经典案例分析：如何防止一场大停电的发生？

大停电事故是现代社会的灾难。2012年印度大停电、2006年欧洲大停电、2003年美加大停电带来的教训仍然令人印象深刻。但在2016年9月28日，澳大利亚南澳州发生了一起大停电事故，给当地人民生活、经济发展都带来了巨大影响。

现如今，即使是在落后国家也很少发生因为恶劣天气导致省级电网一片黑暗的事故。为什么会发生如此严重的事件?此次南澳全州停电事件非常值得反思。

本文转载自“国家电网杂志”微信公众平台 ID：gjdwzz。

事件回放

南澳大利亚州(South Australia)简称南澳州，位于澳大利亚中南部，总面积约104.3万平方公里，占澳大利亚大陆总面积的1/8，是唯一与澳大利亚大陆上所有州都接壤的一个州。

事故发生当天，南澳州全州用电负荷为1895兆瓦，其中风力发电883兆瓦，燃气发电330兆瓦，维州通过两条电力联络线Heywood送入613兆瓦，一起为南澳85万用户提供电力供应。极端恶劣天气使南澳电网在88秒之内遭受5次系统故障，导致州内275千伏、132千伏线路倒塔20座，共4条275千伏输电线路和1条132千伏输电线路跳闸停运，共发生大幅度电压扰动6次，引发9座风电厂共计445兆瓦的风力发电脱网。风电场出力突然大幅度损失使得与维州相连的一条联络线Heywood严重过载跳闸。南澳洲此时剩余发电容量不足以应对瞬间900兆瓦电力供应减少，突然大规模的出力损失超出低频减载装置反应速度，低频减载保护未及时启动切负荷，在首次输电线路故障发生仅2分钟后，系统频率崩溃，南澳电网全停。事故发生后，在AEMO(Australia Energy Market Operator)指导下，位于托伦斯岛(Torrens island)的电厂首先启动，逐步恢复部分负荷和输电系统，然后通过Heywood联络线恢复大部分电力供应。经过十几小时的抢修，80～90%的用户恢复供电。

成因分析一：能源结构调整带来挑战

近年来，南澳州大力发展可再生能源替代传统的化石能源发电，这对维持全州电力安全稳定供应提出了很大挑战。另外，由于分布式太阳能光伏系统和家庭电池储能装置日益普及，用户从电网获取电量逐渐减少。截至2016年5月，南澳已经关停所有常规燃煤机组，仅剩燃气机组发电。根据南澳输电公司预测，未来三年，南澳电力基荷期货价格为100澳元/兆瓦时，而同期的新州和维州的价格则在55～65澳元/兆瓦时之间。在同一个电力市场内，根据经济规律，南澳必定会通过与东部州的联络线(与西部和北部及南部联网距离更远)输送尽可能多的电力。在某些极端时段下，南澳用电需求较小，可再生能源出力较大，南澳州从州际联络线受入负荷较大时，南澳电网自身惯性容量一定不足(即常规电源开机不足)，一旦发生南澳电网故障或者州级联络线故障，必然增大系统崩溃的可能性。

从1998年到2013年，澳大利亚电力市场交易逐步实现市场化，南澳是澳洲电力变革的先行兵，计划在2025年前率先达到可再生能源占比50%的目标。南澳电网作为省(州)级电网，目前可再生能源占比在世界上名列前茅。但大规模可再生能源的并网接入并没有充分考虑到电网安全问题，或者即使已经意识到了安全隐患，也没有足够的机制或者有效的动力来解决问题。一旦遇到恶劣天气，电网发生多重故障时，很难保证电网安全稳定运行。

成因分析二：网架结构薄弱

南澳电网是典型的受端电网，除因环保因素考虑停用燃煤电厂外，州内用电主要靠可再生能源和天然气发电平衡，其中风力发电总量占比更是高达近40%。其外部受入电力仅靠单一通道上的两条275千伏线路，两条线路经常处于重载运行的状态。在9月28日的这种极端天气情况下，因风机未能经受住连续的系统故障而大量甩负荷甚至脱网，造成南澳对外联络线路过载而引发连锁跳闸，最后导致系统崩溃。本次大停电引发了相关企业用户和民众的强烈不满，一方面，南澳电价比其他州高出了50%以上，另一方面是用电可靠性远低于其他州。

事实上，南澳电网孤网运行在历史上已经发生过10次，但监管机构为不推高电价上升，严格核算输配电公司的基建投资、运行维护和投资回报(对每个输配电公司，每5年作为一个监管期，发布一次监管收入)，致使电网建设严重滞后，80%的输电线路运行超过40年，输变设备严重老化，很难承受重大自然灾害的袭击。如果南澳电网能够加快建设新的对外联络线路，发生此类事故的概率将大大降低。

事故给我们带来哪些启示

电网结构薄弱往往是发生大停电事故的根本原因。坚强的网架结构是抵御电网故障，防止大面积停电事故发生的物质基础。分析本次事故的原因，电力系统应从“源-网-荷”多个层级提升系统防御大停电的能力。

第一，需加强电源端管理工作。加强机组的并网管理，尤其是机组的励磁、调速、一次调频等配置和性能。针对风电场，应对其高频、低频、过电压、低电压等性能进行明确规定，尤其是提升风机的低电压穿越能力，确保风机在端电压降低到一定值的情况下不脱离电网还能继续运行，在系统受到大的扰动时减少对系统的进一步冲击。

第二，要强化电网防控手段建设。部署系统风险辨识和在线预警系统。历次大停电事故表明，大停电事故往往是由于极端天气诱发，外部风险可能带来的系统风险未得到有效预警、未及时采取措施的情况下发生的。

第三，要补充加强三道防线建设。第一道防线的技术措施主要是继电保护(包括重合闸、电气制动等);第二道防线主要是按稳定判据决定切机、切负荷以及连锁切机、切负荷等;第三道防线主要是低频、低压减负荷、振荡解列等。

第四，提升负荷控制能力。随着特高压直流输电通道的逐步投入运行，对现有依靠同步发电机调节大功率缺失的电网调度运行方式提出一定挑战，需要辅助以负荷调节控制手段。

另外，还要重视黑启动预案编制和演练。作为电力系统安全措施的最后一条，必须制定适合本网情况的黑启动应急预案，在黑启动过程中，应按照负荷的重要等级，并考虑电网的稳定及恢复速度有序恢复。

点评

其实，早在2014年，AEMO的报告就指出，依靠大量风电来代替传统燃煤机组维持整个州的电力供应存在系统崩溃的风险。今年8月份，AEMO再次警告，现有的应急频率调控方案已经不足以应对停电风险。但当地政府和电力部门太多依赖可再生能源所带来的经济效益，因此并未采取及时有效的措施避免大停电事故的发生。推进节能减排，落实联合国气候变化大会的承诺，大规模发展可再生能源是大势所趋;依靠电网实现电力资源在更大范围的优化配置也是适应市场经济规律的体现。联系国内外实际，就是要建立一个公平、开放、透明的电力交易市场。开放电力市场并非意味着电价下降，电力市场交易工作应主动适应市场化的要求，保障交易机构发挥出应有的作用，努力扩大市场化交易规模，提升市场服务水平，促进能源资源大范围优化配置，加强交易技术支撑平台建设和应用。

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