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由于电力目前尚无法实现大规模存储,使得电力系统需要满足发电和负荷电力的实时平衡。这就造成了四个主要方面的影响:1.电力价格随时间变化而波动;2.系统运行和输电属于公共品且受到管制;3.当前运行状态需要考虑如何应对后续可能发生的状况;4.对于电力变化的响应具有价值。因此,电力系统需要依靠辅助服务来保证可靠性和实现基本的电力传输。这就是辅助服务的需求和意义之所在,虽然谈及电力市场时,人们往往更关注电能交易,但辅助服务却承载了电力系统运行和电力交易实现的特殊需求。
辅助服务原则上是一种控制实际机组容量的服务,通过系统运行者使用不同时间尺度来维持系统所需瞬时和连续的电力平衡。国内外关于辅助服务的定义和分类各有特点,目前国际上公认的辅助服务类型大致可以分为七类:调节和负荷跟踪(或是快速电能市场)用于正常运行情况下的电力平衡;旋转备用、非旋转备用和替代备用只在发生事故等特殊性况下参加间歇响应,但要保持具有随时响应的能力;还有两种附加辅助服务类型:电压支持和黑启动。电压支持能够提供动态无功支持,并且是唯一一种非有功服务类型。黑启动由无须电网提供支持、能够自启动发电机提供,通常能够提供有功和无功容量,并且可用于控制重启电网的其他部分。
辅助服务并非新生事物。早在一世纪前电力系统形成之初,垂直一体化公司就已经提出了辅助服务的概念和功能。只是随着国际上电力市场结构的重组,各主要电力市场越来越重视这些服务的有偿使用,并逐渐形成了辅助服务市场。辅助服务的成本由固定成本、变动成本和机会成本三部分构成。固定成本包括设备建设改造以及人员培训等所进行的投资;由于不同发电机组的效率、燃料、资本成本、控制能力、响应速度等技术经济特性各有差异,因此提供辅助服务的变动成本也随之千差万别;机会成本则是由于发电容量既可以用于电能的产出,也可以用来提供调频、备用等辅助服务而发生的。
不同时段电力供需关系的变化造成了电能价格随时间的波动。这一点同时适用于垂直一体化环境中基于经济调度得到的边际成本,以及市场化后通过现货市场竞争得到的市场出清价格。电价波动对讨论辅助服务具有十分重要的意义,有以下两点原因:首先,受机会成本影响,辅助服务价格通常比电能价格更具有波动性;其次,受局部电源装机以及电力市场结构的影响,每个小时的电能需求和电价随时变化,这使得负荷跟踪(或快速电能市场)更为复杂化,难以估算其价值,甚至难以决定其是否能成为一种辅助服务。与国内计划调度模式下存在的调峰服务不同,在开展现货市场后,电能可以通过日前和实时市场进行交易。可以通过现货市场实现发电与负荷之间大部分的平衡,而无需购买额外的调峰服务。
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