隨著發(fā)電市場自由化，聯(lián)邦能源管制委員會(huì)（FERC）于1996 年規(guī)定獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營者（ISO）并不是電網(wǎng)所有者，它與發(fā)電企業(yè)沒有利害關(guān)系。

 

ISO 的職責(zé)是保證電力安全地輸送到用戶，保證輸電網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行，并對使用者無岐視地開放。

 

電力供應(yīng)服務(wù)商（ESP）可直接與ISO 簽訂合同，或通過計(jì)劃協(xié)調(diào)員獲得進(jìn)入開放電力市場的輸電通道，輸電網(wǎng)絡(luò)由ISO 負(fù)責(zé)運(yùn)行。ISO 是否買賣電能，不同的州有不同的規(guī)定。美國目前已經(jīng)形成的有組織的電力市場的區(qū)域包括：新英格蘭ISO，紐約ISO，PJM，加州ISO 和德州ERCOT。

 

1、輔助服務(wù)概述

 

輔助服務(wù)市場是相對于電能生產(chǎn)、輸送和交易的主市場而言的。輔助服務(wù)是指為保證電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行和電力商品質(zhì)量，電力市場的成員為維護(hù)頻率及電壓的穩(wěn)定而提供的服務(wù)。

 

目前國際上，對輔助服務(wù)的分類方法較多，如：（1）認(rèn)為輔助服務(wù)包括：備用服務(wù)（含自動(dòng)發(fā)電控制）、無功/電壓控制、系統(tǒng)恢復(fù)服務(wù)（含黑啟動(dòng)）；（2）認(rèn)為輔助服務(wù)包括：頻率和聯(lián)絡(luò)線潮流控制、電壓控制和無功支持、系統(tǒng)的有功無功備用和其它系統(tǒng)安全控制措施；（3）將輔助服務(wù)分為：調(diào)峰、調(diào)頻、無功和黑啟動(dòng)；（4）將輔助服務(wù)分為：頻率控制、網(wǎng)絡(luò)控制、系統(tǒng)恢復(fù)；（5）將輸電損耗、負(fù)荷管理也歸為輔助服務(wù)的內(nèi)容。上述的輔助服務(wù)分類方法在各國的電力市場中均有應(yīng)用。

 

2、 美國主要輔助服務(wù)市場介紹

 

2.1 PJM 市場

 

覆蓋 美國Pennsylvania ， New Jersey ，Maryland 等州的PJM 互聯(lián)電網(wǎng)有限公司(簡稱

 

PJM)，是北美最大的集中調(diào)度控制電網(wǎng)，也是世界上最大的電力批發(fā)市場。PJM 成立于1927年，截至2006 年，PJM 電力系統(tǒng)擁有450 個(gè)市場成員，供電范圍164260 平方英里，服務(wù)5100萬人口。發(fā)電容量為164905MW，輸電線路247條共計(jì)56250 英里，其中火電占65%，核電占30%，水電占5%，峰荷144644MW。

 

PJM 的輔助服務(wù)市場包括5 個(gè)方面的內(nèi)容：調(diào)節(jié)和頻率響應(yīng)服務(wù)；運(yùn)行備用服務(wù)；計(jì)劃、系統(tǒng)控制和調(diào)度服務(wù)；來自發(fā)電方的無功供應(yīng)和電壓控制服務(wù)和能量不平衡服務(wù)。

 

2.1.1 調(diào)節(jié)和頻率響應(yīng)服務(wù)

 

PJM 調(diào)節(jié)和頻率響應(yīng)服務(wù)的最大特點(diǎn)是不單獨(dú)設(shè)立調(diào)頻電廠，而將調(diào)頻義務(wù)分配到每個(gè)負(fù)荷服務(wù)企業(yè)（LES）。LES 可以利用自己的發(fā)電資源或通過與第三方簽訂合同來履行自己的調(diào)頻義務(wù)，也可以從PJM 購買這個(gè)服務(wù)。調(diào)頻機(jī)組分為3 個(gè)類別：基礎(chǔ)類、邊際類和高峰類。每個(gè)類別的調(diào)頻成本將根據(jù)歷史的清算價(jià)由互聯(lián)辦公室確定。在發(fā)生沖突的情況下，調(diào)頻調(diào)度命令優(yōu)先于能量調(diào)度命令。調(diào)頻服務(wù)必須由PJM 電氣范圍內(nèi)的發(fā)電機(jī)組提供。

 

2.1.2 備用

 

PJM 電力市場是一個(gè)開放的電力市場，其備用獲取的最大特點(diǎn)是不指定機(jī)組作為備用，而是規(guī)定每個(gè)供電企業(yè)必須承擔(dān)備用義務(wù)，義務(wù)量根據(jù)其負(fù)荷的比率來確定。供電企業(yè)完成備用義務(wù)的方法可以是自己擁有提供備用的機(jī)組，也可以是簽訂雙邊合同或者從PJM 備用市場購買備用。

 

備用需求加上合理的補(bǔ)償方法，形成了PJM 備用市場的供需杠桿。

 

PJM 備用的結(jié)算周期為1h，每天分為24 個(gè)運(yùn)行小時(shí)，備用的計(jì)算和獲取按小時(shí)為單位操作。

 

2.1.3 計(jì)劃、系統(tǒng)控制和調(diào)度服務(wù)

 

計(jì)劃、系統(tǒng)控制和調(diào)度服務(wù)由PJM 直接提供，用戶必須從PJM 購買這項(xiàng)服務(wù)。計(jì)劃、系統(tǒng)

 

控制和調(diào)度服務(wù)的收費(fèi)依據(jù)是PJM 的運(yùn)營成本，包括建筑、人員成本和企業(yè)管理費(fèi)用。每個(gè)傳輸用戶每月的計(jì)劃、系統(tǒng)控制和調(diào)度服務(wù)收費(fèi)按下式計(jì)算：

 

每月收費(fèi) ＝ PJM 每月運(yùn)營成本×用戶比例

 

式中，用戶比例指以MW·h 計(jì)算的該用戶對輸電系統(tǒng)的使用量占輸電系統(tǒng)總使用量的比例。

 

2.1.4 來自發(fā)電方的無功供應(yīng)和電壓控制服務(wù)

 

為保持提供者的輸電設(shè)施電壓在可接受的范圍內(nèi)，在控制區(qū)操作員的控制下，發(fā)電廠將發(fā)出或吸收無功。

 

用戶必須向PJM 購買來自發(fā)電方的無功供應(yīng)和電壓控制服務(wù)。該服務(wù)采用固定費(fèi)率制，分

 

為月費(fèi)率、周費(fèi)率、日費(fèi)率和小時(shí)費(fèi)率，計(jì)費(fèi)單位為美元/MWh，根據(jù)所預(yù)定的傳輸容量計(jì)算。

 

2.1.5 能量不平衡服務(wù)

 

當(dāng)用戶實(shí)際傳輸?shù)碾娔芘c計(jì)劃傳輸?shù)碾娔艽嬖诓町悤r(shí)，PJM 必須提供能量不平衡服務(wù)。能量不平衡的計(jì)量單位為MW·h，且峰荷時(shí)段和非峰荷時(shí)段分開計(jì)算。如果能量不平衡在 ±1.5%的偏差范圍之內(nèi)，傳輸用戶（傳輸用戶指接受點(diǎn)對點(diǎn)傳輸服務(wù)的電力用戶）可以選擇在以后的峰荷時(shí)段或非峰荷時(shí)段消除這種能量不平衡，也可以選擇用現(xiàn)金結(jié)算。應(yīng)該支付給PJM 的金額按照能量送達(dá)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)（LMP）的120％ 計(jì)算，應(yīng)該支付給傳輸用戶的金額按照能量送達(dá)節(jié)點(diǎn)邊際電價(jià)LMP 的80％ 計(jì)算。對于超出 ±1.5%偏差范圍的能量不平衡必須用現(xiàn)金結(jié)算。應(yīng)該支付給PJM的金額按照能量送達(dá)節(jié)點(diǎn)LMP 的150％ 或 100美元/（MW·h）中較高的價(jià)格計(jì)算，應(yīng)該支付給傳輸用戶的金額按照能量送達(dá)節(jié)點(diǎn)LMP 的70％計(jì)算。

 

2.2 新英格蘭市場

 

美國東北部6 個(gè)州（緬因州、佛蒙特州、馬薩諸塞州、羅得島洲、新罕布什爾州、康涅狄格州）被稱作為新英格蘭地區(qū)，整個(gè)地區(qū)中南部馬薩諸塞州和康涅狄格州的經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)，是美國最重要的經(jīng)濟(jì)中心之一。至2006 年夏季，新英蘭地區(qū)發(fā)電容量30895MW，

 

最大峰荷28127MW（2006 年8 月2 日），比2005年增長4.6%。2006 年平均電價(jià)$61.44/MWh。

 

新英格蘭的輔助服務(wù)市場采用競價(jià)招投標(biāo)的方式， 其輔助服務(wù)項(xiàng)目包括： 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）、（TMSR）、10min 非旋轉(zhuǎn)備用（TMNSR）、30min 運(yùn)行備用（TMOR）。

 

2.2.1 自動(dòng)發(fā)電控制

 

新 英 格 蘭電力市場AGC 輔助服務(wù)是從10min 旋轉(zhuǎn)備用(TMSR)中分離出來的一種輔助服務(wù)。輔助服務(wù)市場要求AGC 能夠連續(xù)自動(dòng)地響應(yīng)獨(dú)立系統(tǒng)操作員(下稱ISO)的指令、動(dòng)態(tài)地平衡控制區(qū)內(nèi)的電力供應(yīng)與需求、滿足北美電力可靠性委員會(huì)(NERC)和東北電力協(xié)調(diào)委員會(huì)(NPCC)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

 

在新英格蘭電力聯(lián)營體(NEPOOL)模式下，F(xiàn)ERC 要求建立輔助服務(wù)分類計(jì)價(jià)的電力市場，這使得AGC 輔助服務(wù)競爭出價(jià)和電能競價(jià)一樣重要。AGC 輔助服務(wù)調(diào)度由新英格蘭ISO 安排，AGC 輔助服務(wù)和電能一樣要求事先定價(jià)，采用競價(jià)方式，其市場模式為投標(biāo)型。按照電力市場中能量、AGC、備用等重要性分配系統(tǒng)的容量資源，首先調(diào)用最低有功報(bào)價(jià)的機(jī)組來滿足有功負(fù)荷，種種最后中標(biāo)機(jī)組的報(bào)價(jià)為有功市場出清價(jià)；然后調(diào)用其余機(jī)組中AGC 報(bào)價(jià)最低者來滿足AGC需求，其中最后中標(biāo)機(jī)組的AGC 報(bào)價(jià)為AGC 市場出清價(jià)。

 

2.2.2 備用

 

備用容量的提供方和需求方為發(fā)電廠和電力用戶。對用戶而言，兼有提供方和需求方的雙重角色，當(dāng)某用戶提供備用服務(wù)時(shí)，它就成為供方；雖然備用是為全系統(tǒng)服務(wù)的，但費(fèi)用往往是從用戶方收取，因此用戶是備用容量的購買者，即需方。備用可以分為以下三類：

 

（1）10min 旋轉(zhuǎn)備用（TMSR）：指在線運(yùn)行機(jī)組在10min 內(nèi)能夠即刻增加的容量，或在10min 內(nèi)可以被卸載的部分電力負(fù)荷（含抽水蓄能電站運(yùn)行在抽水模式時(shí)所消耗的功率），并且能夠持續(xù)最少30min 的供應(yīng)緊急事故保護(hù)用電。

 

（2）10min 非旋轉(zhuǎn)備用（TMNSR）：指非在線運(yùn)行的機(jī)組在10min 內(nèi)能被啟動(dòng)而增加的容量，或在10min 內(nèi)可以被卸載的部分電力負(fù)荷，并且能夠持續(xù)最少30min 的供應(yīng)緊急事故保護(hù)用電。

 

（3）30min 運(yùn)行備用（TMOR）：指在30min 內(nèi)能被調(diào)度加載的備用容量，或在30min 內(nèi)可以被卸載的部分電力負(fù)荷（含抽水蓄能電站運(yùn)行在抽水模式時(shí)所消耗的功率），并且能夠持續(xù)最少60min 的供應(yīng)緊急事故保護(hù)用電。

 

這 3 種備用服務(wù)經(jīng)由競爭的投標(biāo)市場獲得。

 

發(fā)電商可以在提交第二天的電能投標(biāo)的同時(shí)按小時(shí)提交一種或多種備用服務(wù)的投標(biāo)。ISO 根據(jù)投標(biāo)信息結(jié)合投標(biāo)結(jié)算方法同時(shí)進(jìn)行電能和輔助服務(wù)的投標(biāo)選擇、安排發(fā)電計(jì)劃和輔助服務(wù)計(jì)劃。

 

計(jì)劃的目標(biāo)就是優(yōu)化電能和備用的投標(biāo)安排。選擇投標(biāo)時(shí)，市場對所有的報(bào)價(jià)進(jìn)行復(fù)雜的報(bào)價(jià)評估，報(bào)價(jià)評估對期望的成本排序，成本中包括機(jī)會(huì)成本。

 

2.3 加州市場

 

加州是美國電力行業(yè)改革重組的先驅(qū)。1998年3 月31 日，加州電力交易中心和ISO 同時(shí)開始運(yùn)作，組成了加州革新后的電力市場核心結(jié)構(gòu)。

 

加州ISO 管理著州內(nèi)70%的用電，輸送給州內(nèi)三千多萬電力用戶的年輸電量約為2000 億KWh。

 

至2006 年夏季，加州地區(qū)發(fā)電容量56347MW，容量備用6077MW。最大峰荷50270MW（2006年7 月24 日），比2005 年增長10.7%。傳輸線總長25526 英里。

 

加州的輔助服務(wù)市場中包括 4 個(gè)方面的內(nèi)容：調(diào)頻、備用、電壓支持和黑啟動(dòng)。

 

2.3.1 調(diào)頻

 

由已經(jīng)并入系統(tǒng)、處于運(yùn)行狀態(tài)的機(jī)組提供。

 

在實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)，這些機(jī)組的自動(dòng)發(fā)電控制設(shè)備（AGC）會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)組的出力，從而滿足系統(tǒng)能量平衡，使系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在一定的標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)。

 

2.3.2 備用

 

（1）熱備用：由已經(jīng)并入系統(tǒng)、處于運(yùn)行狀態(tài)的機(jī)組提供。在指定的出力范圍內(nèi)，提供熱備用的機(jī)組必須能夠在10min 之內(nèi)爬坡至指定的出力水平，并能維持運(yùn)行在該指定出力水平至少2h 以上。

 

（2）冷備用：由不在運(yùn)行但沒有計(jì)劃檢修，因而可以隨時(shí)啟動(dòng)的機(jī)組提供。提供冷備用的機(jī)組必須在10min 之內(nèi)并入系統(tǒng)并且爬坡至指定出力水平，并能維持運(yùn)行在該指定出力水平至少2h 以上。

 

（3）替代備用：如果不在運(yùn)行，提供替代備用的機(jī)組必須能夠在1h 之內(nèi)并入系統(tǒng)并且爬坡至指定的出力水平，并能維持運(yùn)行在該指定出力水平至少2h 以上。

 

調(diào)頻和備用服務(wù)是在日前市場和小時(shí)前市場按小時(shí)購買的，輔助服務(wù)投標(biāo)在電能投標(biāo)之后進(jìn)行。市場規(guī)則規(guī)定：一個(gè)供應(yīng)方可以以不同的容量和價(jià)格參與4 種輔助服務(wù)中任意或者所有的市場投標(biāo)，但對于特定的一種服務(wù)，只能提交一個(gè)投標(biāo)。市場按照：AGC-旋轉(zhuǎn)備用-非旋轉(zhuǎn)備用-替代備用的順序進(jìn)行各個(gè)輔助服務(wù)的投標(biāo)選擇，以優(yōu)先滿足技術(shù)要求較高的輔助服務(wù)。報(bào)價(jià)低的投標(biāo)優(yōu)先被選擇，最后接受的投標(biāo)的價(jià)格形成該類型服務(wù)的市場結(jié)算價(jià)格，最終所有中標(biāo)的投標(biāo)都將按照這一價(jià)格結(jié)算。選擇結(jié)束后，投標(biāo)者被通知每個(gè)市場的價(jià)格和它在每個(gè)市場的中標(biāo)容量。

 

按照上述的順序，機(jī)組在后續(xù)的市場中的競價(jià)容量要減去前面市場中中標(biāo)的容量。

 

2.3.3 電壓支持和黑啟動(dòng)

 

由 ISO 通過與可靠性機(jī)組(Must-run-units)的長期合同采購。在特別的情況下，ISO 有權(quán)要求正在發(fā)電的機(jī)組提供電壓支持，ISO 將以其機(jī)會(huì)成本給予補(bǔ)償。

 

2.4 紐約市場

 

紐約是美國最大的城市，紐約控制區(qū)域（NewYork Control Area， NYCA）共有四個(gè)大區(qū)：西部、東部、紐約城和長島。紐約的主要能源形式為天然氣，其中天然氣所占比例為31%，水電所占比例為20%，或電所占比例為18%，原子能所占比例為18%，其他13%。至2006 年夏季，紐約地區(qū)發(fā)電容量39704MW，容量備用5765MW。最大峰荷33939MW（2006 年8 月2 日），比2005 年增長5.6%。紐約電力市場總共提供了6 種輔助服務(wù)，分別為：系統(tǒng)計(jì)劃、控制和調(diào)度；電壓支持；自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）及頻率響應(yīng)；電量不平衡；運(yùn)行備用和黑啟動(dòng)。其中，運(yùn)行備用和頻率響應(yīng)這兩種服務(wù)是基于市場的。

 

2.4.1 備用

 

紐約電力市場將運(yùn)行備用分為三類分別是：10min 旋轉(zhuǎn)備用、10min 總備用（包括旋轉(zhuǎn)和非同步的備用）和30min 備用。10min 旋轉(zhuǎn)備用又能在10min 內(nèi)提供額外出力的在線機(jī)組擔(dān)負(fù)。

 

10min 總備用既可以由同步旋轉(zhuǎn)機(jī)組提供，也可以由非旋轉(zhuǎn)機(jī)組提供，這些非旋轉(zhuǎn)機(jī)組典型的是能在10min 內(nèi)啟動(dòng)的燃?xì)廨啓C(jī)。30min 機(jī)組同樣也可以由在線或非在線機(jī)組提供， 只要能在30min 內(nèi)提供額外出力。

 

目前的紐約電力市場，上述三類備用都是在日前進(jìn)行的，即只有日前備用市場，盡管在運(yùn)行日每小時(shí)都會(huì)對備用進(jìn)行再分配。邊際備用成本（在平衡條件下再獲得一個(gè)備用單位的成本）包括備用本身的費(fèi)用和獲得該備用單位所損失的機(jī)會(huì)成本(比如該備用單位本來有機(jī)會(huì)在能量市場中標(biāo)而得到相應(yīng)的收益)，因此，付給備用服務(wù)的費(fèi)用也包括可用支付（根據(jù)備用市場的出清價(jià)格制定）和機(jī)會(huì)成本兩部分。10min 旋轉(zhuǎn)備用的機(jī)會(huì)成本在實(shí)時(shí)市場支付，10min 非旋轉(zhuǎn)備用的機(jī)會(huì)成本在日前市場支付。

 

2.4.2 頻率響應(yīng)

 

AGC 機(jī)組的目的是調(diào)頻，因此在紐約控制區(qū)域的任何節(jié)點(diǎn)購買AGC 服務(wù)是一樣的。所以與備用市場不同，AGC 市場并不需要采用基于地理位置的定價(jià)體系。2003 年，紐約獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)行員在上坡時(shí)段總共購買275MW 的自動(dòng)發(fā)電，在下坡時(shí)段總共購買200MW 的自動(dòng)發(fā)電。對于一臺發(fā)電機(jī)來說，它所能賣出的AGC 容量是由它能在5min 之內(nèi)能夠的出力決定的，也可以理解為爬坡速率（MW/min）×5（min）。當(dāng)然，這臺機(jī)組必須能夠收到并且及時(shí)相應(yīng)一個(gè)連續(xù)的調(diào)度信號，并且這臺機(jī)組1h 之內(nèi)的爬坡能力至少要達(dá)到機(jī)組容量的1%。

 

3、美國輔助服務(wù)市場對比分析

 

美國電力市場的輔助服務(wù)含：旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、AGC、替代備用、電壓支持和黑啟動(dòng)。

 

其中前4 種由獨(dú)立系統(tǒng)操作員(ISO)通過日前競爭拍賣獲取，這些拍賣是在電力交易中心(PX)的電能拍賣完成之后進(jìn)行的。這些拍賣的順序是：AGC、旋轉(zhuǎn)備用、非旋轉(zhuǎn)備用、替代備用。電壓支持和黑啟動(dòng)則以長期合同方式進(jìn)行交易。市場參與者分別提交備用容量報(bào)價(jià)和備用電量報(bào)價(jià)。

 

成功的報(bào)價(jià)者不論其是否被調(diào)度，都將得到一筆備用容量費(fèi)用，在備用容量被調(diào)度加載時(shí)，報(bào)價(jià)者還將得到一筆電量電費(fèi)。其輔助服務(wù)市場的模式為投標(biāo)型。

 

由上文可以看到：由于電源結(jié)構(gòu)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、負(fù)荷分布和負(fù)荷特性的不同，不同的電力市場所需要的輔助服務(wù)種類和數(shù)量也不相同，所以，沒有一種輔助服務(wù)的分類可以適用于所有的電力市場；甚至在同一個(gè)電力市場中，所需要的輔助服務(wù)也會(huì)隨著市場的變化而變化，這種變化包括上述電源和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的變化、電力供需形勢的變化，還包括市場運(yùn)營規(guī)則的變化、監(jiān)控技術(shù)的改進(jìn)和市場運(yùn)作過程中吸取的經(jīng)驗(yàn)的增加等。

 

4、對我國的啟示

 

在我國電力體制改革后，輔助服務(wù)不再僅僅是運(yùn)行調(diào)度問題,行政和經(jīng)濟(jì)隸屬關(guān)系的變化、利益主體的多元化等因素都增加了輔助服務(wù)問題的復(fù)雜性。發(fā)電廠和電網(wǎng)經(jīng)營企業(yè)已成為相對獨(dú)立的市場主體，各個(gè)市場主體最關(guān)心的是企業(yè)的成本和效益，雖然電力生產(chǎn)的特點(diǎn)與電力經(jīng)濟(jì)的特性，使發(fā)、輸、配、售共處一網(wǎng)，密不可分，相互依存，但是市場化的經(jīng)濟(jì)規(guī)律已經(jīng)切斷了發(fā)電和輸電之間的資產(chǎn)紐帶關(guān)系，作為獨(dú)立的市場主體提供了輔助服務(wù)就要求得到相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，否則就會(huì)影響市場主體提供輔助服務(wù)的積極性，影響電力系統(tǒng)輔助服務(wù)的充裕性，進(jìn)而危及電網(wǎng)的安全運(yùn)行。為保證我國電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定，提高電能的供應(yīng)質(zhì)量，可參考借鑒美國的經(jīng)驗(yàn)，來促進(jìn)我國電力輔助服務(wù)市場的進(jìn)一步建立與完善。