目前中国电力辅助服务市场仍处于初级发展阶段,产品分类及交易补偿规则仍不健全。伴随着电力市场改革的推进,辅助服务市场资源不断丰富,参与主体不断扩大,对辅助服务产品及交易机制的设计提出了新的要求。国外辅助服务市场发展较早,较为成熟,且不断处于更新完善当中。因此,我国亟需总结国外先进的辅助服务市场建设经验,并结合实际情况对我国辅助服务市场做出设计。选取澳大利亚、美国PJM及北欧等国家和地区电力市场,分析其辅助服务市场发展历程、辅助服务产品种类及交易时序等并进行对比,结合我国辅助服务市场发展现状,从区域范围划分、顶层设计、产品划分及市场发展趋势等方面,得出了上述典型电力市场对我国辅助服务市场机制设计的启示。

0 引言
2015年3月,中共中央、国务院正式下发《关于进一步深化电力体制改革的若干意见》,提出建立辅助服务新机制的要求,辅助服务市场建设势在必行。很多学者对不同国家电力辅助市场及国内电力辅助市场交易机制设计进行了研究[1-6],但关于辅助服务产品类型比较类文献较少,且涉及辅助服务市场对比类文献较早。因此,对国外先进辅助服务市场及其演变进程进行分析,研究辅助服务产品及交易机制成为我国辅助服务分阶段建设的重要环节。本文通过研究国外辅助服务市场发展进程、监管机构、产品种类、交易机制、交易时序等内容,总结其市场建设经验及对我国分阶段辅助服务市场建设的有益启示。
1 澳大利亚电力市场
澳大利亚电力市场分为国家电力市场(national electricity market,NEM)和批发电力市场(wholesale electricity market,WEM),除西澳大利亚州采用WEM外,其他州执行NEM。其发展过程如图1所示。NEM辅助服务分为：频率控制辅助服务(frequency control ancillary services,FCAS)、网络支持控制辅助服务(network support control ancillary services,NSCAS)以及黑启动辅助服务(system restart ancillary services,SRAS)。

能源市场运营商(Australian Energy Market Operator,AEMO)负责能源市场的运营,统一购买辅助服务以保证电力系统安全、可靠运行。AEMO作为平台既可以向市场参与者购买有偿辅助服务,也可以向市场参与者收取其购买辅助服务的费用[7]。AEMO每年编制辅助服务报告,并提交给经济管理局(Economic Regulation Authority,ERA)。辅助服务市场发展历程如图1所示。 图1 澳大利亚电力市场改革阶段划分 1.1 国家电力市场NEM
NEM中,FCAS在8个市场中进行招投标交易,NSCAS和SRAS均通过签订长期协议进行交易。由于澳大利亚NEM辅助服务市场主要运行FCAS市场,本文着重介绍FCAS市场。

1.1.1 FCAS市场
AEMO利用FCAS使系统频率维持在接近50Hz的标准上,分为调节调频(regulation)和应急调频(contingency)。调节调频通过响应负载或发电的微小偏差来维持发电/需求平衡;应急调频是指对主要应急事件(如发电机组/主要工业负载的损失)或大型输电元件引起的发电/需求偏差校正[7]。表1从调节和应急调频两个方面来介绍。 表1 澳大利亚NEM调频辅助服务市场 已向AEMO注册的参与者必须参加每个不同的FCAS市场,通过提交适当的offer或bid来参与市场。澳大利亚实时电力市场技术支持系统联合调度机组的发电出力与各种调频辅助服务,以实现最低的购电与调频成本之和。
FCAS报价与实时电力报价基本相同,分价格和容量两部分,报价方案有10个价位,每个价位对应可提供调频辅助服务容量数,报价从高到低排序。发电容量由调频辅助服务梯形图决定,梯形图通过启用限制(enablement limits)和断点(breakpoints)定义[8]。如图2所示。 图2 通用FCAS梯形图 澳大利亚FCAS市场同能量市场联合出清,市场出清分为预出清和实时出清。预出清分为全日报价及滚动调整,全日报价即一次性报下个交易日的价格;滚动调整每5min更新一次未来1 h内每5 min节点上预出清和发电安排,整点和半点更新未来1 h往后每30 min节点上预出清和发电安排。其预出清机制时序如图3所示。 图3 FCAS预出清机制时序图
各个价区主辅市场电力价格在市场出清时同步公布。实时出清过程如图4所示。 图4 澳大利亚NEM调频辅助服务与电力联合出清过程 1.1.2 NSCAS和SRAS市场
NSCAS分为3个种类：电压控制辅助服务(voltage control ancillary service,VCAS)、网络负荷控制辅助服务(network loading control ancillary service,NLCAS)、暂态和振荡稳定性辅助服务(transient and oscillatory stability ancillary service,TOSAS)。AEMO通过VCAS将电网上的电压控制在规定的公差范围内;使用NLCAS来控制短期内的连接器间的流量;当系统因短路或设备故障导致功率流中出现瞬态“尖峰”时,TOSAS控制和快速调节网络电压[8]。

1.2 批发电力市场WEM
国家电力规则中要求WEM辅助服务交易以高效率为目标通过市场竞价决定,当竞价安排不可行时,AEMO与服务提供商之间应优先使用双边谈判,签订具有竞争力的商业合同[8]。表2对澳大利亚WEM辅助服务的产品种类及交易方式进行介绍。 表2 澳大利亚批发电力市场辅助服务产品介绍
2 美国PJM PJM电力市场是一个集中调度的竞争性电力批发市场,PJM辅助服务市场建设主要分为3个阶段：电力工业重组期、辅助服务市场体系建设期、辅助服务市场体系完善期[9-10]。PJM辅助服务市场发展过程如图5所示。 图5 美国PJM辅助服务市场演变 现阶段PJM RTO(Regional Transmission Organization)主要运营5大类辅助服务产品,市场化运营的辅助服务产品主要包含：调频服务、初级备用服务、黑启动服务3类,其中调频与初级备用服务采用集中式市场化交易,与电力市场联合优化运行。PJM辅助服务分类如图6所示。 图6 美国PJM辅助服务产品图
下面分别介绍调频辅助服务和备用辅助服务的产品设计情况[6],如表3所示。
表3 美国PJM辅助服务市场产品介绍 参加辅助服务市场交易的机组在运行日前一天14:15之前向PJM提交投标信息,辅助服务市场在实时运行前60 min关闭,在此之前发电商修改投标信息,在此之后至实际运行前发电商可将机组状态设为不可用,退出市场竞争[9]。
PJM在小时前将调频市场和同步备用市场,分3个步骤与实时电能联合优化,包括辅助服务优化 程序(ancillary service optimizer,ASO)、滚动安全约束的经济调度程序SCED (intermediate securityconstrained economic dispatch,IT SCED)、实时安全约束的经济调度程序SCED (real-time security constrained economic dispatch,RT SCED),以及节点价格计算程序(locational pricing calculator,LPC),详见图7[11]。 图7 PJM辅助服务市场运行时序 实时运行过程中每5min将辅助服务市场与电能量市场联合出清一次,联合出清的目标为电能和辅助服务购买总成本最小化。PJM将按照不同区域的具体情况统一安排无功补偿和黑启动辅助服务,使满足要求的供应者提供相应的服务,而没有自供应能力的服务需求者则向PJM统一购买[9]。

3 北欧辅助服务市场
北欧辅助服务市场发展过程如图8,2009年7月1日,NORDEL(Nordic Electricity union)结束由UCTE(union for the Co-Ordination of Transmission of Electricity)运行的时期,由ENTSO-E(European Network of Transmission System Operators for Electricity)管理。NORDEL的辅助服务产品及ENTSO-E下的