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)電力供應中斷，波及超過5000萬人，西班牙進入國家緊急狀態(tài)。本次大停電事件是歐洲能源轉型以來發(fā)生的規(guī)模最大的停電事故。論文依據(jù)官方發(fā)布的初步報告，梳理了大停電的發(fā)展過程，分析事故原因；最后結合我國新型電力系統(tǒng)的建設情況，提出本次事故對我國電網(wǎng)的發(fā)展和運行啟示。
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)運行造成大的影響。
12:00-12:30電網(wǎng)振蕩情況
第一次振蕩(強迫振蕩)。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)內部電源引起的強迫振蕩，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)為半島機組與歐洲大陸機組之間的振蕩。西班牙REE又按照預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、巴達霍斯和塞維利亞地區(qū)觀察到多次電源脫網(wǎng)，初步估計發(fā)電損失2.2GW，主要為新能源；由于上述事件，西班牙境內電壓再度升高，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)絡線兩側系統(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)絡線功率達到靜態(tài)穩(wěn)定極限；12:33:21，西班牙和法國之間的交流聯(lián)絡線通過保護裝置斷開。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一步下降。
12:33:22，頻率降至47.79Hz，核電機組和聯(lián)合循環(huán)燃氣機組相繼跳閘；此時，部分節(jié)點電壓已超過460kV，過電壓嚴重。
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行；12:33:27，400kV電網(wǎng)電壓降至1kV以下，半島進入全網(wǎng)大停電狀態(tài)。
整個事故的關鍵事件如圖3所示。
圖3 4.28大停電關鍵事件時序圖
3 事故原因分析和探討
基于該事故過程，分析了以下4點原因。
1）強迫振蕩應對不當，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)的強迫振蕩。但系統(tǒng)操作員沒有區(qū)分不同性質的振蕩，仍沿用了應對傳統(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)的運行電壓。兩次振蕩抑制措施的疊加，使系統(tǒng)電壓運行在安全邊界，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要求增加調壓機組，但受限于啟動時間，未能在系統(tǒng)崩潰前投入運行。根據(jù)2014年西班牙皇家法令，RCW電源(可再生能源、熱電聯(lián)產和廢棄物發(fā)電)按恒定功率因數(shù)運行，因此新能源機組不參與電壓調節(jié)。
4）新能源機組抗擾能力弱，大范圍脫網(wǎng)。在系統(tǒng)電壓波動過程中，部分新能源機組因控制策略不完善、保護配置不合理表現(xiàn)出明顯的脆弱性，導致多次電源脫網(wǎng)。巴達霍斯、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；部分新能源設備缺乏足夠的延時設置，輕微過電壓便觸發(fā)保護動作，引發(fā)電源連鎖脫網(wǎng)，不滿足西班牙政府關于新能源發(fā)電設施并網(wǎng)的技術要求。
基于以上事故原因分析，探討以下3個問題。
1）關于事故連鎖機理。12:32:57-12:33:17的初期擾動引發(fā)部分新能源機組脫網(wǎng)，由于新能源機組按定功率因數(shù)運行，并運行在吸收無功功率狀態(tài)，機組脫網(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，導致更多機組因高電壓進一步脫網(wǎng)；系統(tǒng)頻率下降到一定程度后，低頻減載啟動，負荷減少也導致線路輕載，進一步推高了系統(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）關于慣量的作用。慣量反映系統(tǒng)維持原本運行狀態(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)，關鍵是要新能源留足能快速調用的備用，才能保證頻率穩(wěn)定。西班牙REE發(fā)布的分析報告認為，大停電的根本原因并非系統(tǒng)慣量不足。
3）關于穩(wěn)定控制系統(tǒng)的效果。大停電期間，系統(tǒng)內現(xiàn)有的各項穩(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)定機理，夯實安全基礎。全面把握新能源發(fā)電的隨機性、波動性、間歇性、脆弱性和不可調控性，強化氣象電力學、電力電子學以及新型電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定機制等基礎研究，深入掌握系統(tǒng)的動態(tài)特性和故障演化機理，精準掌握系統(tǒng)安全穩(wěn)定本質。強化系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)識別與動態(tài)穩(wěn)定評估，特別是已暴露的運行隱患，要深入剖析成因。
增強新能源支撐能力，完善電壓調控機制。新能源電力電子裝備的脆弱性亟須系統(tǒng)性解決，新能源場站應具備無功功率調節(jié)能力、自動電壓控制能力和一次調頻能力。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，關鍵時刻還要“穩(wěn)得住、頂?shù)蒙稀薄?/span>
優(yōu)化電網(wǎng)結構，健全安全穩(wěn)定防控體系。新型電力系統(tǒng)構建過程中，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)，進而引發(fā)全國大停電風險，認真研究區(qū)域大電網(wǎng)發(fā)展的技術路線和電網(wǎng)結構，構建分層分區(qū)、新能源大基地與主網(wǎng)可分可合的清晰網(wǎng)架結構；加快發(fā)展適應新能源為主體的大電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制技術，針對不同穩(wěn)定問題，要避免“一刀切”式應對，確?？刂拼胧┘扔行Ы鉀Q當前問題，又不引發(fā)新的安全穩(wěn)定風險，構建更具韌性和主動性的電網(wǎng)防御體系。
嚴格執(zhí)行安全標準，健全法律法規(guī)保障體系。保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，必須嚴格貫徹落實《電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定導則》、《電力系統(tǒng)技術導則》等國家和行業(yè)標準；對于非強制性標準中對新能源的要求，推動納入到強制標準，使新能源、儲能等成為電力系統(tǒng)安全的責任主體；結合新型電力系統(tǒng)發(fā)展出現(xiàn)的新問題、新現(xiàn)象，及時制修訂相關的新標準。
5 結語
本文從采取的振蕩抑制措施、新能源支撐能力、電壓調節(jié)機制等方面分析了事故成因。我國新型電力系統(tǒng)的構建必須堅持以安全為前提，切實防范系統(tǒng)性大停電風險，保障面向“雙碳”目標的新型電力系統(tǒng)的安全可靠運行。
