yù)測(cè)技術(shù)成熟度等因素對(duì)各階段的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。在新型電力系統(tǒng)發(fā)展的近中期，完善分布式電源和靈活負(fù)荷參與調(diào)頻、調(diào)峰、備用等較為成熟的輔助服務(wù)品種的市場(chǎng)機(jī)制，考慮分布式獨(dú)立主體、聚合體與常規(guī)機(jī)組在性能、規(guī)模、數(shù)據(jù)傳輸能力等方面的差異，設(shè)計(jì)面向不同品質(zhì)資源的出清或定價(jià)機(jī)制，或根據(jù)調(diào)節(jié)性能要求對(duì)調(diào)頻、調(diào)峰、備用市場(chǎng)交易品種進(jìn)行細(xì)分，使市場(chǎng)主體能夠獲得與其調(diào)節(jié)性能相關(guān)的合理收益；須研究各交易品種的市場(chǎng)需求、定價(jià)機(jī)制等相關(guān)參數(shù)的優(yōu)化方法，引導(dǎo)分布式資源的投資和改造，研究分布式電源和靈活負(fù)荷與常規(guī)電源在輔助服務(wù)市場(chǎng)、現(xiàn)貨市場(chǎng)的協(xié)同，避免交叉補(bǔ)貼和功能重復(fù)等問題。在新型電力系統(tǒng)發(fā)展遠(yuǎn)期，需進(jìn)一步完善爬坡、慣量等有功平衡輔助服務(wù)的市場(chǎng)化交易機(jī)制，明確分布式電源和靈活負(fù)荷的交易機(jī)制。同時(shí)，由于分布式電源、儲(chǔ)能等具有提供無功輔助服務(wù)、黑啟動(dòng)的能力，在中國(guó)電力市場(chǎng)環(huán)境下，需首先研究較大規(guī)模機(jī)組提供有償無功輔助服務(wù)、黑啟動(dòng)的市場(chǎng)規(guī)則，逐步考慮將分布式電源和靈活負(fù)荷、聚合商、主動(dòng)配電網(wǎng)等主體納入市場(chǎng)；考慮分布式源荷與配電網(wǎng)的交互特性，研究分布式電源和靈活負(fù)荷參與無功平衡輔助服務(wù)、事故應(yīng)急及恢復(fù)服務(wù)市場(chǎng)的商業(yè)模式和定價(jià)機(jī)制；考慮不同新能源滲透率下新型電力系統(tǒng)對(duì)充裕性、穩(wěn)定性等的需求，研究分布式電源和靈活負(fù)荷參與不同品種輔助服務(wù)市場(chǎng)的演化邊界問題，確定輔助服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展路徑。

2）研究適應(yīng)和引導(dǎo)海量分布式源荷優(yōu)化配置與聚合的輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制，逐步降低分布式電源和靈活負(fù)荷直接參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的準(zhǔn)入門檻，提高分布式源荷提供輔助服務(wù)的規(guī)模和質(zhì)量。參考新能源發(fā)展水平較高的國(guó)家經(jīng)驗(yàn)，考慮市場(chǎng)效率、計(jì)算算力、儲(chǔ)存能力等因素，在電力市場(chǎng)改革的過程中逐步降低分布式電源和靈活負(fù)荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的準(zhǔn)入門檻，明確不同輔助服務(wù)市場(chǎng)的準(zhǔn)入規(guī)則和技術(shù)要求，考慮市場(chǎng)力問題，可限制具有直接參與市場(chǎng)能力的分布式資源的聚合規(guī)模；通過輔助服務(wù)市場(chǎng)準(zhǔn)入、激勵(lì)、考核機(jī)制設(shè)計(jì)，鼓勵(lì)分布式新能源主動(dòng)配置儲(chǔ)能，通過市場(chǎng)手段引導(dǎo)資源優(yōu)化配置與聚合；完善負(fù)荷聚合商、VPP、IES 等以聚合形式參與輔助服務(wù)市場(chǎng)主體的監(jiān)管和考核機(jī)制，逐步開放聚合形式市場(chǎng)主體參與多品種輔助服務(wù)市場(chǎng)；研究聚合商之間在聚合資源類型、接入方式、商業(yè)模式等方面的差異對(duì)其提供輔助服務(wù)的影響，優(yōu)化輔助服務(wù)市場(chǎng)的交易、計(jì)量和結(jié)算規(guī)則。

3）研究各種商業(yè)模式下分布式電源和靈活負(fù)荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的計(jì)量、結(jié)算、考核標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化確定引起輔助服務(wù)需求的分布式資源在不同階段的成本分?jǐn)傄?guī)則。儲(chǔ)能、聚合商等第三方獨(dú)立主體參與市場(chǎng)或參與電網(wǎng)公司調(diào)度時(shí)，需考慮接入方式、聚合資源類型等主體差異，設(shè)計(jì)合理的準(zhǔn)入機(jī)制及計(jì)量結(jié)算規(guī)則，提高運(yùn)營(yíng)的精細(xì)化水平；將區(qū)塊鏈、分散交易等技術(shù)應(yīng)用于輔助服務(wù)市場(chǎng)時(shí)，分布式源荷的所有權(quán)、使用權(quán)、運(yùn)營(yíng)權(quán)可能分屬不同主體，需明確輔助服務(wù)市場(chǎng)計(jì)量、結(jié)算、考核的主體范圍；考慮海量分布式源荷接入對(duì)電力系統(tǒng)靈活性、穩(wěn)定性的影響。無論分布式新能源是否參與輔助服務(wù)市場(chǎng)，均需明確不同類型主體的輔助服務(wù)責(zé)任，進(jìn)一步優(yōu)化輔助服務(wù)獲取成本分?jǐn)傄?guī)則中的分?jǐn)傁禂?shù)、分?jǐn)倶?biāo)準(zhǔn)等參數(shù)。

5 結(jié)語

在新型電力系統(tǒng)建設(shè)背景下，設(shè)計(jì)有效的輔助服務(wù)市場(chǎng)有利于激發(fā)分布式源荷靈活調(diào)節(jié)潛力，進(jìn)而增強(qiáng)電網(wǎng)消納高滲透率新能源的能力。在此背景下，本文從市場(chǎng)機(jī)制設(shè)計(jì)、控制和聚合技術(shù)、計(jì)量結(jié)算與分?jǐn)倷C(jī)制3 個(gè)方面，綜述了國(guó)內(nèi)外分布式源荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的發(fā)展和研究現(xiàn)狀，總結(jié)了中國(guó)現(xiàn)階段各區(qū)域輔助服務(wù)市場(chǎng)規(guī)則以及國(guó)外各典型輔助服務(wù)市場(chǎng)的異同。此外，還提出了在新型電力系統(tǒng)建設(shè)過程中，需研究分布式電源和靈活負(fù)荷分階段參與輔助服務(wù)市場(chǎng)機(jī)制，根據(jù)接入總量、消納水平、控制和預(yù)測(cè)技術(shù)成熟度等因素對(duì)各階段相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過市場(chǎng)手段引導(dǎo)資源優(yōu)化配置與聚合，逐步降低分布式電源和靈活負(fù)荷直接參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的準(zhǔn)入門檻；需研究各種商業(yè)模式下分布式電源和靈活負(fù)荷參與輔助服務(wù)市場(chǎng)的計(jì)量、結(jié)算、考核標(biāo)準(zhǔn)，明確不同階段下分布式電源和靈活負(fù)荷的輔助服務(wù)獲取成本的分?jǐn)傄?guī)則。

本文得到國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司科技項(xiàng)目(SGZJ0000DDJS2200136)的資助，特此感謝！

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