备用辅助服务：北美地区的备用服务简介，旋转备用

备用辅助服务分类如下：

调节备用，又称调频，以应对负荷毛刺、瞬时故障等异常情况。我们通常所说的备用特指运行备用，用以应对系统大扰动引发的供需不平衡。本文就针对后者，对北美各ISO备用市场的开展情况进行简单介绍。首先给出北美9个ISO市场：

（来源：微信公众号“电力市场那些事儿” 作者：郎木晨烟）

其实，还有一个ISO短暂的存在过，在加拿大新不伦瑞克省，简称NBSO。或许是因为名字太大气了，触发众怒，运行了几年就改回了传统一体化模式。以下是各ISO的基本情况，数据比较老。

其中，PJM和MISO算是ISO的2.0版本，称之为RTO（区域输电组织），除了承担系统运行和系统运营职责外，还负责区域规划。前面提到，调频和备用是针对不同的问题而设置的辅助服务项目，除此之外，两者还有一个非常重要的不同之处：调频服务为系统性服务，与机组所处位置无关，而备用与位置有关，需要考虑输电约束，保证在需要时不会因为输电容量不足无法调用预留的备用发电容量。因此调频报价不分区域，而备用要分区报价[1]。其中，ISO-NE、SPP、CAISO都有4个子区域，PJM有2个，NYISO对应3个，MISO（中西部大陆）地域辽阔，有7个子区域。也有不分区域的，ERCOT、AESO、IESO。备用机组的响应时间和持续服务时间，不同ISO也给出了不同的规定。下表为各ISO的备用品种：

乍一看，会有些迷糊。也不需要深究，这都是各ISO基于各区域电源、网架、负荷的状况，通过模型演算结果选择的备用类型。每种备用服务都对应一个需求参数，即在日前/实时市场，对提供这类服务的机组的容量需求，该需求随着季节、天气、经济等客观条件会有所调整。以ISO-NE（新英格兰地区）为例，10min旋转备用和10min非旋转备用的总量要等于系统中最大的N-1故障容量乘以一个调整系数，其中前者要占比25%~50%。对于30min运行备用，可以与系统同步，也可以不同步，要求容量参数为N-2故障容量的一半[2]。辅助服务的供应曲线类似于能量曲线，阶梯报价、单调递增。需求曲线则不同，不再是单调递增的阶梯曲线，而是一条垂直于X轴（功率，MW）的直线，X轴坐标对应备用需求容量。供需曲线相交点即为出清点，对应价格为出清价格。发电商提供备用服务时（包括调频）会产生两种成本，一是运行成本，指的是机组由于处于非最佳工况而产生的额外燃料成本和调整所导致磨损成本；二是机会成本，即为了提供调频或备用服务，发电商在能量市场较少投标容量，因而减少了可能的中标电量，失去了部分利润。运行成本由报价体现，机会成本通过辅助服务与电能的联合优化出清体现[1]。因此两个市场需要联合优化，发电资源可以同时参与多市场报价，得到能量、调频、备用的出清结果（包括容量和价格）。在某些ISO，市场参与的类型会受到限制，比如PJM，不能同时参加同步备用和调频市场[3]。除了AESO只在日前市场组织辅助服务之外，其他ISO/RTO均在日前、实时市场开展辅助服务交易。在日前市场中具有提供备用能力的机组必须提交备用可用性报价，不同种类的备用需要提交不同的报价，如果不提交，该机组的能量报价也会被一同驳回，以此来保证系统有足够的备用报价[1]。除了出清价格不同，不同种类备用的容量占比也有规定。加州要求旋转备用至少占总的运行备用的50%，而安大略省的IESO则要求旋转备用要占到10分钟备用的50%以上。不同备用对系统的价值不同，响应时间越短的备用质量越高。因此价值排序为：调频、旋转备用、10分钟备用、30分钟备用。相应的，高质量备用的价格要高于低质量备用的价格，这既是物理运行所要求，也可以被联合优化模型所证明。高质量品种可以替代低质量品种是辅助服务的一个重要特点，成为级联特性[1]。为了降低系统运行成本，北美各ISO都允许级联替代。不同的是有的ISO是在出清环节，有的是在调用环节。貌似不允许在两个环节都可以替代，我看到过这方面的介绍，忘记出处了，。北美市场中，可调节负荷能否参与备用市场，因ISO而异。得州的可调节负荷资源可以提供响应备用（旋转备用），但是它们的贡献限于每小时总需求的50％；在加拿大阿尔伯特省（AESO），可调节负荷只能提供补充备用，不能参加旋转备用；纽约州的可调节负荷资源不仅可以参加备用，还可以参加调频市场。