摘 要

为了打破电力行业垄断，推动电力体制向市场化发展，中共中央国务院于2015年发布《关于进一步深化电力体制改革的若干意见（中发〔2015〕9号）文》（简称“9号文”）。改革以来，国内形成了电力市场多方主体竞争格局，国内各省区辅助服务市场也有了较大的发展，但尚未形成较成熟的市场模式，各省区的发展程度也不尽相同。现阶段，在国家宏观政策的支持下，风力、太阳能等可再生能源发电装机快速增长，装机总量已经超过了电网消纳能力，存在严重的“弃风弃光”现象，调峰问题日益突出。

本文从辅助服务市场的角度，主要研究海南调峰市场的建设，促进海南可再生能源消纳。首先介绍了辅助市场建设的意义、交易品种、获取方式等基本内容，然后对纽约辅助服务市场进行了详细的概括，再其次梳理了国内辅助服务运行激励机制和各省区辅助服务发展现状，最后在上述基础上针对海南省提出了调峰市场建设思路，并行了相关内容的测算。

关键词：电力市场；辅助服务；NYISO；调峰市场

Abstract

In 2015, the State Council of the Central Committee of the Communist Party of China issued "Several Opinions on Further Deepening the Reform of the Electric Power System (Chinese Article 9 of 2015)" . Since then, the reform of the domestic electric power system has been deepening, and the power industry has been breaking monopoly, forming a multi-agent competition pattern in the electricity market. Domestic provincial auxiliary service market has also made great progress. At present, the installed capacity of renewable energy is growing rapidly, and exceeds the power grid absorptive capacity. There is a serious phenomenon of "abandoning the wind and abandoning the light", and the peak shaving problem is becoming increasingly prominent.

From the perspective of ancillary service market, this paper mainly studies the construction of peak shaving market in Hainan to promote the absorption of renewable energy in Hainan. Firstly, this paper introduces the significance, types of transactions and acquisition methods of auxiliary service market, and then summarizes the auxiliary service market in New York. Secondly, it combs the domestic incentive mechanism for the operation of auxiliary services and the development status of auxiliary services in various provinces and regions. Finally, on the basis of the above, it puts forward the idea of peak shaving market construction for Hainan Province, and calculates the relevant contents.

Key Words：power market；ancillary services；NYISO；peak shaving market

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 国内研究现状 1

1.3 本文的主要工作 2

第2章 辅助服务 3

2.1 辅助服务的品种 3

2.2 辅助服务的供应 4

2.3 辅助服务市场机制 4

2.4 辅助服务成本分摊 5

2.5 本章小结 5

第3章 NYISO辅助服务市场 6

3.1 NYISO市场概况 6

3.1.1 NYISO安装容量市场 7

3.1.2 NYISO电能量市场 8

3.1.3 NYISO辅助服务市场 9

3.1.4 NYISO输电服务市场 10

3.2 NYISO调频市场 10

3.2.1 调频需求 10

3.2.2 调频投标 11

3.3 NYISO备用市场 11

3.5 NYISO黑启动服务 12

3.4 NYISO无功支持服务 12

3.6 本章小结 13

第4章 国内辅助服务运行机制 14

4.1 “两个细则”辅助服务机制 14

4.2 辅助服务市场机制 15

4.3 海南调峰市场建设 16

4.3.1 海南调峰现状 16

4.3.2 调峰市场建设原则 16

4.3.3 海南调峰市场建设思路 17

4.5 本章小结 21

第5章 海南调峰市场测算 22

5.1 算例介绍 22

5.2 算例计算 22

5.2.1 深度调峰辅助服务需求 22

5.2.2 深度调峰辅助服务供给 24

5.2.3 不同机制下补偿费用对比 30

5.3 本章小结 35

结论 36

1. 本文工作总结 36

2. 后续工作展望 36

参考文献 37

致谢 39

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

在上世纪20年代至70年代，世界上大部分地区的电力行业都处于加强管制状态，发电、输电和配电垂直一体化电力供应公司垄断着绝大多数地区的电力供应，我国也面临着相同的垂直一体化垄断局面。1996~1998年，中国国家电力公司在首都的正式成立标志着我国电力工业管理体制由计划经济转向社会主义市场经济；2002年，新一轮的电力体制改革提出“厂网分开、竞价上网、打破垄断、引入竞争”的要求，原国家电力公司拆分为五大发电集团和国家电网与南方电网两大电网公司^[22]；2015年，“9号文”的发布意味着新一轮电改帷幕拉开。

计划和市场模式并无绝对的好坏之分，改革应与经济环境与经济发展相适应。电力安全不仅与人民日常生活密切相关，还关系到整个国家的政治、经济安全，电力垂直一体化管理能对电力安全做出保障，因此这种垄断模式有着它独特的优势；但不可忽视的是，在电力垄断模式下，由于缺乏行业竞争压力，企业缺乏动力去监督和提高其内部运转效率，企业在一定程度上丧失活力，还有可能导致投资过度，无法实现社会福利最大化。我国电力行业在这种背景下开始逐渐引入市场机制。

电能量的交易是电力市场的主要目的，辅助服务的作用即保证主要商品，即电能的顺利交易。虽然有些辅助服务最终也表现为电能交易，但其目的为解决发电与负荷的不平衡问题，它们作为辅助服务的重要性大得多。辅助服务主要包括以下六个品种：调频、同步备用、非同步备用、运行备用、电压支持和黑启动。调频和备用对系统运行决策有着较大的影响。由于不同市场实际需求不同，辅助服务的品种及定义也不完全相同。如国外辅助服务市场中并不包括调峰服务，而是通过分时电价解决的，但结合我国实际情况，调峰市场的存在十分必要。

目前，我国风电、光伏等新能源发电发展脚步迅速，总装机容量已超过了电网消纳能力，考虑到可再生能源发电具有波动性和间歇性，可以通过提升电力系统调峰能力、完善调峰机制，缓解“弃水、弃风、弃光”现象，促进可再生能源消纳。

1.2 国内研究现状

我国辅助服务市场发展迅速，目前不少地区或省份如东北、山东、山西、江苏、福建、广东等等都已经先后出台了辅助服务市场运营规则，国内学者对于国外辅助服务市场机制的研究和总结日渐丰富，同时也针对国内电力市场建设提出了许多观点。

从电力市场架构设计方面，文献[1]总结介绍了美国标准电力市场的设计思想，并结合我国现状提出了对我国电力市场建设的相关意见；文献[2]从国际上几个主要国家的电力辅助服务市场模式、定价机制、交易方式等方面出发，并提出了对我国电力市场建设的启示；文献[3]以市场出清流程为重点对纽约电力市场进行了全面介绍。国内学者对于国外市场有了较多的介绍，但对于纽约电力市场的文献较少。

从辅助服务机制方面，文献[4]~[7]详细地介绍了辅助服务的获取方法、定价方法和运作机制；文献[8]对南方辅助服务机制进行了深入探讨；文献[9]对西北辅助服务进行了全面总结。调峰市场方面，东北市场是我国调峰辅助服务市场建设的先行者，也是目前国内发展最为成熟的辅助服务市场，文献[10]全面介绍了东北调峰市场的市场机制和建设现状；文献[11]总结了已在国内开展的调峰补偿机制，设计了考虑可再生能源参与的调峰市场交易机制，希望通过调峰补偿机制激励各市场主体提供调峰资源，促进新消纳和节能减排，并用算例分析说明该机制的有效性和可行性；文献[12]针对目前电力调峰困难、调度优化和公平性不足的问题，提出了"公平、公正、公开"模式下的调峰市场模型。

目前国内学者对国内外辅助服务市场机制设计进行了大量研究，但主要停留在综述层面，且国外成熟的辅助服务市场中并没有调峰服务，不符合我国实际情况，因此国内调峰市场设计没有国外经验可以借鉴，需要国内专家学者进行探讨和摸索。

1.3 本文的主要工作

目前，国内普遍存在可再生能源发电投资过剩，“弃风弃光”的现象。本文从辅助服务市场的角度，主要研究海南调峰市场的建设，促进海南可再生能源消纳。

国内辅助服务市场建设尚未成熟，且各省份实际情况不同，市场需求和市场主体也有差异。本文首先介绍了辅助市场建设的意义、交易品种、获取方式等基本内容，然后从电力市场整体的角度对纽约辅助服务市场进行了详细的概括，再其次梳理了国内辅助服务运行激励机制和各省区辅助服务发展现状，最后在上述基础上针对海南省提出了调峰市场建设思路，并行了调峰需求、调峰补偿等相关内容的测算。

第2章 辅助服务

由于电能不能大量存储，且发电机出力水平不能快速改变，电能的供给和需求都十分缺乏弹性，使得市场越接近实时就变得越脆弱。电力系统的中任何元件，例如一台发电机或是一条输电线，其状态都可能突然改变，各种各样的扰动导致系统发电与负荷不平衡、网络潮流和节点电压的波动，可能对系统安全稳定运行造成影响，严重时造成系统崩溃，电能交易无法进行。系统运营商需要资源对在任何特定时刻出现的事件做出快速响应，因此辅助服务十分必要。

辅助服务对于维持整个电力系统的安全稳定运行至关重要，从发电侧、输电侧、用电侧等方面都有其不同的定义^[13]。下文将分别对辅助服务的品种及作用、获取方式、市场模式和成本分摊机制等进行介绍。

2.1 辅助服务的品种

由于不同市场实际需求不同，它们对于辅助服务的品种及定义也不完全相同，基本共同的品种有调频调节、备用、无功支撑和黑启动。

对于备用服务，不同的市场也有着不同的分类方法：美国PJM将备用分为同步备用和非同步备用和运行备用 ^[14]；美国CAISO则分为旋转备用、非旋转备用和替代备用^[4]；美国ISO-NE分为运行备用、旋转备用和非旋转备用 ^[15]；美国ERCOT将备用分为非旋转备用、响应备用和替代备用。

1. 调频：自动发电控制下的调频响应按一定速率实时调整发电出力，不断地平衡控制区的电力供应和时刻变化的负荷；
2. 同步备用：与系统同步的备用资源，即旋转备用。要求：能够立即开始供应电能或减少需求；十分钟内完全可用；能够维持至少三十分钟以提供第一次应急保护。
3. 非同步备用：与系统非同步的备用资源。要求：供应能量或减少需求；十分钟内完全可用；能够维持至少三十分钟的时间提供第一应急保护。
4. 运行备用：与系统不同步的备用资源。要求：能够提供能量或减少需求；30分钟内完全可用；能够提供持续至少60分钟的时间第二次应急保护。
5. 电压支撑：提供无功功率，维持各节点电压在允许范围内。
6. 黑启动：电力系统崩溃后，将系统恢复到正常运行状态的资源。

与国外分类方法不同，我国“两个细则”将辅助服务分为基本辅助服务和有偿辅助服务，包括调频、备用、无功控制、黑启动以及调峰等，调峰辅助服务与备用辅助服务有着密切的联系^[15]。

2.2 辅助服务的供应

辅助服务的供应可分为两种，即强制供应和市场化供应。

强制供应在垂直一体化公用事业单位中最常见，即强制要求部分成员提供辅助服务，它能保证辅助服务的稳定供应，提高电网运行的安全可靠性，这种方法实施简单，但并不具有经济性，主要体现在：

1. 会增加不必要的投资，使辅助服务供大于求，例如频率控制并不需要所有并网机组都提供；
2. 难以推动技术革新，因为强制供应规定需要采用已有的技术提供辅助服务，所以行业成员及系统运行人员没有兴趣和动力去寻求更有效的辅助服务供应方法；
3. 有些成员难以提供、或者提供辅助服务的成本过高，如风电、光伏、核电机组等，如果仅免除部分成员辅助服务供应义务，可能有失公平，造成竞争扭曲^[16]。

相比之下，市场机制是一种更加灵活、经济的辅助服务获取方法，它在世界范围内的应用也最为广泛；但辅助服务市场也存在不足之处，例如在某些地方或某些时候，只有很少的市场成员能实际提供某种辅助服务产品，这就可能存在市场成员行使市场力、破坏辅助服务市场公平的现象，因此需要对市场力进行严格监管。

2.3 辅助服务市场机制

辅助服务市场模式主要包括三种，即统一调度型、投标型和双边合约型。统一调度型属于强制供应辅助服务，投标型和双边合约型则属于通过市场获取辅助服务。

1. 统一调度型：统一调度型指电网调度部门统一调度辅助服务，这种模式适用于电力市场建设初期，也是我国目前采用的模式；在市场建设初期，市场机制和辅助服务配套资源相对不完善，而统一调度型市场模式能保证辅助服务供应的可靠性；
2. 投标型：投标型指辅助服务供应商和客户根据各自的实际需求进行投标，根据他们的投标情况，再由系统调度员遵循辅助服务供应成本最小的原则，制定中标优先顺序，安排辅助服务供应计划；国外成熟的电力市场广泛采用投标型市场模式；
3. 双边合约型：双边合约型指辅助服务供应商与客户双方直接签订双边合约，结算按照双边合约价格进行，电网公司从中收取管理费及网损补偿费；双边合约型市场模式能保证辅助服务供应的稳定性，缓解市场波动的影响，适用于无功补偿和黑启动等市场需求变化不大的辅助服务产品^[17]。

具体采用哪一种或者哪几种模式，需要结合电网的运行结构考虑，在一个电力市场中也可能将几种模式结合使用。例如英国先进行公开招投标，确定辅助服务由哪些商家供应，然后供应商再与英国国家电网公司签订双边合约，这样既能保证市场效率，又能保证辅助服务的稳定供应。

2.4 辅助服务成本分摊

辅助服务成本分摊遵循“谁受益，谁承担”的原则，但由于不同用户的用电目的不同，供电质量和供电可靠性对于它们的价值难以衡量。例如，偶尔的停电及电压波动对普通居民用户不会带来大的损失，但对于某些工业用户如造纸厂和半导体工厂，则可能造成产量下降、设备受损等问题，他们可能无法接受停电带来的巨额损失，因此这些用户将愿意支付较高的成本来保证他的用电质量和可靠性。

受目前的技术水平所限，电能消费量或生产量是目前成本分摊的主要量度指标。

2.5 本章小结

本章主要介绍了辅助服务的品种、供应、市场机制以及成本分摊。

辅助服务品种主要有四种：调频、备用、无功支持和黑启动。调频和备用服务主要保证系统有功功率的实时平衡，无功支持保持系统母线电压的稳定，黑启动解决系统崩溃后的恢复问题。

辅助服务获取方式包括强制供应和市场化供应两种。强制供应较为简单，但缺乏效率；市场方式更为经济灵活，应用也更加广泛。

辅助服务市场模式上有三种：统一调度型、投标型和双边合约型。

辅助服务成本分摊机制依据“谁受益，谁承担”的原则，受技术限制，目前主要按照电能消费量或生产量进行分摊。

第3章 NYISO辅助服务市场

辅助服务市场是电力市场中的一个重要部分，它起到保证主要商品即电能顺利交易的作用。要理解NYISO辅助服务市场机制，应对NYISO的市场概况有基本的了解。本章首先简单介绍NYISO市场基本情况，然后详细介绍NYISO辅助服务市场中的备用服务市场、调频市场、无功市场和黑启动市场，重点分析备用服务市场出清机制。

3.1 NYISO市场概况

美国电力市场改革至今，已形成7个电力市场，包括：宾夕法尼亚州－新泽西州－马里兰州区域输电组织（PJM）、加州独立运营商（CAISO）、德州电力可靠性委员会（ERCOT）、纽约独立运营商（NYISO）、西南电力运营商（SPP）、中部独立运营商（MISO）和新英格兰独立系统运营商（ISO-NE），市场范围覆盖美国1/2的州和超过2/3的人口。这7个电力市场均位于电价较高的发达地区，发电侧竞争激烈，能够抑制电价上涨，因而改革进程较为顺利；而东南、西南、西北地区电价较低，市场化改革较为缓慢，仍处于发输配垂直一体化管理体系中。

图3.1 美国电力市场概览

NYISO控制区面积达141300平方公里，负责1980万纽约人的供电。截至2018年3月，纽约控制区（NYCA）安装发电容量39006MW，系统输电线路总长达11162.8英里^[18]。NYISO管辖的纽约州电力市场又划分为11个负荷区，其中纽约市和长岛市的负荷总和占纽约州的一半以上。