高裕仁
国网甘肃省电力公司定西供电公司 甘肃 定西 743000
摘要：面对电网新的变化，我国各地区的备用市场也逐步改进。基于功率平衡控制过程提出新的备用分类体系，尤其明确各类备用调度响应时间与持续时间要求，以便兼容源、网、荷、储各类备用资源。并对各类资源的技术特性进行讨论，从而明确各类资源可提供的备用类型。最后，针对我国电网特征和能源互联网下的发展趋势，提出新的备用管理模式与市场化建设的建议。
关键词：能源互联网；电网备用；探索
1 能源互联网下的电网备用体系设计建议
1.1 基于控制过程的新型备用分类
针对能源互联网的备用需求与备用资源的变化，并结合世界各个国家、地区的辅助服务配置方式，本文从功率平衡控制过程的角度提出新的备用体系设计建议，并明确各类备用的响应时间与持续提供时间需求，以便将网间、需求侧、储能的备用资源纳入到新的备用体系，提高未来电网运行的安全性。新的备用体系设计包括频率遏制备用、频率恢复备用、快速可调度备用、慢可调度备用与长时间尺度备用。
频率遏制备用用于完成系统的一次调频控制过程，遏制系统频率的持续跌落或上升。参考我国当前水、火电机组一次调频响应时间分别小于3、4 s的要求，所提频率遏制备用的响应时间规定为小于4 s。频率恢复备用用于完成二次调频控制过程，使系统频率恢复至额定水平。参考我国当前的AGC响应时间要求:直吹式火电机组小于60 s，中储式火电机组小于40 s，水电机组小于10 s，所提频率恢复备用的响应时间设置小于60 s。频率遏制备用与频率恢复备用主要用于应对紧急事故与净负荷波动造成的频率扰动问题。
传统三次调频过程为系统频率恢复至额定水平后的功率再调度过程，由调度机构更新计划调度结果，使系统处于更为经济和安全的运行状态，并恢复相关机组的AGC备用容量。新的备用体系中三次调频过程的可调度容量称为可调度备用，并根据备用资源响应时间的不同，分为快速可调度备用与慢速可调度备用。参照我国“两个细则”中10 min旋转备用的定义，所提快速可调度备用的响应时间规定为小于10 min。对新增的慢速可调度备用，响应时间设置为小于30 min。
可再生能源发电具有较大的间歇性，受气象因素影响，相邻两日或数日内的出力会出现较大差异，为此，所提备用体系中增加了长时间尺度备用。将响应时间大于30 min的备用均归类为长时间尺度备用。
与水、火电机组可以在新的调度出力状态下持续运行不同，负荷与储能的运行受到整体能量需要和能量边界的限制，需要考虑其持续运行时间的限制。为了使新的备用体系兼容需求侧和储能的备用资源，对各类备用持续提供时间的定义具有重要的意义。
当前，各个国家、地区对各类备用的响应时间均做了明确的限定，但对备用响应后的持续提供时间尚无系统化的规定。考虑到各类备用在功能上存在着衔接和替代关系，为保持系统的持续稳定运行，本文提出了时间上“无缝衔接与适当重叠”的原则，对各类备用的持续时间进行明确规定。
考虑频率遏制备用、频率恢复备用以及快速可调度备用在功能上的衔接关系，前两者的持续时间应不低于60 s、10 min。根据“适当重叠原则”，以保证平稳过度，例如增加10%的安全裕度，将二者的最小持续时间设置为低于66 s、11 min。对于快速可调节备用与慢速可调节备用，一般需要持续提供，其持续时间设置一般较长，可以参考其他市场的设置方案。例如:美国加州旋转备用、非旋转备用、替代备用持续提供时间均不低于2 h；英国短期运行备用持续提供时间不低于2 h。因此，将可调节备用的持续时间设置为不低于2 h。
1.2 新型备用资源分析
在所提备用分类和时间尺度定义的基础上，进一步讨论将需求侧、储能、网间备用资源纳入到新的备用体系，如图1所示。
.png)
具有快速响应能力的负荷，例如小于4 s，可提供频率遏制备用;响应时间小于10 s的负荷可提供频率恢复备用;对于响应时间在分钟级以上的负荷可提供慢速或快速可调度备用。
储能备用可根据储能特性的不同分为2类:功率型储能、能量型储能。功率型储能，如锂电池，具有快速的功率调节速度，可提供频率遏制备用与频率恢复备用;对能量型储能，如抽水蓄能电站，响应速度相对较慢，但持续供能时间相对较长，可以提供快速或慢速可调度备用。
省间备用在能源互联网中将发挥越来越大的作用。一次调频过程是自动响应系统频率偏差完成功率调节，因此，同步运行的各省电网自动共享频率遏制备用资源。二次调频过程是由各机组的根据调度指令完成AGC功率调节。考虑特高压直流闭锁故障时，受电省份将面临较大的功率缺额，可以由同步运行的省份提供紧急功率支援，加快事故恢复速度，提高电网安全性。
综上，新的备用体系从控制过程的角度定义了新的备用分类，并从响应时间和持续时间层面上做了具体的要求，从而可以兼容源、网、荷、储各类备用资源。
1.3 兼容需求侧与储能备用的组织结构
为了适应能源互联网场景，在当前备用组织结构的基础上，本文引入了“基于中间商的备用”与“网间共享备用”组织模式。
当前我国的备用采用了分区管理、分省平衡的原则。除一次调频由并网发电机组的调速器自动完成外，其他各类辅助服务均由省级调度机构将调度指令下发至各并网机组。当考虑灵活负荷与储能参与备用市场时，由于其个体容量小、数量众多，难以由调度机构直接管理。因此，需要引入中间代理、聚合商或配网运行商来组织需求侧分散灵活资源参与备用市场。新型备用的组合结构如图2所示。
.png)
电网的特高压互联和可再生能源接入将显著提高各时间尺度上的备用需求，开展省间备用和区域间备用具有重要的意义。对于频率遏制备用与频率恢复备用，同步电网范围内的各省份间可以共享备用容量。对于快速、慢速可调度备用、以及更长时间尺度的备用，由于主要由调度机构管理，因此，在联络线允许的前提下，也可以考虑省间及区域间备用共享的组织模式。
2 结论
可再生能源发电容量日益攀升与交直流特高压互联是能源互联背景下我国电网的重要发展趋势，这也使得系统秒级的事故备用需求与分钟级以上的功率波动备用需求显著增加。同时，常规机组的并网容量逐步被压缩，使得系统惯性降低、电源侧备用资源变少。需求侧、储能及网间备用资源将成为满足未来电网备用需求的重要组成部分。
参考文献
[1]董朝阳，赵俊华，文福拴，等.从智能电网到能源互联网:基本概念与研究框架[J].电力系统自动化，2014,38(15):1-11.
[2]丁涛，牟晨璐，别朝红，等.能源互联网及其优化运行研究现状综述[J].中国电机工程学报，2018,38(15):4318-4328.
[3]孙宏斌，郭庆来，潘昭光.能源互联网:理念、架构与前沿展望[J].电力系统自动化，2015,39(19):1-8.