西班牙大停電后,歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò) (European Network of Transmission System Operators for Electricity,ENTSO-E) 迅速組建了一個(gè)專家小組,仔細(xì)研究來(lái)自西班牙電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商和發(fā)電商的數(shù)據(jù),以找出 4 月份究竟發(fā)生了什么。剛剛,ENTSO-E發(fā)布了初步調(diào)查結(jié)果,以下為報(bào)告全文。
一
引言
2025年4月28日歐洲中部夏令時(shí)間12:33,西班牙和葡萄牙的電力系統(tǒng)發(fā)生大面積停電。法國(guó)靠近西班牙邊境的一小片區(qū)域也在短時(shí)間內(nèi)受到影響。
本頁(yè)面匯總了此次事件的綜合信息,包括受影響區(qū)域、初步事件經(jīng)過(guò)、恢復(fù)過(guò)程,以及為調(diào)查原因而成立的專家小組的詳細(xì)情況。隨著調(diào)查推進(jìn),將進(jìn)一步更新信息。
二
受影響區(qū)域
停電波及整個(gè)伊比利亞半島,即西班牙和葡萄牙全境。此外,法國(guó)與西班牙接壤的一小片地區(qū)也在短時(shí)間內(nèi)遭遇供電中斷;若干工業(yè)用戶和發(fā)電廠受到影響,其中最引人注目的是一座核電機(jī)組,幾乎與伊比利亞半島事故同時(shí)跳閘。除上述區(qū)域外,歐洲大陸電網(wǎng)的其余部分未出現(xiàn)明顯擾動(dòng)。
三
事件初步時(shí)間線
根據(jù)目前已掌握的信息,已整理出停電前一系列復(fù)雜事件的初步時(shí)間線。最終的事件順序?qū)⒂蓪<倚〗M在事實(shí)報(bào)告中予以確定,并在隨后發(fā)布的最終報(bào)告中進(jìn)行深入分析和提出建議。
4月28日上午系統(tǒng)狀況(09:00 – 12:00 CEST)
4月27日夜間至28日凌晨,伊比利亞電力系統(tǒng)運(yùn)行正常,電壓曲線未見(jiàn)明顯異常。自約09:00 CEST起,西班牙境內(nèi)的電壓開(kāi)始呈現(xiàn)波動(dòng)性上升,但直至10:30 CEST仍未出現(xiàn)顯著越限。自10:30 CEST起,電壓波動(dòng)幅度明顯增大,如圖2a與圖2b所示;輸電系統(tǒng)電壓始終未超過(guò)運(yùn)行上限1。
1420 kV 為葡萄牙正常運(yùn)行的上限電壓(紅色虛線)。在西班牙,《官方運(yùn)行規(guī)程1.4》第3.2節(jié)規(guī)定:“節(jié)點(diǎn)電壓——正常運(yùn)行條件下,400 kV 級(jí)連接節(jié)點(diǎn)的電壓應(yīng)介于390 kV至420 kV之間;220 kV 級(jí)節(jié)點(diǎn)電壓應(yīng)介于205 kV至245 kV之間。特殊情況下,400 kV 級(jí)最高可達(dá)435 kV,最低可至375 kV;220 kV 級(jí)最低可至200 kV。任何直接接入輸電網(wǎng)的設(shè)備必須能夠承受上述電壓而不損壞或跳閘。”
圖4以可視化方式展示了歐洲中部夏令時(shí)間12:00時(shí)西班牙和葡萄牙400 kV電網(wǎng)的電壓分布(400 kV對(duì)應(yīng)1 p.u.)。在經(jīng)歷了前述電壓波動(dòng)之后,此時(shí)電壓再次接近400 kV。
事故發(fā)生前的系統(tǒng)狀況(12:00 – 12:30 CEST)
在停電發(fā)生前的半小時(shí)內(nèi),歐洲大陸同步電網(wǎng)(CE SA)出現(xiàn)了兩段主要振蕩(功率、電壓和頻率波動(dòng))。
第一段振蕩發(fā)生于12:03至12:07 CEST。根據(jù)現(xiàn)有信息的初步分析,這是一次由外部源(一座發(fā)電廠)引起的局部強(qiáng)迫振蕩,主導(dǎo)頻率為0.64 Hz,主要影響西班牙和葡萄牙電網(wǎng)。如圖5所示,該強(qiáng)迫振蕩也以較小幅度激發(fā)了“東-中-西”區(qū)間振蕩模態(tài)(頻率0.21 Hz)。
該振蕩的模態(tài)形態(tài)(即一種應(yīng)用于廣域測(cè)量系統(tǒng)(WAMS)數(shù)據(jù)、可顯示振蕩模態(tài)“方向”的技術(shù))表明,這是伊比利亞半島電網(wǎng)內(nèi)兩個(gè)發(fā)電集群之間的局部振蕩模式:一個(gè)集群位于西班牙東北部,另一個(gè)位于西班牙西南部及葡萄牙境內(nèi)。圖6中可見(jiàn)振蕩向量呈約60°夾角,清晰地反映了這兩個(gè)區(qū)域的相對(duì)擺動(dòng);這兩個(gè)區(qū)域的形成源于發(fā)電機(jī)組所感受到的高阻抗路徑。
為抑制這些振蕩,相關(guān)輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TSO)的控制中心按照既定運(yùn)行規(guī)程采取了多項(xiàng)緩解措施:
·投入線路以降低系統(tǒng)阻抗、提升發(fā)電機(jī)穩(wěn)定性;
·將西班牙—法國(guó)高壓直流(HVDC)聯(lián)絡(luò)線設(shè)定為固定功率運(yùn)行模式,該措施對(duì)抑制振蕩具有顯著效果;
·減少西法之間的潮流,作為進(jìn)一步降低伊比利亞半島相對(duì)于歐洲大陸其余部分慣量中心角度的對(duì)策;
·此外,還進(jìn)行了并聯(lián)電抗器操作,以恢復(fù)在振蕩過(guò)程中短暫跌至低值的電壓。
多家接入西班牙輸電系統(tǒng)的發(fā)電企業(yè)均確認(rèn),其機(jī)組上可清晰觀察到上述振蕩。
第二次振蕩發(fā)生在12:19 至 12:22 CEST 之間,為頻率 0.21 Hz 的區(qū)間振蕩,對(duì)應(yīng)于眾所周知的“東—中—西”歐洲大陸振蕩模式。
第二次振蕩的模態(tài)形態(tài)顯示,其振蕩向量方向一致(見(jiàn)圖7),明確體現(xiàn)了區(qū)間振蕩的特征:整個(gè)伊比利亞半島以相干的、相近的幅值,與歐洲大陸其余電網(wǎng)發(fā)生相對(duì)振蕩。
第二次振蕩通過(guò)進(jìn)一步的反向交易措施得到有效抑制:這些措施再次減少了西班牙與法國(guó)之間的潮流,并通過(guò)投運(yùn)西班牙南部的內(nèi)部線路實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。
圖9展示了伊比利亞系統(tǒng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)相對(duì)于“法西邊境參考點(diǎn)”的電壓相角在12:00 CEST后的演變過(guò)程。第一次振蕩后所采取的對(duì)策效果在12:10 CEST清晰可見(jiàn):此時(shí)西班牙境內(nèi)各節(jié)點(diǎn)之間的相角顯著縮小;然而,閉合線路的必然結(jié)果是向系統(tǒng)注入更多無(wú)功功率,導(dǎo)致電壓上升。
在第一次措施后,由于西班牙與法國(guó)之間的交換功率增加,12:15 CEST時(shí)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓相角又回到第一次振蕩前的水平,從而抵消了此前的反向交易效果。相角的再度擴(kuò)大為第二次振蕩創(chuàng)造了條件。
第二次振蕩過(guò)后,電壓已回到390–420 kV區(qū)間,隨后又有所升高,但仍處于輸電網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行電壓范圍內(nèi)。此時(shí),西班牙的全部國(guó)際計(jì)劃外送潮流為:向法國(guó)輸出1,000 MW,向葡萄牙輸出2,000 MW,向摩洛哥輸出800 MW。
四
事故期間事件順序
下圖11顯示了自12:32 CEST起西班牙電壓及其凈有功功率交換位置的變化。圖中可見(jiàn),當(dāng)西班牙凈有功功率交換位置開(kāi)始下降時(shí),電壓開(kāi)始升高。專家小組正在研究此次電壓升高與以下可能原因(非窮盡列表)之間是否存在關(guān)聯(lián)及其關(guān)聯(lián)程度:(i)發(fā)電機(jī)因固定功率因數(shù)運(yùn)行而降低有功功率,導(dǎo)致其無(wú)功功率吸收減少;和/或(ii)輸電線路因潮流減輕而降低無(wú)功功率吸收;和/或(iii)配電網(wǎng)無(wú)功功率注入增加。由于有功功率(因而無(wú)功功率吸收)的削減主要集中在系統(tǒng)南部,導(dǎo)致向法國(guó)輸出的潮流需經(jīng)過(guò)更長(zhǎng)且負(fù)載更輕的輸電通道,這一因素可能進(jìn)一步加劇了上述潛在關(guān)聯(lián)。
目前已有的初步數(shù)據(jù)表明,在12:32:00 至 12:32:57 CEST 電壓升高之后,事件按以下時(shí)間順序發(fā)生。在此之前,輸電網(wǎng)絡(luò)電壓仍低于運(yùn)行上限。
12:32:57 CEST
格拉納達(dá)地區(qū)發(fā)生首起事件:一臺(tái)連接多座光伏電站、風(fēng)電場(chǎng)和光熱電站至主網(wǎng)的發(fā)電變壓器因低壓側(cè)故障跳閘,該變壓器當(dāng)時(shí)注入功率為 355 MW。變壓器跳閘導(dǎo)致部分機(jī)組因過(guò)頻、部分機(jī)組因過(guò)壓而相繼脫網(wǎng),電廠運(yùn)行人員已對(duì)此予以確認(rèn)。
12:33:16 CEST
第二起事件發(fā)生在巴達(dá)霍斯地區(qū):兩座 400 kV 變電站所接光伏和光熱設(shè)施相繼跳閘,合計(jì)損失出力約 720 MW。
12:33:17 CEST
第三起事件在一秒內(nèi)多點(diǎn)并發(fā):塞哥維亞、韋爾瓦等地的風(fēng)電場(chǎng),巴達(dá)霍斯、塞維利亞、卡塞雷斯和韋爾瓦等地的光伏電站,以及巴達(dá)霍斯的光熱電站等多個(gè)場(chǎng)站相繼脫網(wǎng),其他地點(diǎn)亦有發(fā)電機(jī)跳閘,總計(jì)損失出力逾 1100 MW;此數(shù)據(jù)已通過(guò)頻率變化得到確認(rèn)。
上述三起事件的具體原因仍在進(jìn)一步調(diào)查中。同一時(shí)間段內(nèi),葡萄牙與法國(guó)未出現(xiàn)發(fā)電機(jī)組跳閘。由于上述事件,西班牙境內(nèi)電壓再度升高,并帶動(dòng)葡萄牙電壓同步上升,而系統(tǒng)頻率則出現(xiàn)下降。
12:33:18 至 12:33:21 CEST
西班牙南部電網(wǎng)電壓急劇升高,并隨之波及葡萄牙。過(guò)電壓引發(fā)連鎖反應(yīng),導(dǎo)致大量發(fā)電機(jī)組脫網(wǎng),西班牙與葡萄牙系統(tǒng)頻率迅速下跌。
12:33:19 CEST
西班牙與葡萄牙電網(wǎng)開(kāi)始與歐洲大陸電網(wǎng)失步。
12:33:19 至 12:33:22 CEST
西班牙和葡萄牙依據(jù)歐盟委員會(huì) 2017 年 8 月 2 日第 2017/1485 號(hào)條例(即《電力輸電系統(tǒng)運(yùn)行導(dǎo)則》SO GL)制定的自動(dòng)減載與系統(tǒng)防御方案被觸發(fā),但未能阻止伊比利亞電網(wǎng)的全面崩潰。
12:33:21 CEST
法西之間的交流架空線路因失步保護(hù)動(dòng)作而斷開(kāi)。
12:33:24 CEST
西班牙和葡萄牙電網(wǎng)的所有系統(tǒng)參數(shù)全面崩潰,法西之間的所有高壓直流(HVDC)聯(lián)絡(luò)線停止輸電。
圖15展示了停電前幾秒鐘內(nèi)頻率變化率(RoCoF)的演變過(guò)程。可以看出,在12:33:20.400之前,該區(qū)域的RoCoF絕對(duì)值始終保持在1 Hz/s以內(nèi),此時(shí)最低頻率已降至約49 Hz。此后,隨著系統(tǒng)狀況進(jìn)一步惡化,RoCoF的絕對(duì)值突破了1 Hz/s。
五
恢復(fù)過(guò)程
事故發(fā)生后,各受影響輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TSO)立即啟動(dòng)其依據(jù)歐盟委員會(huì)第 2017/2196 號(hào)條例《電力應(yīng)急與恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)則》(NC ER)制定的系統(tǒng)恢復(fù)計(jì)劃,并同步執(zhí)行所有相關(guān)程序與協(xié)議,以恢復(fù)電網(wǎng)電壓。
葡萄牙和西班牙部分地區(qū)的電力系統(tǒng)恢復(fù),得益于以下措施:?jiǎn)?dòng)部分電廠的黑啟動(dòng)流程,以及利用與法國(guó)和摩洛哥之間的互聯(lián)線路等系統(tǒng)資源。
西班牙與葡萄牙供電的快速恢復(fù),充分展現(xiàn)了受影響 TSO——西班牙 Red Eléctrica 與葡萄牙 REN——的應(yīng)急準(zhǔn)備和高效響應(yīng),同時(shí)也離不開(kāi)法國(guó) RTE 和摩洛哥 ONEE 的支持與協(xié)作。這一成果得益于多年來(lái)各 TSO 在控制中心之間以及在歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟(ENTSO-E)框架內(nèi)建立的聯(lián)合工作機(jī)制與合作傳統(tǒng)。此外,歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商共同開(kāi)發(fā)的“歐洲電網(wǎng)感知系統(tǒng)”(European Awareness System)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)歐洲電力系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與協(xié)調(diào)。
輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商在恢復(fù)過(guò)程中采取的主要步驟如下:
12:35 與 12:43 CEST
REN(葡萄牙國(guó)家能源網(wǎng)公司)先后要求 Castelo de Bode 水電站和 Tapada do Outeiro 聯(lián)合循環(huán)燃?xì)怆姀S進(jìn)入黑啟動(dòng)模式并啟動(dòng)機(jī)組。
12:44 CEST
西班牙與法國(guó)之間首條 400 kV 線路(邊境西段)恢復(fù)帶電。
12:45 CEST
黑啟動(dòng)模式下的 Castelo do Bode 水電站成功并網(wǎng),接入相鄰 REN 220 kV 變電站。
13:04 CEST
摩洛哥—西班牙互聯(lián)線路重新帶電。
從恢復(fù)開(kāi)始至約 13:30 CEST
西班牙境內(nèi)具備黑啟動(dòng)能力的多座水電站陸續(xù)啟動(dòng)黑啟動(dòng)流程,為系統(tǒng)恢復(fù)提供初始電源。
13:35 CEST
法國(guó)—西班牙互聯(lián)線路東段恢復(fù)帶電。
16:11 CEST 與 17:26 CEST
REN 已建立兩個(gè)“恢復(fù)孤島”,依托 Castelo do Bode 水電站和 Tapada do Outeiro 燃?xì)怆姀S,持續(xù)推進(jìn)并迅速恢復(fù)上述區(qū)域的負(fù)荷供電。
18:36 CEST
西班牙與葡萄牙之間首條 220 kV 聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)帶電,顯著加快葡萄牙系統(tǒng)恢復(fù)速度。
21:35 CEST
西班牙與葡萄牙之間的南部 400 kV 聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)帶電。
2025 年 4 月 29 日 00:22 CEST
葡萄牙輸電主網(wǎng)恢復(fù)工作全部完成。
約 04:00 CEST
西班牙輸電主網(wǎng)恢復(fù)工作全部完成。
下列圖表展示了西班牙與葡萄牙在停電前、停電期間及恢復(fù)過(guò)程中的負(fù)荷變化與發(fā)電結(jié)構(gòu)演變情況。
六
專家小組調(diào)查
停電事故發(fā)生后,歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟(ENTSO-E)依據(jù)歐盟委員會(huì)2017年8月2日第2017/1485號(hào)條例(《電力輸電系統(tǒng)運(yùn)行導(dǎo)則》SO GL)第15條第5款以及《事件分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》(ICS)方法學(xué),于2025年5月12日成立聯(lián)合專家小組。ICS方法學(xué)是電網(wǎng)事件報(bào)告、分級(jí)及組織調(diào)查的統(tǒng)一框架,對(duì)專家小組的工作具有核心指導(dǎo)意義。
根據(jù)SO GL及ICS方法學(xué)的法定要求,當(dāng)事件被ICS標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定為“3級(jí)——大停電”時(shí),專家小組須對(duì)事件的根本原因進(jìn)行調(diào)查,完成全面分析,并在最終報(bào)告中提出建議;該報(bào)告將公開(kāi)發(fā)布。
專家小組成員包括各輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TSO)、能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)合作署(ACER)、各國(guó)家監(jiān)管機(jī)構(gòu)(NRA)以及區(qū)域協(xié)調(diào)中心(RCC)的代表。
小組由未直接受事件影響的TSO專家牽頭,同時(shí)吸納受影響與未受影響的TSO專家共同參與。現(xiàn)任組長(zhǎng)為奧地利的Klaus Kaschnitz(APG)和匈牙利的Richard Balog(MAVIR)。
ENTSO-E各機(jī)構(gòu)召集人(參與專家小組)
? Olivier Arrivé —— 系統(tǒng)運(yùn)行委員會(huì)主席
? Robert Koch —— 韌性運(yùn)行指導(dǎo)組召集人
? Albino Marques —— 大陸歐洲區(qū)域組召集人
參與專家小組的專家名單如下(略)。
七
調(diào)查步驟
2025 年 5 月 12 日,專家小組正式啟動(dòng)停電原因調(diào)查。調(diào)查分兩個(gè)階段進(jìn)行。
一、數(shù)據(jù)收集與事實(shí)報(bào)告
1.1 數(shù)據(jù)收集:在調(diào)查的第一階段,專家小組將收集并分析所有可用的事故數(shù)據(jù),以還原 4 月 28 日的事件經(jīng)過(guò)并確定停電原因。
? 專家小組已從所有受影響輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商(TSO)獲取信息。
? 為便于第三方提供數(shù)據(jù),ENTSO-E 分別向 Red Eléctrica 和西班牙政府致函。
? 截至 7 月 15 日,小組確認(rèn)已收到所有被聯(lián)系方的數(shù)據(jù),現(xiàn)正評(píng)估這些數(shù)據(jù)的完整性與質(zhì)量,并已向若干單位發(fā)出補(bǔ)充數(shù)據(jù)請(qǐng)求。
1.2 事實(shí)報(bào)告:第一階段結(jié)束時(shí),專家小組將發(fā)布一份事實(shí)報(bào)告,呈現(xiàn)事故的事實(shí)與數(shù)據(jù)。雖然法規(guī)要求在事故發(fā)生后六個(gè)月(即 2025 年 10 月 28 日)前提交,但小組計(jì)劃提前完成。
二、建議與最終報(bào)告
第二階段,小組將進(jìn)行深入分析并提出防止類似事故的建議,形成最終報(bào)告。該報(bào)告預(yù)計(jì)于事實(shí)報(bào)告發(fā)布后 2–3 個(gè)月內(nèi)完成,并提交給歐盟委員會(huì)及成員國(guó)(通過(guò)電力協(xié)調(diào)小組)。
基于目前已掌握的初步事實(shí),專家小組正把“連鎖機(jī)組脫網(wǎng)與電壓持續(xù)升高(連鎖電壓升高)”視為最可能的停電觸發(fā)因素。此類連鎖電壓升高在歐洲電網(wǎng)歷史上從未被認(rèn)定為停電原因。若最終證實(shí),這種“高電壓停電模式”將需要 ENTSO-E 全體電力系統(tǒng)專家進(jìn)行深入分析與研究。
該事件的特殊性凸顯了提升電網(wǎng)在此類情況下韌性的必要性。ENTSO-E 認(rèn)為應(yīng)重點(diǎn)考慮以下兩條路徑:
? 強(qiáng)化所有電力系統(tǒng)有功主體的電壓控制管理程序與能力,防范重大電壓相關(guān)事故;
? 評(píng)估系統(tǒng)防御計(jì)劃如何更好地保護(hù)歐洲電網(wǎng)免受這一新型現(xiàn)象的侵害。
以下略。
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