電力市場化新形勢下火電機組參與調頻輔助服務市場分析

錢斌杰

(國家能源集團泰州發電有限公司，江蘇 泰州 225321)

1 調頻輔助服務市場推出的背景

在電力生產經營計劃模式時代，為保障電網安全運行，適應用戶用電需求的變化，保障電能的生產、輸送、使用，平衡不同地區的調峰資源，電網調度機構推出了《統調發電機組輔助服務管理實施辦法》，簡稱“二個細則”。電力調度機構依據電網運行需要對管轄范圍內的統調機組進行輔助服務調用，并按照管理辦法對其進行補償或考核。

隨著電力體制改革的推進，建立“統一、開放、競爭、有序”的電力市場有利于實現更大范圍、更加科學的資源配置。伴隨著電力現貨市場建設，建立配套的輔助服務市場，發揮市場在資源優化配置方面的決定性作用，調動各類市場主體參與調頻輔助服務，將更加有利于綠色能源的開發和高效利用，同時保障電網的安全、穩定、經濟運行。江蘇省調頻輔助服務市場在交易規則中明確交易主體為滿足準入條件的具備自動發電控制(AGC)調節能力的各類統調發電機組以及充/放電功率10 MW以上、持續時間2 h以上的儲能電站均可以注冊成為調頻輔助服務市場成員。

2 江蘇省調頻輔助服務市場的結算規則

調頻輔助服務是指電源在一次調頻以外，通過AGC功能在規定出力調整范圍內跟蹤電力調度指令，按照一定調節速率實時調整發電出力，以滿足電力系統頻率和聯絡線功率的控制要求。

電力調度中心每周一發布一周內單日全省調頻輔助服務需求，具備AGC功能的統調火電機組必須以機組為申報單元參與調頻輔助服務報價。日前預出清根據“七日綜合調頻性能指標/調頻報價”由高到低進行排序(同等條件調頻范圍大、申報時間早者優先)，按照“按需調用、按序調用”原則預出清，直至中標機組調頻容量總和滿足次日最大調頻需求量。日內調用以單次調節里程為一個計費周期，以被調用機6組的報價作為其調用價。

單次AGC指令的調頻性能指標計算公式：

(1)

綜合調頻性能指標的計算公式：

(2)

調頻輔助服務市場調用補償費用計算公式：

(3)

Di的計算公式：

Di=D+i-Kd×D-i

(4)

式中D+i——機組i的正向調頻里程；D-i——機組i的反向調頻里程；Kd——反調里程懲罰因子，其值一般定為1。

由式(4)可以看出，機組i的有效調頻里程由兩部分組成：D+i為機組i的正向調頻里程，是對電網穩定有利的調整行為；D-i為機組i的反向調頻里程，是對電網穩定不利的調整行為。由于機組調節系統特性影響，在機組參與調頻過程中有可能產生過調、震蕩等不利于系統穩定的反向調節。因此，最終的有效調頻里程為兩部分數值之差。

電力調頻輔助服務市場基本補償費用計算公式：

(5)

(6)

(7)

3 調頻輔助服務市場試運行收益分析

現以某燃煤電廠參與調頻輔助服務的4臺機組試運行情況作對比來分析調頻輔助服務的收益和差距。某燃煤火力發電廠，裝機4×1 000 MW，一期2×1 000 MW機組為哈爾濱汽輪機廠引進東芝技術產品；二期2×1 000 MW機組為上海電氣集團國內首批二次再熱百萬機組。一期機組30%～90%負荷鍋爐滑壓運行，高壓調門節流，負荷響應速率較快，二期機組30%～100%負荷鍋爐滑壓運行，調門全開，負荷響應速率偏慢。此外，受到機組供熱方式、經濟煤種摻燒等影響，各機組AGC調劑速率及精度有所差異。

2020年7月江蘇調頻輔助服務市場開始試結算運行。該電廠四臺機組的調頻輔助服務收益統計如表1所示。

表1 機組調頻輔助服務收益

各機組AGC性能參數與執行情況如表2所示。

表2 機組性能參數與執行情況

綜合調頻性能的指標對比如表3所示。

表3 機組綜合調頻性能

由表3數據可知，3號機組AGC調節速率最高，但是AGC精度劣于4號機組，綜合調頻性能4號機組最優。按照出清原則：日前預出清根據“七日綜合調頻性能指標/調頻報價”(簡稱綜合比)由高到低進行排序。通過提高綜合調頻性能高的機組報價，可以有效提高該機組調頻輔助服務收益。調節性能較好的3號機組當月調頻輔助服務報價約0.7元/ MW(4號機組未全月運行)，調節性能較差的2號機組報價約0.5元/MW。當月調頻輔助服務3號機組收益636 467.99元，占當月總收益52.48%，2號機組收益58 416.18元，占當月總收益4.82%。性能優劣收入差距十分明顯。

機組AGC調節性能是輔助調頻報價的前提和基礎。調節性能優秀可以適當提高報價以獲取更高的收益，但還應對市場出清機組的綜合比進行分析和判斷，調頻需求以及其他參與調頻輔助服務的機組報價均會對最終出清結果產生影響。優化機組AGC調節性能，合理報價才能確保機組中標，提高機組調頻輔助服務收益。

4 影響調頻輔助服務收益的主要因素及提升措施

影響AGC投入率及調節品質的因素較多，如制粉系統、給水系統、溫度控制系統等，燃料、給水、溫度、水煤比等子回路的調節品質直接影響CCS調節品質，CCS調節品質的優劣直接影響AGC調節品質。

當電網頻率有偏差，發出AGC調節指令后，DEH收到指令迅速作用于汽輪機調門，開大或關小汽機調門，機組獲得最快的變負荷響應速率，保證電網頻率穩定，同時DCS側CCS燃料、給水、水煤比、送風等子回路迅速協調動作，維持汽壓、汽溫等參數穩定。如機組調門全開滑壓運行則需要鍋爐給水、燃料等子回路動作，提高(或降低)燃燒負荷，主汽壓力變化后機組負荷才能產生變化，相應會產生一定的延時。

由于對機組自動調節系統更高的要求，電廠側主要采取如下措施進行完善和優化以提高CCS調節品質及AGC響應速率。

(1)給水、燃料等子回路引入負荷指令的微分(BIR)作為前饋，適當增加給煤、給水指令的超調量，提高鍋爐大慣性環節對負荷變化的響應速率。

(2)參照設計并結合運行經驗，根據實際摻燒煤種、汽輪機背壓修改鍋爐滑壓曲線、風煤函數、鍋爐主控指令與燃料對應函數、風煤水交叉限制函數等，使各函數曲線更合理。

(3)修改一次風壓力與給煤量對應函數曲線，引入負荷指令的前饋，利用磨煤機內的存粉量在負荷變化時快速響應，改變進入爐膛燃料量，提高燃料子回路的響應速率。

(4)此外還有一些電廠通過短時間改變供熱量、回熱系統抽汽量等手段來提高機組的AGC快速響應能力。

5 結語

按照“誰付出，誰受益”的原則建設調頻輔助服務市場，有利于建立發電機組調頻資源調用的市場化機制。2020年6月10日國家發改委、國家能源局聯合發布的《電力中長期交易基本規則》中明確“市場用戶的用電價格由電能量交易價格、輸配電價格、輔助服務費用、政府性基金及附加等構成”。在當前燃煤機組發電量占全社會用電量比例持續下降的形勢下，火電廠需要盡快適應電力輔助服務市場化改革的需求，量化輔助服務成本，通過適應性改造提高機組低負荷運行可靠性、AGC調節性能指標，創新盈利增長點。