中國儲能網(wǎng)訊：從最簡單的角度看。安全性意味著在所有外部條件均保持不變時。電力系統(tǒng)必須能夠持續(xù)地穩(wěn)定運行。換句話說。也就是此時系統(tǒng)的所有組成元件都應(yīng)當(dāng)運行在安全范圍內(nèi)。比如，不能讓任何輸電線路出現(xiàn)負荷過載、否則電阻損耗將致使導(dǎo)線溫升超過允許范圍。進而造成線路松弛下垂發(fā)生短路事故。今人遺憾的是，外部條件一直不變這一假設(shè)是不成立的。對于一個由成千上萬個元件組成的系統(tǒng)來說、單個元件發(fā)生故障是很常見的事。那些直接暴露于險惡天氣條件下的元件（例如輸電線路），以及運行溫度會發(fā)生反復(fù)變化的元件（例如發(fā)電廠），尤其容易發(fā)生故障。因為用戶停電所導(dǎo)致的社會成本是非常巨大的。所以人們達成共識∶電力系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠抵御所有一般性的擾動，不致發(fā)生大范圍停電。對此可以解釋為在發(fā)生任何一種一般性擾動之后，電力系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)還能夠保持穩(wěn)定;并且在新的狀態(tài)下能夠持續(xù)運行足夠長的時間，確保系統(tǒng)運行人員能夠采取措施將系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。實際上。系統(tǒng)運行人員不僅需要對系統(tǒng)的狀態(tài)變化情況進行預(yù)測。還需要分析預(yù)先定義的一組可能發(fā)生的事故將會產(chǎn)生怎樣的后果。一般而言．上述可能發(fā)生的事故組囊括了所有元部件（支路、發(fā)電機與分路）的單獨開斷故障（小劉：N-1）。因為兩個獨立事故或故障同時發(fā)生的概率非常?。ㄐⅲ篘-2），所以一般不考慮此類事情的發(fā)生。
在發(fā)生擾動之后需要采取校正措施，其目的是將擾動的影響限制在一定的范圍內(nèi)。在傳統(tǒng)電力體制下，垂直一體化公用事業(yè)掌握了完成校正措施所必需的全部資源。然而，隨著競爭性電力市場的建立，其中有些資源已經(jīng)分流到另外一行業(yè)成員手中。對于系統(tǒng)運營商來說，再也不可能隨意調(diào)配它們，此類資源已經(jīng)變成了一種需要進行付費購買的商業(yè)服務(wù)。我們可以稱其為輔助服務(wù)（ancillary service），原因在于它們的作用是保證主要商品，也就是電能的順利交易。盡管有些輔助服務(wù)最終也會表現(xiàn)為電能交易，但與根據(jù)用戶要求進行電能與其他資源的交易相比，它們作為輔助服務(wù)的重要性要大得多。事實上，必須依照此類輔助服務(wù)對用戶服務(wù)需求作出響應(yīng)的能力確定其價值。正因為如此，不能直接通過電能價格回收輔助服務(wù)成本，也不能僅將輔助服務(wù)看成是電能市場的一種附屬物。（小劉：文中的邏輯是采用典型的價值定價，《關(guān)于進一步推動新型儲能參與電力市場和調(diào)度運用的通知》中提到的獨立儲能電站向電網(wǎng)送電的，其相應(yīng)充電電量不承擔(dān)輸配電價和政府性基金及附加。這類政策對市場參與者一致的透明和公平的成本優(yōu)化對于促進市場發(fā)展最終效果會是什么？）正確的處理辦法是，專門建立有針對性的機制，確保輔助服務(wù)的有效供應(yīng)與成本回收。
輔助服務(wù)需求
系統(tǒng)平衡
自動發(fā)電控制（regulation）的作用在于解決快速負荷波動與難以預(yù)測的較小程度發(fā)電變化問題。它可以使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在正常值或接近正常值的水平，減少與其他電力系統(tǒng)之間的不當(dāng)交換（inadvertent interchange）。一般而言，自動發(fā)電控制服務(wù)主要由那些可以快速增減出力的機組提供。此類機組必須與電網(wǎng)相連，需要裝設(shè)一個調(diào)速器，并且它們常常需要在自動發(fā)電控制模式下運行。
負荷緩慢波動，尤其是那些電能市場沒有考慮到的各交易時段內(nèi)的負荷波動，則可以通過發(fā)電機組的負荷跟蹤（load-following）服務(wù)進行處理。很顯然，這些機組也應(yīng)當(dāng)與系統(tǒng)相連，并且需要具備及時響應(yīng)上述負荷波動的能力。
另一方面，備用（reserve）服務(wù)主要用來消除那些可能危害系統(tǒng)穩(wěn)定的、難以預(yù)測的大電能偏差。備用服務(wù)常?？梢砸暈樾Ｕ胧?，但是備用服務(wù)的獲取則是一種預(yù)防性安全措施（小劉：這句沒看懂）。
備用服務(wù)一般可以劃分為兩類，即旋轉(zhuǎn)備用（spinning reserve）與補充事故備用（supplemental reserve）。提供旋轉(zhuǎn)備用的機組需要能夠立即對頻率變化作出響應(yīng)，擬定提供的全部備用容量必須在很短的時間內(nèi)實現(xiàn)供應(yīng)。與此相對應(yīng)，提供補充事故備用的機組則無需馬上作出響應(yīng)。有些形式的補充事故備用可以由先前沒有開啟但可以在很短時間內(nèi)帶上出力的機組提供。這主要取決干各地區(qū)的具體規(guī)定。備用服務(wù)提供者有時也可能是那些在緊急狀態(tài)下允許自身負荷發(fā)生中斷的用戶。備用服務(wù)的分類標(biāo)準(zhǔn)除了響應(yīng)速率與速度之外，還應(yīng)當(dāng)參考發(fā)電機組備用響應(yīng)所能維持的時間長度這一因素。隨著系統(tǒng)規(guī)模與可靠性標(biāo)準(zhǔn)的不同，上述參數(shù)可能會出現(xiàn)相當(dāng)大的變化。例如，同樣是為了避免討厭的頻率偏差，與大容量的互聯(lián)系統(tǒng)相比，小規(guī)模孤立系統(tǒng)備用服務(wù)響應(yīng)速度需要更快一些。
平衡電能與平衡輔助服務(wù)都會通過現(xiàn)貨電能市場交易，正因為如此，理想情況是我們能在兩者之間劃定一個清晰的界限。然而各電力市場的規(guī)則設(shè)計存在相當(dāng)大的差異，這使得我們不可能清楚地對平衡電能與平衡輔助服務(wù)進行界定。但總的來說，若是開放市場關(guān)閉時點距離實時運行時間很短，系統(tǒng)運營商將能夠通過現(xiàn)貨電能市場購得大部分的平衡需求。然而如果開放市場是日前的，我們可能就需要建立一套復(fù)雜的平衡服務(wù)獲取機制。
在考察機組的平衡服務(wù)供應(yīng)能力時，它的出力調(diào)整速度顯然是最重要的影響因素。在許多時候，機組在電網(wǎng)中的位置也有可能會影響它的平衡輔助服務(wù)供應(yīng)能力。如果機組通過某一輸電走廊與系統(tǒng)主網(wǎng)架相連，但該輸電通道常常發(fā)生阻塞，機組的出力調(diào)整程度受到輸電線路約束的限制，那么它就不是一個合適的平衡輔助服務(wù)備選機組。
圖5-3 系統(tǒng)在某次大規(guī)模發(fā)電停運事故后的頻率與備用響應(yīng)情況
圖5-3給出了在某次大規(guī)模發(fā)電停運事故之后，某一系統(tǒng)的頻率響應(yīng)與備用服務(wù)響應(yīng)。這是一個真實的例子。1995年8月15日12點25分30 秒，大不列顛（Great Britain）電力系統(tǒng)突然發(fā)生了 1220MW的發(fā)電解列事故。該系統(tǒng)的總裝機容量大約為 65GW，沒有通過交流互聯(lián)線路與其他外部系統(tǒng)連接，因此，解列事故有可能會引發(fā)相當(dāng)大的頻率波動。在該系統(tǒng)中，曾經(jīng)定義過兩種類型的主要備用輔助服務(wù)，即一次響應(yīng)（primary response）與二次響應(yīng)（secondary response）。一次響應(yīng)必須在10s 內(nèi)完全實現(xiàn)，并至少維持20s 以上的時間。二次響應(yīng)則應(yīng)當(dāng)在事故發(fā)生后30s 內(nèi)完全實現(xiàn)，并至少能夠維持30min 以上的時間。從圖中可以看出，在頻率降至 49.5Hz 這一規(guī)定極限之前，一次響應(yīng)成功地阻止了它的進一步下降。然后二次響應(yīng)幫助系統(tǒng)頻率恢復(fù)到接近正常值的水平。然而在本例中，圖示最右邊的頻率上升是通過啟動燃氣輪機實現(xiàn)的，它的啟動時間點是12點 29分20秒。
網(wǎng)絡(luò)問題
潮流傳輸限制
電壓控制與無功支持服務(wù)
穩(wěn)定服務(wù)
有些系統(tǒng)運營商可以還需要通過發(fā)電機獲得其他網(wǎng)絡(luò)安全服務(wù)。例如。聯(lián)鎖跳閘方案 （intertrip scheme） 可以解決暫態(tài)穩(wěn)定問題。這些方案不會影響電力系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，但是在系統(tǒng)發(fā)生故障時，它們可以自動實現(xiàn)一些發(fā)電機與/負荷的解列，從而確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。同樣地，電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（power system stabilizer）能夠?qū)Πl(fā)電機出力進行微小調(diào)整，抑制電力網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的振蕩。此類穩(wěn)定器的動作可以增加系統(tǒng)中傳輸?shù)某绷鲾?shù)量。
系統(tǒng)恢復(fù)
黑啟動
輔助服務(wù)的獲取
系統(tǒng)運行人員獲取輔助服務(wù)的方式主要有兩種∶第一種方法是強制要求其他行業(yè)成員提供一部分輔助服務(wù);第二種方法是將輔助服務(wù)的供應(yīng)市場化。那么這兩種方法如何保證輔助服務(wù)供應(yīng)呢? 在下面的分析中，我們將看到兩種方法各有優(yōu)缺點。最終選擇哪種供應(yīng)機制、這不僅與輔助服務(wù)的類型有關(guān)。同時還應(yīng)當(dāng)考慮到電力系統(tǒng)特性與歷史環(huán)境的影響。
輔助服務(wù)強制供應(yīng)方法與垂直一體化公用事業(yè)的做法最為接近。它也能夠保證系統(tǒng)可以獲得維持穩(wěn)定運行所必須的充足資源。盡管強制供應(yīng)方法非常簡單，但它并不是一個很經(jīng)濟的做法。并且會帶來一些操作上的困難（小劉：目前可再生能源強制配置儲能的方式）∶
1）上述強制規(guī)定可能會引發(fā)不必要的投資，造成輔助服務(wù)資源供應(yīng)量超過實際需要。例如，并不需要所有的機組都參與頻率控制，維護系統(tǒng)安全。同樣地，也不是全部機組都需要安裝電力系統(tǒng)穩(wěn)定器以抑制系統(tǒng)振蕩。
2）該方法很難鼓勵技術(shù)或商業(yè)革新。因為它規(guī)定需要采用已有的技術(shù)提供輔助服務(wù)，所以行業(yè)成員沒有興趣去研究、而系統(tǒng)運行人員也沒有動力去尋找更新、更為有效的輔助服務(wù)供應(yīng)方法。
3）對于輔助服務(wù)供應(yīng)者來說，強制供應(yīng)方法要求他們提供輔助服務(wù)。但由此引發(fā)的成本不能回收，因而不太容易令人接受。例如，有發(fā)電商抱怨生產(chǎn)無功出力會增加同步發(fā)電機的損耗，有時甚至?xí)p少他們所能生產(chǎn)與銷售的有功電能數(shù)量。
4）有些成員可能難以提供部分輔助服務(wù)。或者不能以經(jīng)濟的方式提供服務(wù)。例如，核電機組就無法迅速調(diào)整有功出力適應(yīng)負荷的快速變化。另外，也不能為了獲得備用服務(wù)、強制要求高效率的機組只帶部分負荷。現(xiàn)在可以非常方便地通過集中決策確定備用服務(wù)需求量，并安排一些邊際或邊際外機組提供備用服務(wù)，因此強制供應(yīng)并不適用于所有的輔助服務(wù)，哪怕是對那些看似合適的服務(wù)，我們也不應(yīng)對所有的供應(yīng)商實行一刀切。當(dāng)然，只對部分成員免除輔助服務(wù)義務(wù)則可能會扭曲競爭。
輔助服務(wù)市場
強迫行業(yè)成員參與輔助服務(wù)的供應(yīng)是一種缺乏經(jīng)濟效率的法。并且也存在實際操作困難，因此人們往往期待能建立一套市場供應(yīng)機制，哪怕僅能實現(xiàn)一部分輔助服務(wù)的購買也好。市場機制的實現(xiàn)形式還與輔助服務(wù)的特性有關(guān)。對于需求量在很長時間內(nèi)基本不變或變化很小的輔助服務(wù)，以及那些供應(yīng)能力主要取決于設(shè)備參數(shù)的輔助服務(wù)，長期合同是一種更為合適的手段。黑啟動能力、聯(lián)鎖跳閘計劃、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器與頻率調(diào)整一般可以通過長期合同購買。另外一方面，有些輔助服務(wù)一天之內(nèi)都會產(chǎn)生相當(dāng)大的波動，或者它們的報價數(shù)量與電能市場存在緊密關(guān)聯(lián)，此類輔助服務(wù)則應(yīng)當(dāng)通過現(xiàn)貨市場進行交易。（小劉：合理的市場組織形式和交易貨物屬性相關(guān)）例如，至少有一部分必需的備用服務(wù)經(jīng)常會通過短期市場進行買賣。但是，為了減少備用容量不足或者購買費用過高所帶來的風(fēng)險，系統(tǒng)運營商往往也希望簽訂一定數(shù)量的長期備用供應(yīng)合同。即使在成熟的市場里，備用服務(wù)提供者也比較愿意混合使用長期與短期合同提供備用服務(wù)。
與強制供應(yīng)相比，市場機制是一種更具有靈活性、也可能更經(jīng)濟的輔助服務(wù)獲取方法。然而、是否所有的輔助服務(wù)都適用于市場方法呢? 這還很難說。在有些時候，只有很少的行業(yè)成員能夠?qū)嶋H參與提供特定的輔助服務(wù)，此時他們可能會行使市場力，破壞輔助服務(wù)市場的公平競爭。例如在輸電網(wǎng)絡(luò)的某些偏遠部分，可能只有一臺發(fā)電機能在事故狀態(tài)下提供有效的無功支持服務(wù)。所以無功市場也必須受到嚴密監(jiān)控，以避免出現(xiàn)濫用市場力的情況。
輔助服務(wù)需求側(cè)響應(yīng)
在電力行業(yè)引入競爭以前。垂直一體化公用事業(yè)擁有的發(fā)電機組實際上承擔(dān)了所有的輔助服務(wù)供應(yīng)任務(wù)。事實上，許多電力市場上的輔助服務(wù)定義依然保留了該時期的痕跡。但在一個完全競爭的市場上，如果其他供應(yīng)者也能夠提供同樣質(zhì)量的服務(wù)。系統(tǒng)運營商將沒有義務(wù)、也沒有動力只選擇發(fā)電商作為輔助服務(wù)供應(yīng)者，他同樣可以選擇用戶提供輔助服務(wù)。用戶提供輔助服務(wù)具有一定的優(yōu)點∶首先，輔助服務(wù)提供者數(shù)目將增多。這會促進輔助服務(wù)市場的競爭;其次，從宏觀經(jīng)濟角度看，用戶提供輔助服務(wù)會增加資源的利用效率。舉例來說，如果能夠利用可中斷負荷滿足備用需求，那么預(yù)留作備用的發(fā)電容量可以適當(dāng)減少。此時發(fā)電機組可以將更多的容量投入發(fā)電，這正是投建發(fā)電機的本來目的。如果發(fā)電技術(shù)進一步發(fā)展，最終形成僅有大型固定機組與可再生發(fā)電的技術(shù)組合，那么未來我們將不得不通過需求側(cè)進行系統(tǒng)控制。最后，與大型發(fā)電機組相比，用戶會是更為可靠的輔助服務(wù)供應(yīng)者。需求側(cè)輔助服務(wù)會由數(shù)量眾多的小負荷用戶分攤，所有小負荷同時出現(xiàn)故障的概率要比大型發(fā)電機小得多。他們不能準(zhǔn)時交付重要輔助服務(wù)的概率非常小。
在不同類型的備用服務(wù)供應(yīng)中，需求側(cè)響應(yīng)方式可能最具競爭性。某些用戶（如裝設(shè)了變速電動機的大型抽水負荷）還有可能提供競爭性的調(diào)頻服務(wù)。
來源
電力系統(tǒng)經(jīng)濟學(xué)原理 著【英】Daniel S.Kirschen,Goran Strbac 譯 朱治中
https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202206/t20220607_1326854.html?code=&state=123
