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摘要：根据电力市场的发展趋势，发电机组提供的辅助服务将由无偿变成有偿。文章针对广西电网发电机组提供调频辅助服务的现状，介绍了一次调频服务的计价方法，着重在可计成本和备用容量两个方面分析了AGC发电机组二次调频服务的计价方法，并借鉴新英格兰电力市场的模式展望了AGC辅助服务计价的运用。
关键词：自动发电控制；调频服务；可计成本；备用容量；AGC辅助服务计价
中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0125-04
一、概述
电力市场中的辅助服务是指为保证电能质量和电力系统安全而采取的任何辅助措施。目前发电机组提供的比较常见而且容易量化的辅助服务项目有：调峰、调频、无功和黑启动等。辅助服务的价格与电能的价格构成了电力市场价格体系的基础，较之电能价格的研究，对发电机组辅助服务定价的研究起步较晚，仍未形成完善的理论基础。
自动发电控制（AGC）作为一种辅助服务，是电力市场的重要组成部分。随着“厂网分开”的实践，电厂和电网分属不同的经济实体，当受控机组的发电功率响应速度下降到接近最大的负荷变化速率时，将会引起严重的技术问题。因此，电力市场中必须提供一种能够推动和监督不同产权的发电厂参与AGC的调节，保证电网的安全，其核心应该是对AGC辅助服务提供合理的报酬并做到优质优价。
目前，广西电网发电企业提供的AGC调频服务是无偿的，不断深化的电力体制改革将促进电力市场在南方电网的实施，一旦电力市场孕育成熟，发电企业提供的将是有偿的辅助服务，这就需要有一套行之有效的计价方法。本文主要针对发电机组AGC辅助服务的计价展开探讨。
二、广西电网AGC辅助服务的现状
（一）一次调频概况
当电网出现较大扰动时，系统内超过调速器频率死区的机组（包括AGC机组）同时动作参与一次调频，以填补网内的负荷缺失。在机组一次调频出力弥补系统的负荷缺失后，系统频率偏差逐渐减小，当频率偏差小于频率死区时，参与一次调频的机组回到原整定功率运行。发电机组某次一次调频动作时典型的出力运行曲线如图1所示：
发电机组在一次调频动作的时段内，阴影部分的面积为发电量，其中面积是由于一次调频动作后，自动增负荷提供紧急事故（或大扰动）的増援调频电量。
2010年6月2日，广西电网统调的大化、平班、合山、北海等8个水火电厂20台发电机组正式投入一次调频功能。目前，广西网内100MW以上的水电机组在运行时均投入一次调频功能，运行的火电机组也要求必须投入一次调频功能。
（二）二次调频概况
截至2010年9月，广西电网具备AGC功能的机组共计30台，水、火电机组分别为19和11台，AGC总容量为6789MW，占全网统调装机容量的44.7%。广西电网AGC采取的是基于CPS标准的联络线频率偏移控制方式（TBC），ACE信号是以与南方电网联络线功率偏差和系统频率偏差为响应值，其计算公式为：
（1）
式中，为广西电网与南方电网的联络线功率偏差；为控制区域的偏差系数，单位，取正号；为系统频率偏差。
中调AGC主站每4s计算一次系统的频率偏差和联络线的功率偏差，如果在正常调节区且或在（次）紧急调节区，则根据计算结果下发机组的目标出力到电厂DCS，实时调整AGC机组的有功出力。以广西电网的主调频厂岩滩电厂为例，其2010年3月9日投入AGC运行的日负荷曲线如图2所示：
在时段内，将投入AGC控制的曲线偏离人工整定值的阴影部分面积计为，即发电机组二次调频在该时间段内的调节电量，其数学表示为：
（2）
三、AGC辅助服务计价方法的分析
系统频率发生大波动的情况下，AGC机组也参与一次调频。一次调频是突发且持续时间较短的，其作用体现在用户用电价值损失的挽救和弥补上，重在其电量的瞬间价值。因此，应该利用商品的价值计价法来计算对一次调频的补偿或奖励。一次调频的计价应考虑：为系统提供的旋转备用容量的计价；一次调频电量的普通计价；一次调频电量的特殊计价（价值计价法）。
AGC机组除了参与一次调频紧急事故支援外，大部分工况下是调节日负荷的微小波动。在系统中定位为调频、调峰的机组其紧急事故支援的一次调频发生机会相对较小，可计量的一次调频电量也十分有限，AGC机组在实际运行中主要还是承担着系统的二次调频功能。因此，下面主要针对AGC机组提供二次调频服务的计价展开讨论。
（一）二次调频可计成本的计价法
二次调频电量即图2中阴影部分面积，其计算如式（2）所示。式中，大于的积分电量在计费电量中体现出来，但AGC向下调整小于的面积，电量采集不到，目前是不计费的，实际上这是二次调频的贡献，也应计价。
二次调频与一次调频有着性质上的不同，其主要作用是平抑负荷的较小波动。由于二次调频发生时频率偏差不大，即使AGC不进行调节，可能对用户用电质量的影响也不明显。但是如果这种微小偏差是发散的，即偏差是朝同一个方向发展的，就可能会形成较大的频率偏差，从而影响用户的用电质量而造成损失。因此，二次调频电量的计价不同于一次调频电量的价值计价法，采用成本计算法要更加直观、形象。
按成本计价的商品是要将其发生成本直接计算出来，并以此为依据进行补偿。发电机组产生的直接可记成本主要由下述三个部分构成：
1．加装AGC二次调频控制系统的附加固定成本。由于系统二次调频的需要，广西电网要求一定容量的水电机组以及200MW以上的火电机组都必须安装AGC装置。AGC控制系统分电厂控制系统和中调控制系统，AGC功能需增加控制系统的硬件和软件，从而增加机组一次固定投资的费用。
假设机组由于加装AGC装置而产生的可计量投资成本的增加量为，该套装置折旧年限为，则AGC年折旧成本为：
（3）
由式（3）可得度电年折旧成本为：
（4）
式中，为AGC机组的年发电量。
AGC机组的投资成本按年分摊，以补偿度电年折旧成本为最低标准。
2．由于AGC备用造成的低效率成本。发电机组由于AGC调节无法满负荷运行，必须留有一定的上、下调节裕度，而水电机组一般在额定负荷工况下水耗最低，所以AGC调节造成低负荷工况的效率损失应予以补偿。
假设水电机组最高效用水的出力为，其对应耗水率为（），则度电耗水为：
（） （5）
假设AGC调节出力工况下对应耗水率（），相同的水头条件下，其相应的度电耗
水为：
（） （6）
则AGC提供备用的度电耗水损失为：
（）（7）
由式（7）可得调频效率损失造成的增加度电成本为：
（8）
式中，为机组上网批准电价。
3．机械损害造成的检修费用增加的附加成本。AGC机组的快速、频繁启动，机组负荷的紧急调整，对机组本身造成一定的损害，主要有：压油装置启停频繁，油泵系统故障率增大；运行工况变化范围大，常在低负荷区（非稳定工况）运行，造成机组振、摆度变大；导叶/浆叶来回调节频繁，导致浆叶受油器衬套及铜瓦磨损厉害，发生串油、漏油现象，也使机组负荷调节的灵敏度下降；负荷变化幅度大，调节速度快，工况频繁变化造成转轮金属应力幅值发生变化，使金属材料较早产生“疲劳”。
这些损害直接体现在增加机组的检修、维护费用上，这些费用有些是加装AGC之后造成的，因此，也应在AGC辅助服务中给予补偿。
假设机组平均每年因AGC而增加的检修费用可统计为，因AGC而造成机组使用年限缩短摊入的年费用为，则AGC的检修附加成本年费用为：
（9）
由式（9）可得度电附加成本为：
（10）
电力市场中，二次调频AGC电量对可计成本的补偿，应至少考虑对式（4）、（8）、（10）之和的成本补偿，即补偿费用应至少不低于机组AGC所增加的固定成本、效率成本和检修运行成本的增加。
（二）二次调频备用容量的计价法
ACE偏差引起AGC机组相应地增减出力，这样，机组投入AGC运行时将提供AGC旋转备用容量，造成发电机会的减少，这部分机会发电收益的计价在电力市场中也应予以考虑。
AGC备用是发电机组所能提供的各种备用中质量最高的，在做负荷小波动的平抑备用的同时，还向下兼做旋转备用和调峰服务的备用。如图2所示，负荷是实时波动的时间函数，其备用也是实时波动的，且满足：
（11）
作为更高一级服务的备用，当系统出现扰动时，由于AGC机组调速器和AGC控制特性的作用，被加（减）载进行一次调频或二次调频，同时在实时调度过程中，也时常在一个时间段内被人为加（减）载进行调频。因此，对备用容量的计价至少应考虑容量成本和电量机会成本两个
因素。
1．容量成本。由于AGC备用兼顾了下层次的二种服务备用，因此与旋转备用的计价原理相似，其计价应综合考虑兼做三种备用的容量价值，可在旋转备用的计价基础上再考虑一个大于1的加权补偿系数来体现优质优价的原则，则备用计价为：
（12）
式中，为机组单位容量成本；可根据电网的实际情况和运行经验由厂网协商确定。
由于AGC备用容量是随其加载容量的变化而变化，实际计价时，在某时间段内可采用求平均值的方法，即：
（13）
则式（12）修改成：
（14）
2．电量机会成本。AGC机组所提供的旋转备用容量使得实际发电量减少，从而使收益减少，应对机会收益进行补偿，在某时间段内由于提供AGC备用而少发的电量为：
（15）
相应损失的发电收入为：
（16）
式中，为市场实时电价，未市场化前 为提供备用机组的批准上网电价。扣除发电机组的电量成本后，得机组的机会成本为：
（17）
式中，为备用机组的单位度电成本。
电力市场中，AGC发电机组二次调频备用容量的计价至少应考虑补偿式（14）和式（17）的容量成本和电量机会成本。
四、电力市场下AGC辅助服务计价的展望和预期
在广西电网当前的运行机制下，调度员可以直接下令电厂提供AGC辅助服务。然而在电力市场环境下，电厂是独立的经济实体，不愿无偿提供该项服务。目前，国内华东电网已经实施发电侧的电力市场，如上海电网主要考虑扣罚措施，即当发电机组不能按照电网要求提供合格的AGC辅助服务时，扣减其年度期货电量指标数和期货上网电量数。浙江电网主要考虑AGC服务的某方面补偿措施。这些方法较为粗略，AGC辅助服务的费用没有很好的量化，也难以体现市场竞争的机制。
未来的AGC辅助服务市场可借鉴新英格兰电力市场的模式，其AGC辅助服务通过投标得到。投标一般提前一天进行，各发电厂的投标信息包括：每台机组可提供的AGC备用容量和价格，价格包括三个部分：一是应系统要求提供AGC服务的价格，二是仅仅作为AGC备用容量的价格，三是提供补偿设备投资和效率降低价格附加项。如果各厂按固定价格投标，则按费用从低到高的顺序排定提供AGC服务的优先次序表；如果给出的是投标费用曲线，则按类似于经济调度的算法，得到其最小费用下AGC机组的分配结果。在更进一步的算法中，还应考虑使用各机组AGC备用容量的概率。
参考文献
[1] 国家电网公司．2001中国电力市场分析与研究[R]．北京：国家电网公司，2001.
[2] 福建发电企业辅助服务及定价课题组．福建发电企业辅助服务及定价调研报告[R]．福州：福建省电力调度通信中心，2004.
[3] 杜松怀，温步瀛，蒋传文．电力市场[M]．北京：中国电力出版社，2007.
[4] 温步瀛，佘占兴，杜松怀．新英格兰电力市场AGC辅助服务市场分析[J].华北电力技术，2001，（9）.
[5] 温步瀛，杜松怀．新英格兰电力市场运行备用辅助服务浅析[J].东北电力，2003，31（11）.
作者简介：郭华（1980-），女，广西电网电力调度控制中心工程师，研究方向：电网运行；郑文彬（1979-），男，广西电网电力调度控制中心工程师，硕士，研究方向：电网运行。
（责任编辑：刘 晶）
关键词：自动发电控制；调频服务；可计成本；备用容量；AGC辅助服务计价
中图分类号：F426 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2011）34-0125-04
一、概述
电力市场中的辅助服务是指为保证电能质量和电力系统安全而采取的任何辅助措施。目前发电机组提供的比较常见而且容易量化的辅助服务项目有：调峰、调频、无功和黑启动等。辅助服务的价格与电能的价格构成了电力市场价格体系的基础，较之电能价格的研究，对发电机组辅助服务定价的研究起步较晚，仍未形成完善的理论基础。
自动发电控制（AGC）作为一种辅助服务，是电力市场的重要组成部分。随着“厂网分开”的实践，电厂和电网分属不同的经济实体，当受控机组的发电功率响应速度下降到接近最大的负荷变化速率时，将会引起严重的技术问题。因此，电力市场中必须提供一种能够推动和监督不同产权的发电厂参与AGC的调节，保证电网的安全，其核心应该是对AGC辅助服务提供合理的报酬并做到优质优价。
目前，广西电网发电企业提供的AGC调频服务是无偿的，不断深化的电力体制改革将促进电力市场在南方电网的实施，一旦电力市场孕育成熟，发电企业提供的将是有偿的辅助服务，这就需要有一套行之有效的计价方法。本文主要针对发电机组AGC辅助服务的计价展开探讨。
二、广西电网AGC辅助服务的现状
（一）一次调频概况
当电网出现较大扰动时，系统内超过调速器频率死区的机组（包括AGC机组）同时动作参与一次调频，以填补网内的负荷缺失。在机组一次调频出力弥补系统的负荷缺失后，系统频率偏差逐渐减小，当频率偏差小于频率死区时，参与一次调频的机组回到原整定功率运行。发电机组某次一次调频动作时典型的出力运行曲线如图1所示：
发电机组在一次调频动作的时段内，阴影部分的面积为发电量，其中面积是由于一次调频动作后，自动增负荷提供紧急事故（或大扰动）的増援调频电量。
2010年6月2日，广西电网统调的大化、平班、合山、北海等8个水火电厂20台发电机组正式投入一次调频功能。目前，广西网内100MW以上的水电机组在运行时均投入一次调频功能，运行的火电机组也要求必须投入一次调频功能。
（二）二次调频概况
截至2010年9月，广西电网具备AGC功能的机组共计30台，水、火电机组分别为19和11台，AGC总容量为6789MW，占全网统调装机容量的44.7%。广西电网AGC采取的是基于CPS标准的联络线频率偏移控制方式（TBC），ACE信号是以与南方电网联络线功率偏差和系统频率偏差为响应值，其计算公式为：
（1）
式中，为广西电网与南方电网的联络线功率偏差；为控制区域的偏差系数，单位，取正号；为系统频率偏差。
中调AGC主站每4s计算一次系统的频率偏差和联络线的功率偏差，如果在正常调节区且或在（次）紧急调节区，则根据计算结果下发机组的目标出力到电厂DCS，实时调整AGC机组的有功出力。以广西电网的主调频厂岩滩电厂为例，其2010年3月9日投入AGC运行的日负荷曲线如图2所示：
在时段内，将投入AGC控制的曲线偏离人工整定值的阴影部分面积计为，即发电机组二次调频在该时间段内的调节电量，其数学表示为：
（2）
三、AGC辅助服务计价方法的分析
系统频率发生大波动的情况下，AGC机组也参与一次调频。一次调频是突发且持续时间较短的，其作用体现在用户用电价值损失的挽救和弥补上，重在其电量的瞬间价值。因此，应该利用商品的价值计价法来计算对一次调频的补偿或奖励。一次调频的计价应考虑：为系统提供的旋转备用容量的计价；一次调频电量的普通计价；一次调频电量的特殊计价（价值计价法）。
AGC机组除了参与一次调频紧急事故支援外，大部分工况下是调节日负荷的微小波动。在系统中定位为调频、调峰的机组其紧急事故支援的一次调频发生机会相对较小，可计量的一次调频电量也十分有限，AGC机组在实际运行中主要还是承担着系统的二次调频功能。因此，下面主要针对AGC机组提供二次调频服务的计价展开讨论。
（一）二次调频可计成本的计价法
二次调频电量即图2中阴影部分面积，其计算如式（2）所示。式中，大于的积分电量在计费电量中体现出来，但AGC向下调整小于的面积，电量采集不到，目前是不计费的，实际上这是二次调频的贡献，也应计价。
二次调频与一次调频有着性质上的不同，其主要作用是平抑负荷的较小波动。由于二次调频发生时频率偏差不大，即使AGC不进行调节，可能对用户用电质量的影响也不明显。但是如果这种微小偏差是发散的，即偏差是朝同一个方向发展的，就可能会形成较大的频率偏差，从而影响用户的用电质量而造成损失。因此，二次调频电量的计价不同于一次调频电量的价值计价法，采用成本计算法要更加直观、形象。
按成本计价的商品是要将其发生成本直接计算出来，并以此为依据进行补偿。发电机组产生的直接可记成本主要由下述三个部分构成：
1．加装AGC二次调频控制系统的附加固定成本。由于系统二次调频的需要，广西电网要求一定容量的水电机组以及200MW以上的火电机组都必须安装AGC装置。AGC控制系统分电厂控制系统和中调控制系统，AGC功能需增加控制系统的硬件和软件，从而增加机组一次固定投资的费用。
假设机组由于加装AGC装置而产生的可计量投资成本的增加量为，该套装置折旧年限为，则AGC年折旧成本为：
（3）
由式（3）可得度电年折旧成本为：
（4）
式中，为AGC机组的年发电量。
AGC机组的投资成本按年分摊，以补偿度电年折旧成本为最低标准。
2．由于AGC备用造成的低效率成本。发电机组由于AGC调节无法满负荷运行，必须留有一定的上、下调节裕度，而水电机组一般在额定负荷工况下水耗最低，所以AGC调节造成低负荷工况的效率损失应予以补偿。
假设水电机组最高效用水的出力为，其对应耗水率为（），则度电耗水为：
（） （5）
假设AGC调节出力工况下对应耗水率（），相同的水头条件下，其相应的度电耗
水为：
（） （6）
则AGC提供备用的度电耗水损失为：
（）（7）
由式（7）可得调频效率损失造成的增加度电成本为：
（8）
式中，为机组上网批准电价。
3．机械损害造成的检修费用增加的附加成本。AGC机组的快速、频繁启动，机组负荷的紧急调整，对机组本身造成一定的损害，主要有：压油装置启停频繁，油泵系统故障率增大；运行工况变化范围大，常在低负荷区（非稳定工况）运行，造成机组振、摆度变大；导叶/浆叶来回调节频繁，导致浆叶受油器衬套及铜瓦磨损厉害，发生串油、漏油现象，也使机组负荷调节的灵敏度下降；负荷变化幅度大，调节速度快，工况频繁变化造成转轮金属应力幅值发生变化，使金属材料较早产生“疲劳”。
这些损害直接体现在增加机组的检修、维护费用上，这些费用有些是加装AGC之后造成的，因此，也应在AGC辅助服务中给予补偿。
假设机组平均每年因AGC而增加的检修费用可统计为，因AGC而造成机组使用年限缩短摊入的年费用为，则AGC的检修附加成本年费用为：
（9）
由式（9）可得度电附加成本为：
（10）
电力市场中，二次调频AGC电量对可计成本的补偿，应至少考虑对式（4）、（8）、（10）之和的成本补偿，即补偿费用应至少不低于机组AGC所增加的固定成本、效率成本和检修运行成本的增加。
（二）二次调频备用容量的计价法
ACE偏差引起AGC机组相应地增减出力，这样，机组投入AGC运行时将提供AGC旋转备用容量，造成发电机会的减少，这部分机会发电收益的计价在电力市场中也应予以考虑。
AGC备用是发电机组所能提供的各种备用中质量最高的，在做负荷小波动的平抑备用的同时，还向下兼做旋转备用和调峰服务的备用。如图2所示，负荷是实时波动的时间函数，其备用也是实时波动的，且满足：
（11）
作为更高一级服务的备用，当系统出现扰动时，由于AGC机组调速器和AGC控制特性的作用，被加（减）载进行一次调频或二次调频，同时在实时调度过程中，也时常在一个时间段内被人为加（减）载进行调频。因此，对备用容量的计价至少应考虑容量成本和电量机会成本两个
因素。
1．容量成本。由于AGC备用兼顾了下层次的二种服务备用，因此与旋转备用的计价原理相似，其计价应综合考虑兼做三种备用的容量价值，可在旋转备用的计价基础上再考虑一个大于1的加权补偿系数来体现优质优价的原则，则备用计价为：
（12）
式中，为机组单位容量成本；可根据电网的实际情况和运行经验由厂网协商确定。
由于AGC备用容量是随其加载容量的变化而变化，实际计价时，在某时间段内可采用求平均值的方法，即：
（13）
则式（12）修改成：
（14）
2．电量机会成本。AGC机组所提供的旋转备用容量使得实际发电量减少，从而使收益减少，应对机会收益进行补偿，在某时间段内由于提供AGC备用而少发的电量为：
（15）
相应损失的发电收入为：
（16）
式中，为市场实时电价，未市场化前 为提供备用机组的批准上网电价。扣除发电机组的电量成本后，得机组的机会成本为：
（17）
式中，为备用机组的单位度电成本。
电力市场中，AGC发电机组二次调频备用容量的计价至少应考虑补偿式（14）和式（17）的容量成本和电量机会成本。
四、电力市场下AGC辅助服务计价的展望和预期
在广西电网当前的运行机制下，调度员可以直接下令电厂提供AGC辅助服务。然而在电力市场环境下，电厂是独立的经济实体，不愿无偿提供该项服务。目前，国内华东电网已经实施发电侧的电力市场，如上海电网主要考虑扣罚措施，即当发电机组不能按照电网要求提供合格的AGC辅助服务时，扣减其年度期货电量指标数和期货上网电量数。浙江电网主要考虑AGC服务的某方面补偿措施。这些方法较为粗略，AGC辅助服务的费用没有很好的量化，也难以体现市场竞争的机制。
未来的AGC辅助服务市场可借鉴新英格兰电力市场的模式，其AGC辅助服务通过投标得到。投标一般提前一天进行，各发电厂的投标信息包括：每台机组可提供的AGC备用容量和价格，价格包括三个部分：一是应系统要求提供AGC服务的价格，二是仅仅作为AGC备用容量的价格，三是提供补偿设备投资和效率降低价格附加项。如果各厂按固定价格投标，则按费用从低到高的顺序排定提供AGC服务的优先次序表；如果给出的是投标费用曲线，则按类似于经济调度的算法，得到其最小费用下AGC机组的分配结果。在更进一步的算法中，还应考虑使用各机组AGC备用容量的概率。
参考文献
[1] 国家电网公司．2001中国电力市场分析与研究[R]．北京：国家电网公司，2001.
[2] 福建发电企业辅助服务及定价课题组．福建发电企业辅助服务及定价调研报告[R]．福州：福建省电力调度通信中心，2004.
[3] 杜松怀，温步瀛，蒋传文．电力市场[M]．北京：中国电力出版社，2007.
[4] 温步瀛，佘占兴，杜松怀．新英格兰电力市场AGC辅助服务市场分析[J].华北电力技术，2001，（9）.
[5] 温步瀛，杜松怀．新英格兰电力市场运行备用辅助服务浅析[J].东北电力，2003，31（11）.
作者简介：郭华（1980-），女，广西电网电力调度控制中心工程师，研究方向：电网运行；郑文彬（1979-），男，广西电网电力调度控制中心工程师，硕士，研究方向：电网运行。
（责任编辑：刘 晶）