电力市场化新形势下火电机组参与调频辅助服务市场分析

钱斌杰

(国家能源集团泰州发电有限公司，江苏 泰州 225321)

1 调频辅助服务市场推出的背景

在电力生产经营计划模式时代，为保障电网安全运行，适应用户用电需求的变化，保障电能的生产、输送、使用，平衡不同地区的调峰资源，电网调度机构推出了《统调发电机组辅助服务管理实施办法》，简称“二个细则”。电力调度机构依据电网运行需要对管辖范围内的统调机组进行辅助服务调用，并按照管理办法对其进行补偿或考核。

随着电力体制改革的推进，建立“统一、开放、竞争、有序”的电力市场有利于实现更大范围、更加科学的资源配置。伴随着电力现货市场建设，建立配套的辅助服务市场，发挥市场在资源优化配置方面的决定性作用，调动各类市场主体参与调频辅助服务，将更加有利于绿色能源的开发和高效利用，同时保障电网的安全、稳定、经济运行。江苏省调频辅助服务市场在交易规则中明确交易主体为满足准入条件的具备自动发电控制(AGC)调节能力的各类统调发电机组以及充/放电功率10 MW以上、持续时间2 h以上的储能电站均可以注册成为调频辅助服务市场成员。

2 江苏省调频辅助服务市场的结算规则

调频辅助服务是指电源在一次调频以外，通过AGC功能在规定出力调整范围内跟踪电力调度指令，按照一定调节速率实时调整发电出力，以满足电力系统频率和联络线功率的控制要求。

电力调度中心每周一发布一周内单日全省调频辅助服务需求，具备AGC功能的统调火电机组必须以机组为申报单元参与调频辅助服务报价。日前预出清根据“七日综合调频性能指标/调频报价”由高到低进行排序(同等条件调频范围大、申报时间早者优先)，按照“按需调用、按序调用”原则预出清，直至中标机组调频容量总和满足次日最大调频需求量。日内调用以单次调节里程为一个计费周期，以被调用机6组的报价作为其调用价。

单次AGC指令的调频性能指标计算公式：

(1)

综合调频性能指标的计算公式：

(2)

调频辅助服务市场调用补偿费用计算公式：

(3)

Di的计算公式：

Di=D+i-Kd×D-i

(4)

式中D+i——机组i的正向调频里程；D-i——机组i的反向调频里程；Kd——反调里程惩罚因子，其值一般定为1。

由式(4)可以看出，机组i的有效调频里程由两部分组成：D+i为机组i的正向调频里程，是对电网稳定有利的调整行为；D-i为机组i的反向调频里程，是对电网稳定不利的调整行为。由于机组调节系统特性影响，在机组参与调频过程中有可能产生过调、震荡等不利于系统稳定的反向调节。因此，最终的有效调频里程为两部分数值之差。

电力调频辅助服务市场基本补偿费用计算公式：

(5)

(6)

(7)

3 调频辅助服务市场试运行收益分析

现以某燃煤电厂参与调频辅助服务的4台机组试运行情况作对比来分析调频辅助服务的收益和差距。某燃煤火力发电厂，装机4×1 000 MW，一期2×1 000 MW机组为哈尔滨汽轮机厂引进东芝技术产品；二期2×1 000 MW机组为上海电气集团国内首批二次再热百万机组。一期机组30%～90%负荷锅炉滑压运行，高压调门节流，负荷响应速率较快，二期机组30%～100%负荷锅炉滑压运行，调门全开，负荷响应速率偏慢。此外，受到机组供热方式、经济煤种掺烧等影响，各机组AGC调剂速率及精度有所差异。

2020年7月江苏调频辅助服务市场开始试结算运行。该电厂四台机组的调频辅助服务收益统计如表1所示。

表1 机组调频辅助服务收益

各机组AGC性能参数与执行情况如表2所示。

表2 机组性能参数与执行情况

综合调频性能的指标对比如表3所示。

表3 机组综合调频性能

由表3数据可知，3号机组AGC调节速率最高，但是AGC精度劣于4号机组，综合调频性能4号机组最优。按照出清原则：日前预出清根据“七日综合调频性能指标/调频报价”(简称综合比)由高到低进行排序。通过提高综合调频性能高的机组报价，可以有效提高该机组调频辅助服务收益。调节性能较好的3号机组当月调频辅助服务报价约0.7元/ MW(4号机组未全月运行)，调节性能较差的2号机组报价约0.5元/MW。当月调频辅助服务3号机组收益636 467.99元，占当月总收益52.48%，2号机组收益58 416.18元，占当月总收益4.82%。性能优劣收入差距十分明显。

机组AGC调节性能是辅助调频报价的前提和基础。调节性能优秀可以适当提高报价以获取更高的收益，但还应对市场出清机组的综合比进行分析和判断，调频需求以及其他参与调频辅助服务的机组报价均会对最终出清结果产生影响。优化机组AGC调节性能，合理报价才能确保机组中标，提高机组调频辅助服务收益。

4 影响调频辅助服务收益的主要因素及提升措施

影响AGC投入率及调节品质的因素较多，如制粉系统、给水系统、温度控制系统等，燃料、给水、温度、水煤比等子回路的调节品质直接影响CCS调节品质，CCS调节品质的优劣直接影响AGC调节品质。

当电网频率有偏差，发出AGC调节指令后，DEH收到指令迅速作用于汽轮机调门，开大或关小汽机调门，机组获得最快的变负荷响应速率，保证电网频率稳定，同时DCS侧CCS燃料、给水、水煤比、送风等子回路迅速协调动作，维持汽压、汽温等参数稳定。如机组调门全开滑压运行则需要锅炉给水、燃料等子回路动作，提高(或降低)燃烧负荷，主汽压力变化后机组负荷才能产生变化，相应会产生一定的延时。

由于对机组自动调节系统更高的要求，电厂侧主要采取如下措施进行完善和优化以提高CCS调节品质及AGC响应速率。

(1)给水、燃料等子回路引入负荷指令的微分(BIR)作为前馈，适当增加给煤、给水指令的超调量，提高锅炉大惯性环节对负荷变化的响应速率。

(2)参照设计并结合运行经验，根据实际掺烧煤种、汽轮机背压修改锅炉滑压曲线、风煤函数、锅炉主控指令与燃料对应函数、风煤水交叉限制函数等，使各函数曲线更合理。

(3)修改一次风压力与给煤量对应函数曲线，引入负荷指令的前馈，利用磨煤机内的存粉量在负荷变化时快速响应，改变进入炉膛燃料量，提高燃料子回路的响应速率。

(4)此外还有一些电厂通过短时间改变供热量、回热系统抽汽量等手段来提高机组的AGC快速响应能力。

5 结语

按照“谁付出，谁受益”的原则建设调频辅助服务市场，有利于建立发电机组调频资源调用的市场化机制。2020年6月10日国家发改委、国家能源局联合发布的《电力中长期交易基本规则》中明确“市场用户的用电价格由电能量交易价格、输配电价格、辅助服务费用、政府性基金及附加等构成”。在当前燃煤机组发电量占全社会用电量比例持续下降的形势下，火电厂需要尽快适应电力辅助服务市场化改革的需求，量化辅助服务成本，通过适应性改造提高机组低负荷运行可靠性、AGC调节性能指标，创新盈利增长点。