中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：從最簡(jiǎn)單的角度看。安全性意味著在所有外部條件均保持不變時(shí)。電力系統(tǒng)必須能夠持續(xù)地穩(wěn)定運(yùn)行。換句話說。也就是此時(shí)系統(tǒng)的所有組成元件都應(yīng)當(dāng)運(yùn)行在安全范圍內(nèi)。比如，不能讓任何輸電線路出現(xiàn)負(fù)荷過載、否則電阻損耗將致使導(dǎo)線溫升超過允許范圍。進(jìn)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(duì)于一個(gè)由成千上萬(wàn)個(gè)元件組成的系統(tǒng)來說、單個(gè)元件發(fā)生故障是很常見的事。那些直接暴露于險(xiǎn)惡天氣條件下的元件（例如輸電線路），以及運(yùn)行溫度會(huì)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?yàn)橛脩敉ｋ娝鶎?dǎo)致的社會(huì)成本是非常巨大的。所以人們達(dá)成共識(shí)∶電力系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠抵御所有一般性的擾動(dòng)，不致發(fā)生大范圍停電。對(duì)此可以解釋為在發(fā)生任何一種一般性擾動(dòng)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(yùn)行足夠長(zhǎng)的時(shí)間，確保系統(tǒng)運(yùn)行人員能夠采取措施將系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。實(shí)際上。系統(tǒng)運(yùn)行人員不僅需要對(duì)系統(tǒng)的狀態(tài)變化情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。還需要分析預(yù)先定義的一組可能發(fā)生的事故將會(huì)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(jī)與分路）的單獨(dú)開斷故障（小劉：N-1）。因?yàn)閮蓚€(gè)獨(dú)立事故或故障同時(shí)發(fā)生的概率非常小（小劉：N-2），所以一般不考慮此類事情的發(fā)生。
在發(fā)生擾動(dòng)之后需要采取校正措施，其目的是將擾動(dòng)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(jìng)爭(zhēng)性電力市場(chǎng)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(duì)于系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)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(jìn)行付費(fèi)購(gòu)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(huì)表現(xiàn)為電能交易，但與根據(jù)用戶要求進(jìn)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(shí)上，必須依照此類輔助服務(wù)對(duì)用戶服務(wù)需求作出響應(yīng)的能力確定其價(jià)值。正因?yàn)槿绱?，不能直接通過電能價(jià)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(chǎng)的一種附屬物。（小劉：文中的邏輯是采用典型的價(jià)值定價(jià)，《關(guān)于進(jìn)一步推動(dòng)新型儲(chǔ)能參與電力市場(chǎng)和調(diào)度運(yùn)用的通知》中提到的獨(dú)立儲(chǔ)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(jià)和政府性基金及附加。這類政策對(duì)市場(chǎng)參與者一致的透明和公平的成本優(yōu)化對(duì)于促進(jìn)市場(chǎng)發(fā)展最終效果會(huì)是什么？）正確的處理辦法是，專門建立有針對(duì)性的機(jī)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(dòng)發(fā)電控制（regulation）的作用在于解決快速負(fù)荷波動(dòng)與難以預(yù)測(cè)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(dòng)發(fā)電控制服務(wù)主要由那些可以快速增減出力的機(jī)組提供。此類機(jī)組必須與電網(wǎng)相連，需要裝設(shè)一個(gè)調(diào)速器，并且它們常常需要在自動(dòng)發(fā)電控制模式下運(yùn)行。
負(fù)荷緩慢波動(dòng)，尤其是那些電能市場(chǎng)沒有考慮到的各交易時(shí)段內(nèi)的負(fù)荷波動(dòng)，則可以通過發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷跟蹤（load-following）服務(wù)進(jìn)行處理。很顯然，這些機(jī)組也應(yīng)當(dāng)與系統(tǒng)相連，并且需要具備及時(shí)響應(yīng)上述負(fù)荷波動(dòng)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(cè)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(bǔ)充事故備用（supplemental reserve）。提供旋轉(zhuǎn)備用的機(jī)組需要能夠立即對(duì)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(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)供應(yīng)。與此相對(duì)應(yīng)，提供補(bǔ)充事故備用的機(jī)組則無需馬上作出響應(yīng)。有些形式的補(bǔ)充事故備用可以由先前沒有開啟但可以在很短時(shí)間內(nèi)帶上出力的機(jī)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(shí)也可能是那些在緊急狀態(tài)下允許自身負(fù)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(jī)組備用響應(yīng)所能維持的時(shí)間長(zhǎng)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(huì)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(huì)通過現(xiàn)貨電能市場(chǎng)交易，正因?yàn)槿绱?，理想情況是我們能在兩者之間劃定一個(gè)清晰的界限。然而各電力市場(chǎng)的規(guī)則設(shè)計(jì)存在相當(dāng)大的差異，這使得我們不可能清楚地對(duì)平衡電能與平衡輔助服務(wù)進(jìn)行界定。但總的來說，若是開放市場(chǎng)關(guān)閉時(shí)點(diǎn)距離實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí)間很短，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商將能夠通過現(xiàn)貨電能市場(chǎng)購(gòu)得大部分的平衡需求。然而如果開放市場(chǎng)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(jī)制。
在考察機(jī)組的平衡服務(wù)供應(yīng)能力時(shí)，它的出力調(diào)整速度顯然是最重要的影響因素。在許多時(shí)候，機(jī)組在電網(wǎng)中的位置也有可能會(huì)影響它的平衡輔助服務(wù)供應(yīng)能力。如果機(jī)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(jī)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(gè)合適的平衡輔助服務(wù)備選機(jī)組。
圖5-3 系統(tǒng)在某次大規(guī)模發(fā)電停運(yùn)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(yùn)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(gè)真實(shí)的例子。1995年8月15日12點(diǎn)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(jī)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(huì)引發(fā)相當(dāng)大的頻率波動(dòng)。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(shí)現(xiàn)，并至少維持20s 以上的時(shí)間。二次響應(yīng)則應(yīng)當(dāng)在事故發(fā)生后30s 內(nèi)完全實(shí)現(xiàn)，并至少能夠維持30min 以上的時(shí)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(jìn)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(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)現(xiàn)的，它的啟動(dòng)時(shí)間點(diǎn)是12點(diǎn) 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(yùn)營(yíng)商可以還需要通過發(fā)電機(jī)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(huì)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(shí)，它們可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一些發(fā)電機(jī)與/負(fù)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(jī)出力進(jìn)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(dòng)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(dòng)
輔助服務(wù)的獲取
系統(tǒng)運(yùn)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(qiáng)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(chǎng)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(diǎn)。最終選擇哪種供應(yīng)機(jī)制、這不僅與輔助服務(wù)的類型有關(guān)。同時(shí)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(qiáng)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(yùn)行所必須的充足資源。盡管強(qiáng)制供應(yīng)方法非常簡(jiǎn)單，但它并不是一個(gè)很經(jīng)濟(jì)的做法。并且會(huì)帶來一些操作上的困難（小劉：目前可再生能源強(qiáng)制配置儲(chǔ)能的方式）∶
1）上述強(qiáng)制規(guī)定可能會(huì)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(shí)際需要。例如，并不需要所有的機(jī)組都參與頻率控制，維護(hù)系統(tǒng)安全。同樣地，也不是全部機(jī)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(lì)技術(shù)或商業(yè)革新。因?yàn)樗?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(yùn)行人員也沒有動(dòng)力去尋找更新、更為有效的輔助服務(wù)供應(yīng)方法。
3）對(duì)于輔助服務(wù)供應(yīng)者來說，強(qiáng)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(huì)增加同步發(fā)電機(jī)的損耗，有時(shí)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(jì)的方式提供服務(wù)。例如，核電機(jī)組就無法迅速調(diào)整有功出力適應(yīng)負(fù)荷的快速變化。另外，也不能為了獲得備用服務(wù)、強(qiáng)制要求高效率的機(jī)組只帶部分負(fù)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(jī)組提供備用服務(wù)，因此強(qiáng)制供應(yīng)并不適用于所有的輔助服務(wù)，哪怕是對(duì)那些看似合適的服務(wù)，我們也不應(yīng)對(duì)所有的供應(yīng)商實(shí)行一刀切。當(dāng)然，只對(duì)部分成員免除輔助服務(wù)義務(wù)則可能會(huì)扭曲競(jìng)爭(zhēng)。
輔助服務(wù)市場(chǎng)
強(qiáng)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(jì)效率的法。并且也存在實(shí)際操作困難，因此人們往往期待能建立一套市場(chǎng)供應(yīng)機(jī)制，哪怕僅能實(shí)現(xiàn)一部分輔助服務(wù)的購(gòu)買也好。市場(chǎng)機(jī)制的實(shí)現(xiàn)形式還與輔助服務(wù)的特性有關(guān)。對(duì)于需求量在很長(zhǎng)時(shí)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(zhǎng)期合同是一種更為合適的手段。黑啟動(dòng)能力、聯(lián)鎖跳閘計(jì)劃、電力系統(tǒng)穩(wěn)定器與頻率調(diào)整一般可以通過長(zhǎng)期合同購(gòu)買。另外一方面，有些輔助服務(wù)一天之內(nèi)都會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的波動(dòng)，或者它們的報(bào)價(jià)數(shù)量與電能市場(chǎng)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(chǎng)進(jìn)行交易。（小劉：合理的市場(chǎng)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(huì)通過短期市場(chǎng)進(jìn)行買賣。但是，為了減少備用容量不足或者購(gòu)買費(fèi)用過高所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商往往也希望簽訂一定數(shù)量的長(zhǎng)期備用供應(yīng)合同。即使在成熟的市場(chǎng)里，備用服務(wù)提供者也比較愿意混合使用長(zhǎng)期與短期合同提供備用服務(wù)。
與強(qiáng)制供應(yīng)相比，市場(chǎng)機(jī)制是一種更具有靈活性、也可能更經(jīng)濟(jì)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(chǎng)方法呢? 這還很難說。在有些時(shí)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(shí)他們可能會(huì)行使市場(chǎng)力，破壞輔助服務(wù)市場(chǎng)的公平競(jìng)爭(zhēng)。例如在輸電網(wǎng)絡(luò)的某些偏遠(yuǎn)部分，可能只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)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(chǎng)也必須受到嚴(yán)密監(jiān)控，以避免出現(xiàn)濫用市場(chǎng)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(jìng)爭(zhēng)以前。垂直一體化公用事業(yè)擁有的發(fā)電機(jī)組實(shí)際上承擔(dān)了所有的輔助服務(wù)供應(yīng)任務(wù)。事實(shí)上，許多電力市場(chǎng)上的輔助服務(wù)定義依然保留了該時(shí)期的痕跡。但在一個(gè)完全競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)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(yùn)營(yíng)商將沒有義務(wù)、也沒有動(dòng)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(diǎn)∶首先，輔助服務(wù)提供者數(shù)目將增多。這會(huì)促進(jìn)輔助服務(wù)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng);其次，從宏觀經(jīng)濟(jì)角度看，用戶提供輔助服務(wù)會(huì)增加資源的利用效率。舉例來說，如果能夠利用可中斷負(fù)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(shí)發(fā)電機(jī)組可以將更多的容量投入發(fā)電，這正是投建發(fā)電機(jī)的本來目的。如果發(fā)電技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，最終形成僅有大型固定機(jī)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(jìn)行系統(tǒng)控制。最后，與大型發(fā)電機(jī)組相比，用戶會(huì)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(huì)由數(shù)量眾多的小負(fù)荷用戶分?jǐn)?，所有小?fù)荷同時(shí)出現(xiàn)故障的概率要比大型發(fā)電機(jī)小得多。他們不能準(zhǔn)時(shí)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(jìng)爭(zhēng)性。某些用戶（如裝設(shè)了變速電動(dòng)機(jī)的大型抽水負(fù)荷）還有可能提供競(jìng)爭(zhēng)性的調(diào)頻服務(wù)。
來源
電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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
