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图1 调频示意图
信号结构:精确和持久的权衡
储能资源在快速和精确响应调频信号方面具有优势,却在长时间持续出力方面能力不足。
精确的优势
发电厂等传统资源通过调节转速响应调频信号,存在时间延迟。换句话讲,电厂调节出力需要花费时间。储能资源几乎可瞬时调节,既在一分钟之内实现100%的功率调节。2008年太平洋西北国家实验室研究发现1 MW快速调节资源可提供等效调节服务为1.7 MW水力发电机组、2.7 MW的燃气机组和29 MW 燃煤机组。
持久的优势
储能设备的能量有限,意味着其吸收和释放能量有限。如表1所示,如果快速调节资源难以长时间维持出力,其性能将会降低。
表1 快速调节资源等效调节容量
2011年,FERC 755号法令要求电网运营商按调频性能进行补偿,调频性能为对电力系统的实际调节性能和技术能力。2012年11月,PJM为了引入准确但电量有限的储能资源,将调频信号分内两种信号:慢响应调节信号A(RegA)和快速响应调节信号D(RegD)。信号分开制度目的:RegA是为“能够持续较长时间维持出力,但调节速率较慢”资源设计的;而RegD是为“能够快速调节出力,但长时间保持出力能力不足”资源设计的。
估值系统:不同技术的对比
PJM目标是保证可靠性前提下实现系统成本最小,因为系统成本最终会由消费者承担。经济学研究表明在理想产出水平下获取最低成本的方法是每个资源投入产出比等于边界成本。PJM通过确保两种资源价格比例为PD/PA=MBD/MBA可得到最佳低成本方案。
鉴于上述规则,PJM设计出一套估值系统以确定RegA和RegD的最佳混合方案。最初估值系统设计时,PJM采用了KEMA的一项研究成果,其模拟了不同RegA和RegD的组合方案。KEMA研究得出了显示RegA、RegD和系统可靠性的关系的等高线。通过引入RegD资源,PJM可在保持相同可靠性的前提下降低总体的调节需求量;换句话讲,PJM可在不增加调节需求的情况下提高系统可靠性。
KEMA发现在超过某个点后继续增加RegD的比例会导致回报降低。KEMA解释其原因时提到“RegD的设计是为了作为RegA的补充,而不是承担所有系统调节任务”。PJM解释称过多RegD资源会恶化可靠性控制的原因是RegD控制信号为了保持能量中性原则,有时运动朝向“调度所需要的相反方向”。实际上RegD有时候反方向运动的情况已经被发现和计入估值系统,因为系统可以在不恶化可靠性前提下提高RegD的比例。
规则调整:信号和估值系统的修正
从2015年开始,PJM运营商注意到高比例RegD资源所导致运行和执行的问题。PJM比较担忧能量中性原则强制RegD信号运动方向与ACE控制所需方向相反。储能资源为了实现能量中性有时执行与电网调频需求相反的操作。
为了实时保持系统可靠性,PJM调度人员有时必须通过人工操作解决快速调频反向运行的问题。服务于PJM的独立市场监管组织-监控分析-指出主要问题:效益因子曲线错误地高估了RegD的价值,解决办法使不要一直使用效益因子曲线。这些制度缺陷导致调频系统经常过度采购和补偿快速调节资源。
图2 不同等效倍率曲线比较
为了解决该问题,2015年5月26号PJM召开了关于调频性能影响的股东会议聚焦“可以快速执行的短期解决方案”。之后,2015年9月26号发布了调频市场问题高级任务指令以解决调频市场中更广泛和相关的问题。这两个系统运行和市场设计的改革提案正在走股东流程。2017年6月22号市场和可靠性委员会投票支持了高级任务指令的提案。该提案通过后会在PJM成员委员会审查。由于这些变更涉及到费率调整,PJM董事会将最终决定是否批准,也将决定是否向FERC备案这些调整。
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