中國儲能網(wǎng)訊：
1 背景與意義
2025年4月28日，西班牙、葡萄牙所在的伊比利亞半島電網(wǎng)發(fā)生了全網(wǎng)大停電事故，兩國大部分地區(qū)電力供應(yīng)中斷，波及超過5000萬人，西班牙進(jìn)入國家緊急狀態(tài)。本次大停電事件是歐洲能源轉(zhuǎn)型以來發(fā)生的規(guī)模最大的停電事故。論文依據(jù)官方發(fā)布的初步報(bào)告，梳理了大停電的發(fā)展過程，分析事故原因；最后結(jié)合我國新型電力系統(tǒng)的建設(shè)情況，提出本次事故對我國電網(wǎng)的發(fā)展和運(yùn)行啟示。
2 大停電事故過程
根據(jù)西班牙REE的監(jiān)測數(shù)據(jù)，事故前(12:30)西班牙電力負(fù)荷處于較低水平，約為27.0GW；新能源出力23.2GW，占發(fā)電總出力69%，核電、水電、氣電分別為3.4GW、3.2GW、1.7GW，分別約占10%、9%、5%；抽水蓄能負(fù)荷3GW；同時西班牙向法國送電約900MW、葡萄牙約2.7GW、摩洛哥約800MW。
12:00前電網(wǎng)情況
09:00前，伊比利亞電網(wǎng)正常運(yùn)行，電壓曲線沒有明顯變化，09:00左右開始，電網(wǎng)電壓出現(xiàn)波動。10:30后電壓波動更為顯著，但并未超出半島電網(wǎng)(西班牙、葡萄牙)所允許的電壓限值。值得注意的是，在10:30、11:03、11:23出現(xiàn)了3次振蕩主頻率為0.21Hz的小幅振蕩，由于振蕩幅值較小，沒有對電網(wǎng)運(yùn)行造成大的影響。
12:00-12:30電網(wǎng)振蕩情況
第一次振蕩(強(qiáng)迫振蕩)。12:03-12:07，伊比利亞半島電網(wǎng)經(jīng)歷第一次功率振蕩，主頻率為0.64Hz，該振蕩是由半島電網(wǎng)內(nèi)部電源引起的強(qiáng)迫振蕩，主要影響西班牙和葡萄牙的電力系統(tǒng)。西班牙REE啟動了預(yù)先制定的措施來抑制振蕩：1）減小向法國的輸送功率；2）西-法的高壓直流輸電線路運(yùn)行模式更改為恒定功率模式；3）投入400kV輸電線路；4）切除并聯(lián)電抗器等操作。以上措施抬高了系統(tǒng)電壓。
第二次振蕩(區(qū)域振蕩)。12:19-12:22，半島發(fā)生了第二次功率振蕩，這是歐洲電網(wǎng)典型的區(qū)域間振蕩模式，振蕩主頻率為0.21Hz，主要表現(xiàn)為半島機(jī)組與歐洲大陸機(jī)組之間的振蕩。西班牙REE又按照預(yù)先制定的措施來抑制振蕩：1）投入西班牙南部的400kV輸電線路；2）進(jìn)一步減少向法國的輸送功率；3）減少向葡萄牙的輸送功率；4）切除并聯(lián)電抗器等操作。采取措施后進(jìn)一步抬高了系統(tǒng)電壓，400kV變電站的電壓最大值接近430kV，明顯高于第一次振蕩后電壓最高值，如圖1所示。
圖1 西班牙和葡萄牙主要400kV變電站在12:00-12:30內(nèi)的電壓變化
12:32:57-12:33:27事故發(fā)展過程
12:32:57、12:33:16和12:33:17，在格拉納達(dá)、巴達(dá)霍斯和塞維利亞地區(qū)觀察到多次電源脫網(wǎng)，初步估計(jì)發(fā)電損失2.2GW，主要為新能源；由于上述事件，西班牙境內(nèi)電壓再度升高，并帶動葡萄牙電壓同步上升。
12:33:18后，半島電網(wǎng)電壓急劇上升，部分節(jié)點(diǎn)電壓超過435kV，過電壓再次引發(fā)了一系列的電源脫網(wǎng)，西班牙-法國聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)頻率差，如圖2所示。
圖2 事故期間西班牙卡莫納變電站與瑞士巴斯庫爾變電站的頻率和電壓變化
12:33:19，西班牙—法國聯(lián)絡(luò)線功率達(dá)到靜態(tài)穩(wěn)定極限；12:33:21，西班牙和法國之間的交流聯(lián)絡(luò)線通過保護(hù)裝置斷開。12:33:19-12:33:21，系統(tǒng)低頻減載啟動，但低頻減載未能阻止頻率進(jìn)一步下降。
12:33:22，頻率降至47.79Hz，核電機(jī)組和聯(lián)合循環(huán)燃?xì)鈾C(jī)組相繼跳閘；此時，部分節(jié)點(diǎn)電壓已超過460kV，過電壓嚴(yán)重。
12:33:24，半島電網(wǎng)崩潰，西班牙和法國之間的高壓直流輸電線路停止運(yùn)行；12:33:27，400kV電網(wǎng)電壓降至1kV以下，半島進(jìn)入全網(wǎng)大停電狀態(tài)。
整個事故的關(guān)鍵事件如圖3所示。
圖3 4.28大停電關(guān)鍵事件時序圖
3 事故原因分析和探討
基于該事故過程，分析了以下4點(diǎn)原因。
1）強(qiáng)迫振蕩應(yīng)對不當(dāng)，抬高系統(tǒng)電壓。12:03出現(xiàn)的0.64Hz振蕩模式具有非典型特征，是由光伏電站引發(fā)的強(qiáng)迫振蕩。但系統(tǒng)操作員沒有區(qū)分不同性質(zhì)的振蕩，仍沿用了應(yīng)對傳統(tǒng)0.21Hz振蕩的抑制策略，依靠增加阻尼來抑制振蕩。對于強(qiáng)迫振蕩，最有效的措施是迅速找到并切除擾動源，而西班牙REE采取的措施效果有限，反而造成系統(tǒng)電壓升高。
2）區(qū)域低頻振蕩問題長期存在，安全隱患沒有徹底消除。在10:30-11:23之間，半島內(nèi)出現(xiàn)了3次幅值較小、主頻率為0.21Hz的振蕩，歐洲早在2016年就發(fā)生過0.21Hz的典型區(qū)域振蕩模式，說明歐洲電網(wǎng)一直未能徹底根除該隱患。12:19出現(xiàn)幅值較大的0.21Hz振蕩后，系統(tǒng)操作員繼續(xù)按規(guī)程采取了提高阻尼的措施，再次推高了系統(tǒng)的運(yùn)行電壓。兩次振蕩抑制措施的疊加，使系統(tǒng)電壓運(yùn)行在安全邊界，為后續(xù)電源連鎖脫網(wǎng)埋下隱患。
3）動態(tài)調(diào)壓資源短缺，系統(tǒng)抑制高電壓能力不足。12:30，西班牙全境僅11座熱電廠(核電、氣電、煤電)并網(wǎng)，創(chuàng)下年初以來最低水平。在第二次振蕩后，西班牙REE要求增加調(diào)壓機(jī)組，但受限于啟動時間，未能在系統(tǒng)崩潰前投入運(yùn)行。根據(jù)2014年西班牙皇家法令，RCW電源(可再生能源、熱電聯(lián)產(chǎn)和廢棄物發(fā)電)按恒定功率因數(shù)運(yùn)行，因此新能源機(jī)組不參與電壓調(diào)節(jié)。
4）新能源機(jī)組抗擾能力弱，大范圍脫網(wǎng)。在系統(tǒng)電壓波動過程中，部分新能源機(jī)組因控制策略不完善、保護(hù)配置不合理表現(xiàn)出明顯的脆弱性，導(dǎo)致多次電源脫網(wǎng)。巴達(dá)霍斯、卡塞雷斯等地的新能源電站在主網(wǎng)電壓尚未超過規(guī)定限值時即出現(xiàn)脫網(wǎng)現(xiàn)象；部分新能源設(shè)備缺乏足夠的延時設(shè)置，輕微過電壓便觸發(fā)保護(hù)動作，引發(fā)電源連鎖脫網(wǎng)，不滿足西班牙政府關(guān)于新能源發(fā)電設(shè)施并網(wǎng)的技術(shù)要求。
基于以上事故原因分析，探討以下3個問題。
1）關(guān)于事故連鎖機(jī)理。12:32:57-12:33:17的初期擾動引發(fā)部分新能源機(jī)組脫網(wǎng)，由于新能源機(jī)組按定功率因數(shù)運(yùn)行，并運(yùn)行在吸收無功功率狀態(tài)，機(jī)組脫網(wǎng)后吸收的無功功率被釋放、有功功率減少使得線路輕載，系統(tǒng)無功過剩，電壓隨之上升，導(dǎo)致更多機(jī)組因高電壓進(jìn)一步脫網(wǎng)；系統(tǒng)頻率下降到一定程度后，低頻減載啟動，負(fù)荷減少也導(dǎo)致線路輕載，進(jìn)一步推高了系統(tǒng)電壓，觸發(fā)更多電源脫網(wǎng)，這種電壓抬升的正反饋過程是以前大停電事故中未曾遇見的新現(xiàn)象。
2）關(guān)于慣量的作用。慣量反映系統(tǒng)維持原本運(yùn)行狀態(tài)的能力，只能影響頻率變化率，無法根本解決頻率穩(wěn)定問題。在新能源大規(guī)模發(fā)展的背景下，系統(tǒng)慣量減小是必然趨勢，頻率穩(wěn)定的關(guān)鍵在于能否快速消除不平衡功率。對于新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，關(guān)鍵是要新能源留足能快速調(diào)用的備用，才能保證頻率穩(wěn)定。西班牙REE發(fā)布的分析報(bào)告認(rèn)為，大停電的根本原因并非系統(tǒng)慣量不足。
3）關(guān)于穩(wěn)定控制系統(tǒng)的效果。大停電期間，系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有的各項(xiàng)穩(wěn)定控制策略均正確動作，事故演化并非由穩(wěn)定控制誤動/拒動所致。但是，這些措施對電源、負(fù)荷連鎖脫網(wǎng)的正反饋過程是無效的，現(xiàn)有的穩(wěn)定控制系統(tǒng)還缺乏針對高電壓引發(fā)大范圍新能源連鎖脫網(wǎng)過程的防控措施。
4 對中國電網(wǎng)的啟示
深入研究穩(wěn)定機(jī)理，夯實(shí)安全基礎(chǔ)。全面把握新能源發(fā)電的隨機(jī)性、波動性、間歇性、脆弱性和不可調(diào)控性，強(qiáng)化氣象電力學(xué)、電力電子學(xué)以及新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定機(jī)制等基礎(chǔ)研究，深入掌握系統(tǒng)的動態(tài)特性和故障演化機(jī)理，精準(zhǔn)掌握系統(tǒng)安全穩(wěn)定本質(zhì)。強(qiáng)化系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)識別與動態(tài)穩(wěn)定評估，特別是已暴露的運(yùn)行隱患，要深入剖析成因。
增強(qiáng)新能源支撐能力，完善電壓調(diào)控機(jī)制。新能源電力電子裝備的脆弱性亟須系統(tǒng)性解決，新能源場站應(yīng)具備無功功率調(diào)節(jié)能力、自動電壓控制能力和一次調(diào)頻能力。要考慮新能源場站并網(wǎng)的位置和電壓等級，深入研究新能源機(jī)組對超/特高壓大電網(wǎng)的支撐能力，在確保自身安全的同時，關(guān)鍵時刻還要“穩(wěn)得住、頂?shù)蒙稀薄?/span>
優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，健全安全穩(wěn)定防控體系。新型電力系統(tǒng)構(gòu)建過程中，要避免局部事故引發(fā)區(qū)域電網(wǎng)崩潰，特別是西北、西南、華北(蒙西)等送端電網(wǎng)，進(jìn)而引發(fā)全國大停電風(fēng)險(xiǎn)，認(rèn)真研究區(qū)域大電網(wǎng)發(fā)展的技術(shù)路線和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建分層分區(qū)、新能源大基地與主網(wǎng)可分可合的清晰網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；加快發(fā)展適應(yīng)新能源為主體的大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術(shù)，針對不同穩(wěn)定問題，要避免“一刀切”式應(yīng)對，確?？刂拼胧┘扔行Ы鉀Q當(dāng)前問題，又不引發(fā)新的安全穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建更具韌性和主動性的電網(wǎng)防御體系。
嚴(yán)格執(zhí)行安全標(biāo)準(zhǔn)，健全法律法規(guī)保障體系。保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須嚴(yán)格貫徹落實(shí)《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導(dǎo)則》、《電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則》等國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；對于非強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)中對新能源的要求，推動納入到強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，使新能源、儲能等成為電力系統(tǒng)安全的責(zé)任主體；結(jié)合新型電力系統(tǒng)發(fā)展出現(xiàn)的新問題、新現(xiàn)象，及時制修訂相關(guān)的新標(biāo)準(zhǔn)。
5 結(jié)語
本文從采取的振蕩抑制措施、新能源支撐能力、電壓調(diào)節(jié)機(jī)制等方面分析了事故成因。我國新型電力系統(tǒng)的構(gòu)建必須堅(jiān)持以安全為前提，切實(shí)防范系統(tǒng)性大停電風(fēng)險(xiǎn)，保障面向“雙碳”目標(biāo)的新型電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
