風電輔助服務補償定價研究

孫華利，王幫燦，羅靈琳

(1.云南電網有限責任公司，昆明 650011；2.昆明理工大學，昆明 650500)

風電輔助服務補償定價研究

孫華利1，王幫燦1，羅靈琳2

(1.云南電網有限責任公司，昆明 650011；2.昆明理工大學，昆明 650500)

為提高電網消納風電能力，合理補償風電并網發電所產生的輔助服務成本，提出了并網風電輔助服務補償定價方法及補償機制。風電對輔助服務進行補償，常規能源電廠根據輔助服務貢獻份額獲得補償，有利于提高常規能源電廠提供輔助服務的積極性、提高電網接納風電能力，也有利于促進風電采取管理和技術措施提高風電出力的穩定性。

風電；輔助服務；補償；調峰；調頻；備用

0 前言

我國陸上和近海區域10 m高度可開發和利用的風能儲量約為10億千瓦[1]。隨著電力系統中風電裝機規模和占總裝機比例的逐步增加，風電出力的間歇性、波動性和反調峰特性將會進一步影響電力系統的安全穩定和經濟運行[2]。我國采用“大規模-高集中-高電壓-遠距離輸送”開發模式。隨著風電滲透率的增大，風電的不確定性、反調峰特性及其與負荷地理上的逆向分布特性對系統電能質量、功率平衡和安全性的影響越發明顯。同時，我國能源結構使得多數地區電源結構單一，靈活調節電源不足，調峰難度遠遠大于國外風電發達國家[3]。

國內對大規模風電消納的相關技術有較多研究[4-6]。對大規模風電并網中的諸多問題，如大規模風電并網的影響及運行策略[7-8]、風電參與系統頻率調整[9]等問題提出了具體的措施或技術展望。但目前對大規模并網風電輔助服務補償的相關研究較少。文獻 [10]提出了風電輔助服務成本測算方法，文獻 [11]對并網風電輔助服務成本補償的機制進行了研究，提出了風電接入導致的輔助服務成本的分攤、補償機制并提出了政策建議。

我國風電并網及交易機制是全額保障性收購與固定電價，不能有效發揮風電輔助服務成本高和邊際成本低的特點。利用市場手段調動常規電源參與調峰、調頻的積極性，落實節能調度管理，協調風電并網發電和系統調峰關系，是解決大規模風電并網給系統帶來的各種問題，提高電網風電消納能力的有效途徑。

根據規程規定，對提供有償輔助服務電廠進行補償，補償費用主要來源于并網運行考核費用，差額部分由并網發電廠分攤。在我國現行體制下，風電作為快速發展的重要電源，不但無法向系統提供輔助服務，同時風電還大量消耗輔助服務資源，風電顯現出明顯的用電負荷特性。隨著并網風電裝機容量的增長，風電對常規電源所提供的輔助服務消耗也隨之迅速增加，常規電源是否可以提供足夠的輔助服務是大規模并網風電接入系統的重要約束條件，而提高電力系統輔助服務能力需要較大投入。風電消耗大量輔助服務資源，但并未對其進行補償，不利于發電側輔助服務市場公平，也不利于提高電網對風電的接納能力。

因此，有必要對風電輔助服務補償定價及其分攤和補償機制問題進行研究，積極促進發電側市場公平及提高系統對風電的接納能力。

1 輔助服務

1.1 輔助服務管理現狀

按 《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》規定，輔助服務分為基本輔助服務和有償輔助服務。其中，基本輔助服務包括一次調頻、基本調峰、基本無功調節；有償輔助服務包括AGC、旋轉備用、有償調峰、有償無功調節、黑啟動。

圖1 有償輔助服務

1.2 風電輔助服務消耗

并網風電對系統的輔助服務消耗主要體現在調峰、調頻和備用三個方面。

調峰：大規模風電接入電網對系統調峰的影響體現在風電出力峰谷差較大且峰谷交替頻繁。另外，風電的自然特性使其在多數情況下呈反調峰特性，即在夜間負荷低谷時正好又是風電大發的時段。電網為此需調用其他常規能源為系統提供更多的調峰服務，以確保電力系統安全穩定運行。

調頻：由于風速變化的高度隨機性，風力發電機的出力也隨時變化。大量風電功率的波動增加了系統調頻的難度。隨著風電的快速增長，風電突變幅度將繼續增大，會對電網頻率質量造成較大影響，對系統調頻提出了更高的要求。電網需調用更多的AGC輔助服務以平衡風電出力波動，滿足系統頻率調整的要求。

備用：風電出力的波動性和不穩定性，使得大規模風電并網將大量增加系統的事故備用、旋轉備用。

圖2 風電輔助服務需求

2 風電輔助服務補償

2.1 補償定價

風電輔助服務補償包括調峰補償、調頻補償、備用補償。

調峰補償：影響風電對調峰輔助服務消耗量主要因素為出力峰谷差及其峰谷持續期間的累積電量。因此需分為電力、電量兩個部分對調峰服務補償進行計算。由于風電峰谷轉換頻繁，調峰電力可根據風電每小時峰谷差進行累加，計算得到每日累積峰谷差。調峰電量可考慮以實際出力曲線與平均出力線圍成面積積分等效電量作為計算依據，按式 (1)計算調峰補償。

式中，A為調峰補償費，元；R1為調峰電力價格，元/MW；△Pt為t小時峰谷差，MW；R2為調峰電量價格，元/MWh；P為有功出力，MW；P’為日平均出力，MW。

調頻補償：風電對調峰輔助服務消耗體現在風電出力波動頻繁，可考慮采用風電發電出力路徑法，即按風電實際出力曲線路徑長度抵扣基本路徑長度后作為依據計算調頻服務消耗量。采用風電發電出力路徑法，計算風電實際出力曲線路徑長度，按式 (2)計算調頻補償。

式中，B為調頻補償費用，元；L為發電出力路徑長度，定義曲線上1 MW=1 min=1單位長度；R3為調頻價格，元/MW-min。

備用補償：電力行業標準DL/T 5429-2009中規定，系統的旋轉備用容量可按系統最大發電負荷2%～5%考慮，低值適用于大系統，高值適用于小系統。并網風電備用消耗可按大系統考慮，風電備用補償可按裝機容量2%計算。

式中，C為備用補償費用，元；R4為備用價格，元/MW；S為裝機容量，MW。

2.2 補償分配

風電輔助服務補償分配須確保分配方式的公平性和可執行性。按照當前我國執行的輔助服務補償管理模式，對風電根據其輔助服務消耗量進行考核最直接的方法是直接將風電輔助服務考核費用納入全網輔助服務管理。這種方法能夠有效促進風電完通過提高自身管理、技術能力提高運行穩定性，但補償費用直接用于補償本應由全部市場成員分擔的部分費用，風電實質上在補償所有電廠，提供輔助服務電廠并未按貢獻得到額外補償，補償針對性不強，提高電廠參與輔助服務積極性效果不好。

從電力市場長遠發展考慮，應建立輔助服務補償交易市場，風電輔助服務補償費用在輔助服務市場中直接對參與提供輔助服務的電廠進行補償。有利于充分調動常規電源參與調峰、調頻的積極性。也有利于落實節能調度管理，協調風電并網發電和系統調峰關系，是解決大規模風電并網給系統帶來的各種問題，提高電網風電消納能力的發展方向。

2.3 補償交易流程

風電輔助服務補償流程如圖3所示。

圖3 輔助服務交易流程

3 計算實例

3.1 風電補償費用計算

以三個風電場 (A、B、C)為例，對風電輔助服務補償進行計算。計算中，參考 《南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則》中部分省份的定價，暫定R1=1；R2=8.2；R3=6；R4=2。在實際執行中，不同地區能源結構和發電成本不同，因此價格會存在較大差別。

圖4 風電出力曲線

表1 風電輔助服務費用

3.2 實例分析

對比分析圖4、表1，可以看出：

1)風電A、C出力曲線較為平穩，因此風電A、C調峰電力及調頻補償費用很低。風電B峰谷交替頻繁，風電B調峰電力補償明顯上升。

2)風電A、B日峰谷差較大，因此風電A、B調峰電量補償費用很高，風電C出力平穩，補償費用最低。

3)風電B出力的頻繁波動對系統調頻產生影響，因此也導致了較高的調頻補償費。

4)三個風電裝機容量相等，因此備用費相同。

總體來看，C風電運行平穩，峰谷差及出力波動均很小，總體輔助服務費用最低；B風電場峰谷差較大且多次交替、出力頻繁波動，因此總體補償費用最高。上述算法能夠較為客觀、公平的對風電輔助服務消耗進行補償定價。

4 結束語

風力發電具有很低的邊際成本，因此電網對風電接納能力的增加對于風電而言具有極高的邊際收益。本文提出風電輔助服務補償及其定價算法，能夠有效調動常規能源電廠提供輔助服務的積極性，提高電網對風電的消納能力。

利用市場手段協調電力市場各方利益，確保市場成員權利與責任相協調，是電力市場研究的重要內容。風電輔助服務補償有利于于風電的持續健康發展，通過市場手段促進風電自身提高管理水平、主動采用新技術提高風電出力的穩定性。另外，本文提出的風電輔助服務補償還有很多問題有待于進一步研究和討論。

[1] 張麗英，葉廷路，辛耀中.大規模風電接入電網的相關問題及措施 [J].中國電機工程學報，2010，30(25)：1 -9.

[2] 樊揚，林勇，徐乾耀.廣東電網風電出力特性分析及其經濟性評價 [J].南方電網技術，2012，6(1)：8-12.

[3] 李明節.基于國際先進技術的風電調度研究與實踐 [J].中國電力，2012，45(11)：1-6

[4] 朱凌志，陳寧，韓華玲.風電消納關鍵問題及應對措施分析 [J].2011，35(22)：29-34.

[5] 侯佑華.內蒙古電網大規模風電入網的運行分析及調度方案設計 [D].天津：天津大學，2010.

[6] 黃天翔.基于風電消納能力最大化的博弈分析與機制研究[D].保定：華北電力大學，2012.

[7] 石恒初，剡文林，劉和森.風電并網對電力系統的影響初探 [J].云南電力技術，2009，37(1)：8-12.

[8] 靜鐵巖，呂泉，郭琳.水電-風電系統日間聯合調峰運行策略 [J].電力系統自動化，2011，35(22)：97-104.

[9] 劉巨，姚偉，文勁宇.大規模風電參與系統頻率調整的技術展望 [J].電網技術，2014，38(3)：639-646.

[10] 謝國輝，李瓊慧.風電輔助服務成本測算模型和實證研究 [J].中國電力，2011，44(12)：82-85.

[11] 何洋，胡軍峰，閆志濤.大規模風電入網輔助服務成本補償機制研究 [J].電網技術，2013，37(12)：3552 -3557.

[12] 南方區域并網發電廠輔助服務管理實施細則 [Z].

Research on Pricing for Wind Power Ancillary Services Compensation

SUN Huali1，WANG Bangcan1，LUO Linglin2
(1.Yunnan Power Grid Corporation，Kunming 650011，China；2.Kunming University Of Science and Technology，Kunming 650011，China)

In order to improve the absorptive capability for wind power，and proper allocation ancillary service costs generated by wind power，this paper?puts forward pricing of wind power ancillary services compensation.Through wind power ancillary services compensation，according to conventional energy power plant auxiliary service contribution to obtain compensation.Helps to improve enthusiasm of conventional energy power plant to provide ancillary services，improve the network adaptability of wind power，but also conducive to promoting the wind power?to take management and?technical measures to improve the stability of wind power.

wind power；auxiliary service；compensation；peak regulation；frequency regulation；reserve

TM73

B

1006-7345(2015)05-0061-04

2015-03-16

孫華利 (1983)，男，工程師，碩士，云南電網有限責任公司，從事電網調度運行工作 (e-mail)48304546＠qq.com。

王幫燦 (1985)，男，工程師，碩士，云南電網有限責任公司，從事電力市場交易工作 (e-mail)278792706＠qq.com。

羅靈琳 (1983)，女，講師，碩士，昆明理工大學，從事電力市場、高電壓及絕緣技術研究工作 (e-mail)65016642＠qq.com。