中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：英國“8·9”停電事故發(fā)生后，引起了世界電力工程界的廣泛關(guān)注。在電力系統(tǒng)中新能源大規(guī)模接入，設(shè)備電力電子化，系統(tǒng)慣量持續(xù)降低的背景下，英國“8·9”停電事故對(duì)于我國電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有深刻的警示作用。因此，《電力工程技術(shù)》期刊編輯部邀請(qǐng)國網(wǎng)江蘇電科院朱鑫要博士，廖詩武博士針對(duì)英國國家電網(wǎng)NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析報(bào)告進(jìn)行深度解讀。
1. 英國8·9停電事故概況
當(dāng)?shù)貢r(shí)間8月9日（周五）17:00（BST，英國夏令時(shí)，后同），英國發(fā)生大范圍停電，波及包括倫敦在內(nèi)的英格蘭和威爾士大部分地區(qū)，約110萬人受到停電影響。由于停電正值周五下班高峰，火車、機(jī)場(chǎng)和公路癱瘓，且停電的同時(shí)倫敦多地還遭遇暴雨天氣，在各地引發(fā)嚴(yán)重混亂。此次停電事故影響范圍如下圖1所示。
據(jù)悉，至當(dāng)天17:06，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，脫網(wǎng)負(fù)荷開始重新并網(wǎng)；當(dāng)天17:37，事故停電負(fù)荷已全部恢復(fù)供電。
2. 英國電網(wǎng)概況
英國電力系統(tǒng)工頻50 Hz，頻率合格范圍為49.5~50.5 Hz。截止2018年底，英國的發(fā)電總裝機(jī)容量約為80 GW。
英國電力系統(tǒng)按地理分布可劃為3大系統(tǒng)：英格蘭和威爾士系統(tǒng)，蘇格蘭系統(tǒng)和北愛爾蘭系統(tǒng)。英國的輸電網(wǎng)電壓等級(jí)為400 kV、275 kV和132 kV，區(qū)內(nèi)擁有1條直流輸電（容量2400 MW），將蘇格蘭地區(qū)富裕的風(fēng)電饋入英格蘭負(fù)荷中心。英國不列顛島目前通過4條跨海直流輸電與歐洲大陸電網(wǎng)和愛爾蘭島電網(wǎng)互聯(lián)：1條連接法國（容量2000 MW），1條連接荷蘭（容量1000 MW），2條連接愛爾蘭（容量500 MW）和北愛爾蘭（容量500 MW）。
3. 停電事故分析
3.1事故前電網(wǎng)發(fā)用電狀態(tài)
事故發(fā)生前，英國英格蘭和威爾士地區(qū)發(fā)布了氣象黃色預(yù)警，并伴有雷電。當(dāng)?shù)貢r(shí)間16:52，英國電網(wǎng)負(fù)荷約28 GW，電力來源構(gòu)成為：30%風(fēng)電，30%燃?xì)猓?0%核電，10%跨國輸電，以及約10%來自于水電、抽蓄、燃煤和生物質(zhì)能發(fā)電。8月9日，英國電網(wǎng)發(fā)電組成如圖2所示。
事故發(fā)生前，英國輸電網(wǎng)并網(wǎng)電源容量為32.13 GW，其中風(fēng)電容量占比超過30%，常規(guī)電源容量占比約50%，全網(wǎng)備用容量約為4 GW。
根據(jù)大不列顛SQSS對(duì)電網(wǎng)頻率的控制要求（一是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率需控制在49.5~50.5 Hz之間，二是暫態(tài)期間頻率高于50.5 Hz或低于49.5 Hz的時(shí)間不超過60 s），系統(tǒng)需具備抵御1000 MW發(fā)電失去和560 MW負(fù)荷失去故障的能力。故障前，英國電網(wǎng)頻率響應(yīng)措施能力如下表1所示，滿足SQSS對(duì)電網(wǎng)頻率的控制要求。
3.2事故發(fā)生及擴(kuò)大情況
英國國家電網(wǎng)NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析報(bào)告中提供的本次事故時(shí)間線如圖3所示。
16:52:33.490：Wymondley — Eaton Socon線路單相接地故障，線路首末兩側(cè)開關(guān)分別在70 ms（16:52:33.560）和74 ms（16:52:33.564）后跳閘隔離故障。
16:52:33.835：Hornsea海上風(fēng)電場(chǎng)出力由故障前的799 MW降至62MW，損失功率 737MW。
16:52:34：Little Barford電廠汽輪機(jī)跳閘，損失功率244 MW；配網(wǎng)分布式電源損失功率約500 MW。至此，系統(tǒng)損失功率達(dá)到約1481MW，超出系統(tǒng)1000 MW的頻率調(diào)節(jié)能力。
16:52:53：Wymondley — Eaton Socon線路重新投入運(yùn)行。
16:52:58：在頻率響應(yīng)措施的作用下，系統(tǒng)頻率跌落被控制在49.1 Hz。
16:53:18：頻率響應(yīng)措施容量達(dá)到約900 MW，系統(tǒng)頻率恢復(fù)至約49.2 Hz。
16:53:31：Little Barford電廠燃?xì)鈾C(jī)組GT1A跳閘，損失功率210 MW；系統(tǒng)全部頻率響應(yīng)措施容量均投入頻率支撐。
16:53:49：系統(tǒng)頻率跌落至48.8 Hz，觸發(fā)低頻減載動(dòng)作，切除負(fù)荷約931 MW。
16:53:58：Little Barford電廠燃?xì)鈾C(jī)組GT1B跳閘，損失功率187 MW。
16:57:15：系統(tǒng)頻率恢復(fù)至50 Hz。
Wymondley — Eaton Socon線路，及Hornsea海上風(fēng)電場(chǎng)和Little Barford電廠位置如下圖4所示。
8·9事故發(fā)生及恢復(fù)期間，英國電網(wǎng)頻率曲線如圖5所示。
當(dāng)天17:06，系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行，脫網(wǎng)負(fù)荷開始重新并網(wǎng)；當(dāng)天17:37，事故停電負(fù)荷已全部恢復(fù)供電。本次事故中低頻減載負(fù)荷切除及恢復(fù)情況如表2所示。
3.3事故原因分析
根據(jù)英國國家電網(wǎng)NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析報(bào)告，本次事故的直接起因?yàn)閃ymondley — Eaton Socon線路單相接地跳閘；Hornsea海上風(fēng)電場(chǎng)、Little Barford電廠、分布式電源脫網(wǎng)造成系統(tǒng)功率缺額超過系統(tǒng)頻率響應(yīng)容量則是本次事故擴(kuò)大的原因；風(fēng)電、直流輸電等無慣性的電力電子并網(wǎng)電源占比高則是本次事故的深層次原因。
現(xiàn)對(duì)英國8·9事故原因分析歸納如下：
（1）Wymondley — Eaton Socon線路單相接地跳閘原因：事故發(fā)生前，英國英格蘭和威爾士地區(qū)發(fā)布了氣象黃色預(yù)警，并伴有雷電；另據(jù)氣象服務(wù)公司MeteoGroup數(shù)據(jù)顯示，16:52:33，在Wymondley — Eaton Socon線路附近探測(cè)到了3次雷擊。因此，雷擊是造成本次事故中線路故障的原因。
（2）Hornsea海上風(fēng)電場(chǎng)脫網(wǎng)原因：風(fēng)電運(yùn)營商表示，在雷擊同時(shí)，風(fēng)電場(chǎng)探測(cè)到了與雷電關(guān)聯(lián)的異常電壓波動(dòng)；風(fēng)電場(chǎng)本應(yīng)參與控制這個(gè)波動(dòng)，但是很快電壓波動(dòng)就在風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)蔓延，造成保護(hù)動(dòng)作切除風(fēng)機(jī)。Hornsea海上風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)的詳細(xì)原因目前仍在調(diào)查分析中。
（3） Little Barford電廠切機(jī)原因：運(yùn)營商RWE表示Little Barford電廠汽輪機(jī)(ST1C)首先切除的原因?yàn)闄C(jī)組的3個(gè)轉(zhuǎn)速信號(hào)不一致，推測(cè)可能是雷電沖擊造成機(jī)組轉(zhuǎn)速測(cè)量裝置受擾導(dǎo)致；約1分鐘后，原動(dòng)機(jī)蒸汽壓力過高造成燃?xì)鈾C(jī)組GT1A保護(hù)動(dòng)作切機(jī)；30 s后，由于蒸汽壓過高，運(yùn)行人員手動(dòng)切除了燃?xì)鈾C(jī)組GT1B。
（4）分布式電源脫網(wǎng)原因：英國電網(wǎng)分布式電源主要包括光伏、小燃機(jī)、小內(nèi)燃機(jī)等，其均配備有防孤島保護(hù)，策略主要有頻率變化率保護(hù)（RoCoF，0.125 Hz/s）和向量偏移保護(hù)（vector shift）2種，且2種防孤島保護(hù)策略均對(duì)輸電網(wǎng)故障較為敏感。因此，英國國家電網(wǎng)NationalgridESO認(rèn)為，雷擊短路故障后分布式電源保護(hù)動(dòng)作脫網(wǎng)是符合預(yù)期的。
（5）系統(tǒng)頻率下跌觸發(fā)低頻減載原因：本次事故發(fā)生前，英國電網(wǎng)風(fēng)電、直流等電力電子并網(wǎng)電源出力占比超過40%，系統(tǒng)穩(wěn)定性較弱；在線路故障后，Hornsea和Little Barford 2座電廠的部分機(jī)組幾乎同時(shí)脫網(wǎng)，共損失功率981 MW，分布式電源脫網(wǎng)損失功率約500 MW，系統(tǒng)功率缺額遠(yuǎn)大于系統(tǒng)預(yù)留的1000 MW頻率響應(yīng)能力，進(jìn)而造成系統(tǒng)頻率跌破49.5 Hz的頻率合格下限，跌落至49.1 Hz；在系統(tǒng)頻率響應(yīng)措施的支撐作用下，系統(tǒng)頻率略有回升，達(dá)到4.92 Hz，但在故障約50 s后由于機(jī)組一次調(diào)頻蓄能耗盡造成頻率二次緩慢下跌，加之Little Barford電廠GT1A機(jī)組脫網(wǎng)損失210 MW功率，最終使系統(tǒng)頻率跌落至48.8 Hz，觸發(fā)低頻減載首輪動(dòng)作，切除全網(wǎng)約5%的負(fù)荷。英國電網(wǎng)低頻減載系統(tǒng)共有9個(gè)輪次，觸發(fā)頻率涵蓋從48.8 Hz至47.8 Hz的頻段。
（6）重要負(fù)荷失電原因：本次事故中部分鐵路、Ipswich醫(yī)院和Newcastle機(jī)場(chǎng)失電，造成了較大的社會(huì)影響。據(jù)英國電網(wǎng)配電運(yùn)行商表示，Newcastle機(jī)場(chǎng)在本次事故中確被低頻減載系統(tǒng)切除，已在8月12日將其從低頻減載系統(tǒng)中移出；但低頻減載系統(tǒng)并未切除Ipswich醫(yī)院和鐵路系統(tǒng)負(fù)荷，Ipswich醫(yī)院負(fù)荷損失是醫(yī)院內(nèi)部保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作所致，鐵路系統(tǒng)有2座直流牽引站由于頻率相關(guān)原因而斷電，60余列700和717型列車則是由于其內(nèi)部保護(hù)動(dòng)作而失電。
