东北调频辅助服务市场关键问题及建设路径研究

赵海吉，金学洙，李 群，安天瑜，钟心蕊

(1.国家电网有限公司东北分部，辽宁 沈阳 110181；2.北京清能互联科技有限公司，北京 100084)

高比例可再生能源地区调频问题日益凸显[1-2]。东北电网在我国可再生能源装机和发电方面占比较高，面临着因可再生能源出力波动性所带来的频率波动问题[3]和电力用户受季节、温度等因素造成的需求引起的频率波动问题[4]。当前东北地区的频率质量有待改善，极端时频率会出现较长时间超出50.05 Hz的情况。

1 东北地区调频现状

东北地区装机占比见图1。截至2019年10月，东北电网装机容量已达1.49亿kW，其中火电装机占比64.26%(供热机组占比66.25%)。新能源占总装机容量的27.04%，新能源发电量占全网总发电量的15.64%。新能源装机增长势头仍在继续。东北地区的调频资源较为紧张，尤其在冬季时段，面临着火电可调容量受限和新能源消纳压力大的问题。

图1 东北地区装机占比

当前东北地区未展开市场化的调频服务交易[5]，仍以《东北区域发电厂并网运行管理实施细则》和《东北区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》这2个细则(以下简称细则)为执行依据。并网发电厂义务提供一次调频服务，一次调频调节能力相对有限[6-9]。参与调频辅助服务的AGC机组，按调整电量获得补偿。该运行模式下，缺乏对调频机组的激励，也缺少对调频备用容量的整体把握。

调频辅助服务的市场化是东北辅助服务市场体系建设的重要环节。当前东北辅助服务市场交易仍以调峰交易为主，以市场化的手段进行资源的优化配置，激励火电机组开展灵活性改造，以促进风光发电量的消纳。在备用交易方面，包含尖峰旋转备用交易和火电停机备用交易。调频作为维持系统安全稳定运行的辅助服务，完成其市场化进程一方面有助于挖掘电网调频资源、提升电网调频性能，从而确保在高比例新能源环境下电网的可靠运行；另一方面将进一步完善东北辅助服务市场体系。

2 东北调频辅助服务市场关键问题分析

从市场建设的角度考虑，东北调频辅助服务市场建设最主要的问题是明确调频辅助服务市场的定位。一方面，当前东北以按需调用的模式开展调频服务，对调频需求、个体和整体服务能力未建立量化概念；另一方面，我国电力现货市场建设加速[10]，而调频辅助服务是现货市场体系的重要组成部分。因此，调频辅助服务市场的建立，有利于完善电力交易品种，并利用市场的手段合理配置资源，让各类资源发挥其优势，实现电网安全稳定运行与市场竞争经济规律的高效结合。

本研究从市场模式、市场主体的参与方式以及市场的组织方式层面，进行可行方案的对比与分析，为决策者提供更多的参考和思路。

2.1 市场建设方案

当前东北电网的调度以省间联络线关口模式开展[11]，由省调机组承担ACE调节责任，网调机组承担频率调节责任。对于区域电网而言，守关口联络线和守系统频率二者的调频目标不同，无法在同一市场模型中进行优化。因此，在东北建设调频辅助服务市场时，需要首先明确调频市场开展的目标，再将目标转化为调频需求的基础上，选择合适的市场模式。在调频市场的建设目标层面，可以保留当前部分机组调频、部分机组调ACE的模式，也可以选择全网进行频率调节的模式。表1提出了几种可行的市场模式方案。上述4个方案中，主要区别在于调频市场建设的目标是仅考虑频率还是既考虑频率又考虑ACE，以及实现时是按统一控制区组织还是按分别控制区组织。下面对几个方案的优缺点进行说明。

表1 调频市场方案对比

a.部分机组调频率，全网集中组织。

该方案将全网调频任务分解为市场和非市场部分，市场部分仅考虑对频率的调节，ACE调节则由非市场部分兜底。

该方案与当前AGC控制模式承接性好，有利于发电与调频资源的合理规划与调度，也有利于省间中长期合同的物理交割。但需要网调与省调相互协调，实现跨级控制。

b.部分机组调频率，按控制区组织。

该方案将全网调频任务全部市场化，由网调机组承担频率任务，由省调机组承担ACE任务。

该模式对现有工作方式延续性较强。调频市场在与当前模式衔接时，确定调频需求的过程中需要分别考虑联络线与频率2部分的预留容量。如后续以省为单位开展电力现货市场，可以将联络线部分对应的调频需求转移至各省调机构组织，有利于实现以省为单位组织的现货电能量市场和调频市场的联合优化；若后续开展省间电力现货市场，在不取消区域内部关口联络线的前提下，仍可沿用。

该方案与当前调频分工模式差别较小，调频压力全部由网调机组承担，但在初期阶段网调机组没有改善自身调频能力的情况下，仍可能会出现全网频率长时间较高的现象。从长期看，由于仍是各控制区内机组内部竞争，对于调频需求大而调频资源少的控制区，其AGC机组可能缺少性能改善的动力，可能导致东北网频率的改善效果有限。

c.全网机组调频率，全网集中组织。

该方案取消了频率调节任务中的ACE调节任务，即全部的调节任务均为频率调节任务，并将其市场化。

该模式资源利用效率最高，但是对当前调度机构的职权调整最大，对运行能力的要求也最高。

d.全网机组调频率，按控制区组织。

该方案将全网调频任务市场化，对频率调节和ACE调节统一转化为总调频需求，调用时形成命令后统一下发。

该方案本质上是由省调机组承担了部分网调机组跟踪频率的责任，该模式对频率责任的管理力度强。该方案可以让全部调频资源承担频率调节压力。该模式对各单位原有工作模式改动小，且竞争主要集中在省内，机组的接受度会相对高。长期上，尽管可以调整分配给各区针对频率调节的容量需求，但由于竞争仍是集中在省内，对机组提升性能的激励作用仍然有限。

在调频市场建设时，调频目标的确定是最重要的。在确定调频目标后，协作模式的选取上可参考3个因素。

在工作开展层面，考虑到当前东北地区有较为完善的辅助服务市场体系，建议起步阶段由网调统一下达指令，省调转发。但网省调度仍需要在市场建设之前达成协作模式层面的统一意见。此外，若需要取消省间联络线考核，对现状情况冲击较大，较适宜有着完善的省间现货市场的情况。

在技术层面，按统一控制区组织符合资源优化配置的核心思想，通过统一的调频市场，重新安排、分配调频资源，以相对小的成本实现对东北电网频率的调节和优化。但在各省调频机组性能差异较大的情况下，会出现个别省份以分摊费用为主，其他省份以获取调频收益为主。按分别控制区组织则更便于实现省级范围的资源优化配置，所有调频市场的费用均在省内进行分摊，利益更好协调。

在市场发展层面，按统一控制区组织更符合建立东北电网统一调频市场的思想；有利于激励网、省机组提升机组调频性能；若三省分别建设现货市场，网调调频出清结果将作为省级市场开展的前提。按分别控制区组织的思想跟三省独立开展调频市场基本一致，只是由网调统一组织，需求、竞争及费用结算都以各控制区为边界。该模式可持续性不强，若东北以省级为单位开展现货市场建设，可将ACE调节的调频市场模块交由各控制区自行出清运作。

需要注意的是，在调频市场模式选择上，按统一控制区组织和各控制区分别组织，由于其市场组织与调度工作方式会与后续现货市场形态关系密切，如在现货市场已成型后再进行调整，很难避免“牵一发而动全身”的挑战。东北地区的调频市场建设可根据实际需求，参考上述4个方案，决策最适合的市场模式和实施方式。

2.2 市场主体准入

当前东北电网调频资源有限，系统频率较高时段占比高，极端情况下有较大的向下调频需求。因此，在市场建设时，可考虑将更多的市场主体纳入服务提供者的范围[12-15]，更好地保障系统频率稳定。当前，新建设的风光机组并网时需加装储能装置，独立的储能供应商也作为市场主体参与了东北地区的辅助服务市场。将含有储能的市场主体纳入调频市场，有利于系统的实时频率调整，也有利于安装储能设施的新能源企业及独立第三方服务商以市场化的手段回收其容量建设的成本[16-18]。在实时调用时，考虑到当前网源结构及系统频率的稳定，在调用时，可以以火电联储、水电(包括抽水蓄能)、风光联储、独立储能的顺序，按市场需求和规则完备程度，进行调频资源的准入和调用。

2.3 补偿与分摊

在结算层面，调频市场的建设可采用里程补偿和容量补偿的方式进行相关补偿的计算。在容量市场上提前锁定容量，并以实际里程作为机组参与调频实际贡献的衡量。考虑到当前已有的补偿电量与里程补偿具有较高的相似性，且当前东北地区现货电能量市场的建设还未提上日程，因此东北地区建设调频市场时，应立足当前、展望未来，因此里程补偿的引入应不晚于容量补偿。在分摊方案的制定上，可以采用按实发电量分摊、按上网电量分摊、或类比深调按调频贡献程度分摊；当市场发展到一定阶段，尤其是用户侧可以实现较为精确的计量时，可考虑按造成调频需求的大小分摊，甚至引入用户侧及受端省份参与分摊。

2.4 衔接方式

在未开展现货电能量市场的情况下，进行调频服务的服务单元可以在日前确定，也可以实时按需调用时确定；在开展现货电能量市场的情况下，调频市场应提前预留调频容量。常用的调频需求计算通过新能源偏差和负荷偏差之和进行确定，见式(1)。

(1)

(2)

由于调频、电能量和调峰市场都是对机组容量空间的竞争，因此机组在3个市场中的区间不可互通。机组在深度调峰市场中标并降低出力至最小技术出力以下时段，不应再参与调频和电能量市场；调频市场中标后，相应的出力空间应从电能量市场的申报范围中剔除。

3 东北调频辅助服务市场建设路径

起步阶段，调频市场与计划模式衔接，一方面完善东北地区辅助服务市场体系的建设，另一方面可以一定程度培养市场主体的意识，也有利于市场运营主体了解东北地区AGC单元的调节性能和调节成本。此时调频市场采用日前排序、实时按需调用、事后结算的模式开展。以火电联储、水电机组(包括抽水蓄能)、风光联储、独立储能的顺序，引入更多市场参与主体，丰富调频资源，保障系统频率稳定。

过渡阶段，调频市场与现货电能量市场衔接，可以调频市场独立运行、优先于电能量市场出清的方式起步，通过提前锁定调频容量的方式，以日前集中竞价、日内正式出清的方式进行调频市场的组织。调频市场的出清结果应作为各级现货市场(省内/省间)开展的前提。此时除了推进更多市场主体的加入外，可考虑在结算阶段转变为按责分摊的结算模式。

成熟阶段，调频市场与相应级别的现货电能量市场统一优化、联合出清。此时，市场体系完善，各市场定位清晰。通过市场化的手段，实现资源的最优化配置。

4 结论

结合东北当前所处的调频资源有限、辅助服务市场建设体系有待进一步完善的需求，和电力体制深化改革的要求，本文指出了东北调频市场建设的关键在于明确市场定位，并从市场模式层面提出了4种可行方案：部分机组调频率，全网集中组织；部分机组调频率，按控制区组织；全网机组调频率，全网集中组织；全网机组调频率，按控制区组织。

4种方案的主要区别在于调频市场建设目标及组织方式。同时，讨论了市场主体的参与方式和结算原则、以及调频市场与其他市场的衔接。

在此基础上，讨论了东北地区调频辅助服务市场建设的起步阶段、过渡阶段和成熟阶段的工作重点。

a.起步阶段主要任务是在保障系统频率稳定的前提下，实现调频辅助服务的市场化，并同步完善辅助服务市场体系的建设，促进市场主体市场意识的培养。

b.过渡阶段，则是完成与各级现货电能量市场的衔接。

c.成熟阶段，实现主辅市场的联合出清。

东北调频辅助服务市场的建设可为当前未运行现货电能量市场、且未建设调频辅助服务市场的省份或区域提供思路上的借鉴参考。