电力市场辅助服务分析.ppt
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1、电力市场辅助服务分析A Market for Ancillary service,主 要 内 容,辅助服务概述调频辅助服务备用辅助服务无功辅助服务黑启动辅助服务,辅助服务概述(1),辅助服务定义没有公认定义一般的定义,认为在电力市场的运营过程中,为满足输电可靠性和经济性要求,为完成输电和电能量交易,并保障电力系统安全、和电能质量的有关服务称为辅助服务。主要内容:包括调频、无功电压控制、各种备用、调度、各种稳定控制等。,辅助服务概述(2),从发电侧来考虑,辅助服务是发电厂为保证电力系统安全可靠运行而采取的必要措施。从输电的角度出发,辅助服务是为完成输电的主要功能 将电能从发电厂输送到用户,并保证
2、安全和质量所需要采取的所有辅助措施。,从运行管理的角度出发,可把在当日的实时运行中,由于一些不可预测和不可控制的原因,如交易的临时变动、负荷的随机波动以及机组的强迫停运等,为保证供电质量和可靠性要求而要有一个有功、无功的实时平衡服务及其它的运行服务,称为辅助服务。从系统控制的角度出发,辅助服务是由控制设备和操作员执行的有关功能,这些功能是发、控、输、配电用以支持基本的发电容量、电能供应和电力传输服务。,电量平衡和P-f调节联络线控制,AGCQ-V控制(负荷Q供应)V三相对称,波形安全稳定监控保护自动装置稳定控制:预防/校正/事故/恢复控制确保可靠性:备用;黑启动容量等,为什么要开展辅助服务市场
3、?,垂直垄断条件下的辅助服务,电力公司保证电能质量,安全可靠运行服务。总成本(会计意义上的成本)-向用户分摊。优点:集中辅助服务管理,有利于全系统安全优质运行有利于实现系统稳定运行计费简单。缺点:用户无选择性,对电力公司无激励机制,不利于保证质量和降低成本,可能导致低效率。所以:电力市场下,面对厂网分开,要开展辅助服务市场。,厂网分开后的辅助服务,由于电能重要性和特殊性,电力市场下仍由电网公司统一进行辅助服务(电网垄断运行)。辅助服务成本分摊到用户。辅助服务电价单列 发电/输电/辅助服务电价。辅助服务子任务:(调频、无功电压控制、备用、黑启动等)可分项或不分项单列 备用容量可有相应市场,电网公
4、司按需采购,电力市场环境下辅助服务研究的主要问题,实时有功电量平衡,频率质量 调频辅助服务 及其定价问题实时无功电量平衡,电压质量 无功电压辅助服务 及其定价问题保证系统可靠性备用辅助服务;黑启动辅助服务;及其定价问题,1.调频辅助服务,为什么要进行调频?电力系统的静态频率特性频率的一次,二次,三次调整调频辅助服务的价格调频辅助服务的竞价模式,为什么要进行调频?,频率是电力系统运行的一个重要质量指标。它反应了电力系统中有功功率供需平衡的基本状态。频率偏差调整的方法主要是调整发电功率和进行负荷管理。通过频率调整,可以完成以下功能:使发电功率自动跟踪负荷功率的变化;响应负荷功率或发电功率的随机变化
5、,维持系统频率为规定值;在区域内分配系统发电功率,维持区域间净交换功率为计划值;对周期性负荷变化,按发电计划调整发电功率,对偏离计划的负荷功率,实现在线经济负荷分配;监视、调整备用容量,满足安全需要。,电力系统的静态频率特性,电力系统的静态频率特性取决于负荷的静态频率特性和发电机组的静态频率特性,在通常分析中,认为频率与负荷的关系为一线性关系,如下所示:式中,-系统在某一运行负荷水平下所对应的起始频率;-频率偏移值(变化量);-系统的备用容量系数(机组总出力与总负荷之比);-发电机组的静态频率调节系数MW/Hz-负荷的静态频率调节系数MW/Hz-系统的运行负荷功率-系统有功功率变化量,频率的一
6、次调整,一次调频自动响应,几乎所有的机组响应系统频率降低时,机组自动加大油门(阀门)一次调频是有差调节、粗调频,频率的二次调整,二次调频消除一次调频后的偏差只有安装了特定调频设备的机组(Automatic Generation Control)才能承担无差调节,细调,频率的三次调整,频率的三次调整服务,实际上就是完成在线经济调度(发电计划)。电力部门预先编制的日负荷曲线,可反映变化缓慢的持续变动负荷。经济调度的目的是在满足电力系统频率质量和安全的前提下,以最优化原则在各发电厂之间进行分配。,一次调频与二次调频示例,设系统负荷1000万千瓦,出力与负荷平衡;突然一台30万的机组停机,系统频率下降
7、为48.8Hz几乎所有的机组检测到系统频率下降,通过频率的负反馈控制,加大油门、阀门等;负反馈控制是有差调整;系统中增加出力35万千瓦,系统频率上升为50.2Hz;调度中心控制设备自动检测到系统频率仍有0.2Hz偏差,向AGC机组发出指令,减小出力5万千瓦,完成调频。,实时电量平衡和p-f调节定价原则,市场下指定的优良控制机组作AGC不调用也要付“AGC容量电价”调用时还要付“AGC电量电价”(相当于燃料成本)AGC容量电价:“机会成本”。(由于该容量由于该容量作AGC用而不能进主能量市场销售造成经济损失,不含发电燃料成本)市场中,负荷备用容量按成本排队(微增,微减分开),先调用便宜的容量。(
8、“调节市场”)。,系统统一支付AGC机组的容量/电量电价,并将成本分摊到用户。用于实时电力平衡的负荷备用(微增,微减)容量则谁用谁付钱。系统作p-f调节的其他成本:通过电价分摊到用户。Note:实时电量平衡和 p-f 调节同时进行。,什么是AGC机组?,AGC机组是普通机组加装自动控制设备,使得普通机组调整出力的速度、精度得到提高,满足二次调频的技术要求。AGC机组同普通机组一样,可承担发电任务。,AGC的控制过程,常规的自动发电控制(AGC)是一个控制滞后的调节过程。当系统频率和/或联络线交换功率偏离计划值时,产生区域控制偏差(Area Control Error,简称ACE),则AGC系统
9、根据ACE的大小对可控机组发出控制命令,待机组响应控制命令后,系统频率和/或联络线交换功率逐渐恢复到原计划值。,由图可知,通过SCADA从电力系统运行中监测到AGC运行所需的数据:各发电机的有功出力,联络线功率和系统频率;再用滤波器滤掉扰动信号以后,计算区域控制误差ACE;随后将ACE数据送到负荷分配器,运用AGC负荷分配算法得到各发电机所需送出的有功功率;结合当前状态下监测到的发电机有功出力,将AGC机组所需增发的有功出力通过脉冲信号送到厂端信号接收器,或直接送到各AGC机组的控制端口,从而直接控制AGC机组的有功出力。,AGC的技术特性参数,调频死区与调频基值点 AGC机组的出力只有在一定
10、的范围时,才能承担调频任务。一台20万装机容量的火电机组,设只有出力在1417万千瓦的情况下,才能承担调频任务,则称其他区域为该机组的调频死区。设出力为15万的状态下承担调频,则15出力为其调频基值点。调频精度 AGC机组按照调度指令调频时,实际达到的出力与目标出力之间的偏差。调频速度 AGC机组调整出力的速度。,AGC分层控制模式,两大目标保持系统频率稳定保持联络线潮流稳定我国电力系统调度模式统一调度、分级管理问题:以华中系统为例,设河南省负荷突然增长,华中系统频率下降,若全网统一调频,可能出现湖北机组出力大幅增加,则湖北和河南之间联络线功率大幅度变化.,联络线功率大幅度变化带来系列问题控制
11、不当可导致系统解列与分层管理模式相冲突如何保持系统联络线潮流稳定?若从n1到n2的潮流下降,控制n1端AGC机组抬高出力,n2端AGC机组降低出力。,根据不同的目的,(AGC)可分为三种控制方式:,(1)恒定频率控制 FFC(Flat Frequency Control)按频率偏差 进行调节,在 时,调节结束。所以最终维持的是系统频率,而对联络线上的交换功率则不加控制。这实际上是单一系统的观点,因此这种方式只适用于电厂之间联系紧密的小型系统,对于庞大的联合电力系统实现起来却有不小的困难。,(2)恒交换功率控制FTC(Flat Tie-Line Control)控制调频机组保持交换功率恒定,而对
12、系统的频率并不加控制。这种方式适用于两个电力系统间按协议交换功率的情况。它要求保持联络线上的交换功率不变,而频率则要通过两相邻系统同时调整发电机的功率来维持。,(3)频率联络线功率偏差控制 TBC(Tie line load frequency Bias Control)既按频差又按联络线交换功率调节,最终维持的是各地区电力系统波动就地平衡。这实际上是多系统调频观点,这种调频方式是大型电力系统或联合电力系统中常用的一种方法。,区域控制误差(ACE)是实际发电与控制目标之间的差值。不同的控制方式有不同的ACE计算方法。,如果区域i采用频率联络线功率偏差控制(TBC)方式,那么ACEi的表达式为:
13、对于恒定频率控制(FFC)方式,ACEi的表达式为:对于恒定交换功率控制(FTC)方式,ACEi的表达式为:,调频辅助服务的价格,调频电量费用AGC机组出力在调频基值点,应获得相应的电量费AGC机组根据调度指令,增加/降低出力,增发或减发部分电量,应与补偿调频容量费用AGC机组存在调频死区,机组必须维持一定的出力,限制机组参与实时市场、发电权市场的机会,产生机会成本为承担AGC服务,装置相应的控制设备,产生相应的成本,AGC机组的经济补偿,AGC对于机组功率的分配包括两部分:(1)根据经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷,送出基本功率;(2)将消除区域控制误差(ACE)所需的调节功率分配给各机
14、组。根据上述分析,在电力市场中,电网频率或联络线交换功率将仍由电力调度中心进行统一调节。为保证电网安全、可靠、经济运行,并及时地调节频率或联络线交换功率,代表供电公司和最终用户向发电公司购电的电网公司应在保证AGC满足运行要求的前提下,使AGC辅助服务费用最小。按照这一目标,应首先建立公平、公正、公开、合理的电网AGC综合考核和经济补偿系统。,AGC辅助服务的市场结算,在此,可将AGC辅助服务的市场结算分以下几种情况:(1)AGC机组在辅助服务市场中投标成功,即在辅助服务市场结算后,该AGC机组将获得容量费用:即为投中容量和系统统一边际价格之积。(2)投标成功的AGC机组在接受调度员调度发出有
15、功功率以后,可以根据此时市场的电能价格获得电量费用。(3)对投入AGC运行的机组,即接受调度的机组进行合理的调节性能定量评估与考核,并将其结合到(1)和(2)的容量费用和电量费用的调整中去,即可以用调整系数的形式来实现AGC调节性能和调节结果对系统的贡献。(4)当AGC机组退出运行时,电网公司可以依据规则对其进行相应的经济惩罚。,AGC辅助服务的竞价模式,竞价模式一机组申报AGC容量价格和AGC电量价格以容量价格为基准排序,由低到高采购缺点:机组申报很低的调频容量价格,而申报较高的电量价格,中标后一旦调用其调频,需要支付昂贵的调频电量费用。,竞价模式二机组申报AGC容量价格和AGC电量价格以电
16、量价格为基准排序,由低到高采购缺点:机组申报很低的调频电量价格,而申报较高的容量价格,中标后需要支付昂贵的调频容量费用。,竞价模式三(在美国加州市场中应用)机组申报AGC容量价格和AGC电量价格ISO计算调频容量被调用的概率以容量价格和电量价格的加权为标准排序优点:若x计算是准确的,则是最优的。缺点:复杂、透明度低调用概率x的根据历史数据计算,主观随意性大,易引起争议,竞价模式四由清华大学提出,计划在东北等市场中应用调频机组申报调频电量价格,不另行申报容量价格按照统一的比率,取调频电量价格的一定比率为调频的容量价格优点简单、透明公平,遏制发电厂投机,AGC退出运行时的补偿模型,按系统统一边际价
17、格结算的目标函数:其约束条件为:(1)系统需要的AGC容量要求:(2)AGC机组的容量范围:,n为AGC机组数目;MCP为系统的统一边际价格;为机组的AGC调度容量为Pi时的价格;为系统需要的AGC容量;Gi为整形值,当它为1时表示该机组被电网公司选中提供AGC备用容量;当它为0时表示该机组没有选中。当有机组退出AGC运行,假设为机组s,则只要在上述的数学模型中去掉i=s这种情况即可。当电网公司在调度AGC时只考虑获得最小的购买费用,即只从经济角度而且不计网络损耗角度来考虑时,所采用的数学模型就由上述的目标函数和两个约束条件组成。,按调节速率比率补偿模型,增加一个计及AGC机组调节速率的约束条
18、件:其中:Si和Sj分别为机组i和机组j的调节速率。,2.无功辅助服务,为什么要引入无功辅助服务?无功辅助服务的特点无功辅助服务获取机制分类世界各国对无功辅助服务定价实践,无功电压控制一般概念,无功源:发电机,调相机,并联电容(电抗),线路充电功率,SVC等无功消耗:负荷,线路损耗无功电压控制的作用:支持节点电压,降低线路网损,无功辅助服务定义,电监会(2004年1月电网辅助服务补偿办法):“无功服务又称无功支持服务或无功电压控制服务,指发电机组向电网注入或吸收无功功率,以维持系统正常运行时节点电压波动水平在允许范围内,在电力系统故障后提供足够的无功支持以防止系统电压崩溃的服务。”NERC(1
19、999 白皮书):只有发电公司提供的无功功率可作为ISO的辅助服务,而由其他实体提供的无功支持不列入ISO的辅助服务之列,因而没有经济补偿。且ISO有权调度输电系统中所有的静止无功电源。强调:发电侧,为什么要引入无功辅助服务?,安全性:电压的高低与系统的无功功率,特别是无功平衡水平的高低密切相关。且电压是衡量电能质量的重要指标,它既是电力用户最为关注的目标,也是电力系统自身运行时要控制的重要目标。经济性:可以改善系统的交换能力,提高系统的有功传输能力;降低系统的网损;减少发电机的有功功率输出,降低系统运行费用;正确的无功价格信号可以推动电网开放和提高电网经济效益,帮助输电用户在决定交易电量、投
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