大停電事故是現(xiàn)代社會(huì)的災(zāi)難。2012年印度大停電、2006年歐洲大停電、2003年美加大停電帶來(lái)的教訓(xùn)仍然令人印象深刻。但在2016年9月28日，澳大利亞南澳州發(fā)生了一起大停電事故，給當(dāng)?shù)厝嗣裆睢⒔?jīng)濟(jì)發(fā)展都帶來(lái)了巨大影響。
現(xiàn)如今，即使是在落后國(guó)家也很少發(fā)生因?yàn)閻毫犹鞖鈱?dǎo)致省級(jí)電網(wǎng)一片黑暗的事故。為什么會(huì)發(fā)生如此嚴(yán)重的事件？此次南澳全州停電事件非常值得反思。
事件回放
南澳大利亞州（South Australia）簡(jiǎn)稱(chēng)南澳州，位于澳大利亞中南部，總面積約104.3萬(wàn)平方公里，占澳大利亞大陸總面積的1/8，是唯一與澳大利亞大陸上所有州都接壤的一個(gè)州。
事故發(fā)生當(dāng)天，南澳州全州用電負(fù)荷為1895兆瓦，其中風(fēng)力發(fā)電883兆瓦，燃?xì)獍l(fā)電330兆瓦，維州通過(guò)兩條電力聯(lián)絡(luò)線Heywood送入613兆瓦，一起為南澳85萬(wàn)用戶(hù)提供電力供應(yīng)。極端惡劣天氣使南澳電網(wǎng)在88秒之內(nèi)遭受5次系統(tǒng)故障，導(dǎo)致州內(nèi)275千伏、132千伏線路倒塔20座，共4條275千伏輸電線路和1條132千伏輸電線路跳閘停運(yùn)，共發(fā)生大幅度電壓擾動(dòng)6次，引發(fā)9座風(fēng)電廠共計(jì)445兆瓦的風(fēng)力發(fā)電脫網(wǎng)。風(fēng)電場(chǎng)出力突然大幅度損失使得與維州相連的一條聯(lián)絡(luò)線Heywood嚴(yán)重過(guò)載跳閘。南澳洲此時(shí)剩余發(fā)電容量不足以應(yīng)對(duì)瞬間900兆瓦電力供應(yīng)減少，突然大規(guī)模的出力損失超出低頻減載裝置反應(yīng)速度，低頻減載保護(hù)未及時(shí)啟動(dòng)切負(fù)荷，在首次輸電線路故障發(fā)生僅2分鐘后，系統(tǒng)頻率崩潰，南澳電網(wǎng)全停。事故發(fā)生后，在AEMO（Australia Energy Market Operator）指導(dǎo)下，位于托倫斯島（Torrensisland）的電廠首先啟動(dòng)，逐步恢復(fù)部分負(fù)荷和輸電系統(tǒng)，然后通過(guò)Heywood聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)大部分電力供應(yīng)。經(jīng)過(guò)十幾小時(shí)的搶修，80～90%的用戶(hù)恢復(fù)供電。
成因分析一：
能源結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來(lái)挑戰(zhàn)
近年來(lái)，南澳州大力發(fā)展可再生能源替代傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電，這對(duì)維持全州電力安全穩(wěn)定供應(yīng)提出了很大挑戰(zhàn)。另外，由于分布式太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)和家庭電池儲(chǔ)能裝置日益普及，用戶(hù)從電網(wǎng)獲取電量逐漸減少。截至2016年5月，南澳已經(jīng)關(guān)停所有常規(guī)燃煤機(jī)組，僅剩燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)電。根據(jù)南澳輸電公司預(yù)測(cè)，未來(lái)三年，南澳電力基荷期貨價(jià)格為100澳元/兆瓦時(shí)，而同期的新州和維州的價(jià)格則在55～65澳元/兆瓦時(shí)之間。在同一個(gè)電力市場(chǎng)內(nèi)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，南澳必定會(huì)通過(guò)與東部州的聯(lián)絡(luò)線（與西部和北部及南部聯(lián)網(wǎng)距離更遠(yuǎn)）輸送盡可能多的電力。在某些極端時(shí)段下，南澳用電需求較小，可再生能源出力較大，南澳州從州際聯(lián)絡(luò)線受入負(fù)荷較大時(shí)，南澳電網(wǎng)自身慣性容量一定不足（即常規(guī)電源開(kāi)機(jī)不足），一旦發(fā)生南澳電網(wǎng)故障或者州級(jí)聯(lián)絡(luò)線故障，必然增大系統(tǒng)崩潰的可能性。
從1998年到2013年，澳大利亞電力市場(chǎng)交易逐步實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化，南澳是澳洲電力變革的先行兵，計(jì)劃在2025年前率先達(dá)到可再生能源占比50%的目標(biāo)。南澳電網(wǎng)作為省（州）級(jí)電網(wǎng)，目前可再生能源占比在世界上名列前茅。但大規(guī)模可再生能源的并網(wǎng)接入并沒(méi)有充分考慮到電網(wǎng)安全問(wèn)題，或者即使已經(jīng)意識(shí)到了安全隱患，也沒(méi)有足夠的機(jī)制或者有效的動(dòng)力來(lái)解決問(wèn)題。一旦遇到惡劣天氣，電網(wǎng)發(fā)生多重故障時(shí)，很難保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。
成因分析二：
網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱
南澳電網(wǎng)是典型的受端電網(wǎng)，除因環(huán)保因素考慮停用燃煤電廠外，州內(nèi)用電主要靠可再生能源和天然氣發(fā)電平衡，其中風(fēng)力發(fā)電總量占比更是高達(dá)近40%。其外部受入電力僅靠單一通道上的兩條275千伏線路，兩條線路經(jīng)常處于重載運(yùn)行的狀態(tài)。在9月28日的這種極端天氣情況下，因風(fēng)機(jī)未能經(jīng)受住連續(xù)的系統(tǒng)故障而大量甩負(fù)荷甚至脫網(wǎng)，造成南澳對(duì)外聯(lián)絡(luò)線路過(guò)載而引發(fā)連鎖跳閘，最后導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。本次大停電引發(fā)了相關(guān)企業(yè)用戶(hù)和民眾的強(qiáng)烈不滿(mǎn)，一方面，南澳電價(jià)比其他州高出了50%以上，另一方面是用電可靠性遠(yuǎn)低于其他州。
事實(shí)上，南澳電網(wǎng)孤網(wǎng)運(yùn)行在歷史上已經(jīng)發(fā)生過(guò)10次，但監(jiān)管機(jī)構(gòu)為不推高電價(jià)上升，嚴(yán)格核算輸配電公司的基建投資、運(yùn)行維護(hù)和投資回報(bào)（對(duì)每個(gè)輸配電公司，每5年作為一個(gè)監(jiān)管期，發(fā)布一次監(jiān)管收入），致使電網(wǎng)建設(shè)嚴(yán)重滯后，80%的輸電線路運(yùn)行超過(guò)40年，輸變?cè)O(shè)備嚴(yán)重老化，很難承受重大自然災(zāi)害的襲擊。如果南澳電網(wǎng)能夠加快建設(shè)新的對(duì)外聯(lián)絡(luò)線路，發(fā)生此類(lèi)事故的概率將大大降低。
事故給我們帶來(lái)哪些啟示
電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱往往是發(fā)生大停電事故的根本原因。堅(jiān)強(qiáng)的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是抵御電網(wǎng)故障，防止大面積停電事故發(fā)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。分析本次事故的原因，電力系統(tǒng)應(yīng)從“源-網(wǎng)-荷”多個(gè)層級(jí)提升系統(tǒng)防御大停電的能力。
第一，需加強(qiáng)電源端管理工作。加強(qiáng)機(jī)組的并網(wǎng)管理，尤其是機(jī)組的勵(lì)磁、調(diào)速、一次調(diào)頻等配置和性能。針對(duì)風(fēng)電場(chǎng)，應(yīng)對(duì)其高頻、低頻、過(guò)電壓、低電壓等性能進(jìn)行明確規(guī)定，尤其是提升風(fēng)機(jī)的低電壓穿越能力，確保風(fēng)機(jī)在端電壓降低到一定值的情況下不脫離電網(wǎng)還能繼續(xù)運(yùn)行，在系統(tǒng)受到大的擾動(dòng)時(shí)減少對(duì)系統(tǒng)的進(jìn)一步?jīng)_擊。
第二，要強(qiáng)化電網(wǎng)防控手段建設(shè)。部署系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和在線預(yù)警系統(tǒng)。歷次大停電事故表明，大停電事故往往是由于極端天氣誘發(fā)，外部風(fēng)險(xiǎn)可能帶來(lái)的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)未得到有效預(yù)警、未及時(shí)采取措施的情況下發(fā)生的。
第三，要補(bǔ)充加強(qiáng)三道防線建設(shè)。第一道防線的技術(shù)措施主要是繼電保護(hù)（包括重合閘、電氣制動(dòng)等）；第二道防線主要是按穩(wěn)定判據(jù)決定切機(jī)、切負(fù)荷以及連鎖切機(jī)、切負(fù)荷等；第三道防線主要是低頻、低壓減負(fù)荷、振蕩解列等。
第四，提升負(fù)荷控制能力。隨著特高壓直流輸電通道的逐步投入運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)有依靠同步發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)大功率缺失的電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行方式提出一定挑戰(zhàn)，需要輔助以負(fù)荷調(diào)節(jié)控制手段。
另外，還要重視黑啟動(dòng)預(yù)案編制和演練。作為電力系統(tǒng)安全措施的最后一條，必須制定適合本網(wǎng)情況的黑啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，在黑啟動(dòng)過(guò)程中，應(yīng)按照負(fù)荷的重要等級(jí)，并考慮電網(wǎng)的穩(wěn)定及恢復(fù)速度有序恢復(fù)。
點(diǎn)評(píng)
其實(shí)，早在2014年，AEMO的報(bào)告就指出，依靠大量風(fēng)電來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤機(jī)組維持整個(gè)州的電力供應(yīng)存在系統(tǒng)崩潰的風(fēng)險(xiǎn)。今年8月份，AEMO再次警告，現(xiàn)有的應(yīng)急頻率調(diào)控方案已經(jīng)不足以應(yīng)對(duì)停電風(fēng)險(xiǎn)。但當(dāng)?shù)卣碗娏Σ块T(mén)太多依賴(lài)可再生能源所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益，因此并未采取及時(shí)有效的措施避免大停電事故的發(fā)生。推進(jìn)節(jié)能減排，落實(shí)聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)的承諾，大規(guī)模發(fā)展可再生能源是大勢(shì)所趨；依靠電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電力資源在更大范圍的優(yōu)化配置也是適應(yīng)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律的體現(xiàn)。聯(lián)系國(guó)內(nèi)外實(shí)際，就是要建立一個(gè)公平、開(kāi)放、透明的電力交易市場(chǎng)。開(kāi)放電力市場(chǎng)并非意味著電價(jià)下降，電力市場(chǎng)交易工作應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)市場(chǎng)化的要求，保障交易機(jī)構(gòu)發(fā)揮出應(yīng)有的作用，努力擴(kuò)大市場(chǎng)化交易規(guī)模，提升市場(chǎng)服務(wù)水平，促進(jìn)能源資源大范圍優(yōu)化配置，加強(qiáng)交易技術(shù)支撐平臺(tái)建設(shè)和應(yīng)用。