當(dāng)?shù)貢r(shí)間2016年9月28日，澳大利亞南澳州發(fā)生大停電事故。

事故當(dāng)天，受極端天氣影響，南澳州大部地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)強(qiáng)降雨并伴有暴風(fēng)、冰雹、閃電，局部地區(qū)瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)到180～260公里/小時(shí)，極端氣候直接導(dǎo)致前所未有的全州停電事件。本次事故是自1998年以來斷網(wǎng)時(shí)間最長、影響面積最大的一次。

現(xiàn)如今，即使是在落后國家也很少發(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(SouthAustralia)簡稱南澳州，位于澳大利亞中南部，總面積約104.3萬平方公里，占澳大利亞大陸總面積的1/8。據(jù)2015年統(tǒng)計(jì)，全州總?cè)丝诩s170.2萬人，是唯一與澳大利亞大陸上所有州都接壤的一個(gè)州。

2015年，南澳州裝機(jī)總量達(dá)到4675兆瓦，主要是由天然氣發(fā)電(約占53.8%)和風(fēng)力發(fā)電(約占29%)構(gòu)成，年發(fā)電總量約125億千瓦時(shí)。南澳州是澳大利亞可再生能源發(fā)電占比最高的地區(qū)，其中風(fēng)力發(fā)電提供全州電力供應(yīng)的37%。南澳輸電公司ElectraNet是州內(nèi)唯一的輸電公司，輸電線路總長度為5529公里。

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，維州通過兩條電力聯(lián)絡(luò)線Heywood送入613兆瓦，一起為南澳85萬用戶提供電力供應(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(AustraliaEnergyMarketOperator)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Heywood聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)大部分電力供應(yīng)。經(jīng)過十幾小時(shí)的搶修，80～90%的用戶恢復(fù)供電。

成因分析一：能源結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來挑戰(zhàn)

近年來，南澳州大力發(fā)展可再生能源(主要是風(fēng)電和光伏發(fā)電)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)。

可再生能源具有間斷性、波動(dòng)性的特點(diǎn)，因此電網(wǎng)中的常規(guī)電源不僅需要為負(fù)荷波動(dòng)留出足夠備用，還需要在可再生能源產(chǎn)生較大波動(dòng)時(shí)，及時(shí)調(diào)節(jié)出力以平衡可再生能源的變化。另外，由于分布式太陽能光伏系統(tǒng)和家庭電池儲(chǔ)能裝置日益普及，用戶從電網(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，國家電力市場(chǎng)主體由發(fā)電商、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商(輸配電)、購電商、零售商、終端用戶和特殊成員組成，通過現(xiàn)貨交易或簽訂電價(jià)合同，實(shí)現(xiàn)電力批發(fā)和零售交易。國家電力市場(chǎng)在電力供應(yīng)和購買方面引入競爭機(jī)制，為用戶提供廉價(jià)電力。

目前聯(lián)邦政府和州政府正在部署能源領(lǐng)域低碳排放計(jì)劃，并已制定了相應(yīng)的目標(biāo)：在供應(yīng)側(cè)建設(shè)大規(guī)模的風(fēng)電和光伏電站，在需求側(cè)大力安裝屋頂光伏，計(jì)劃在2020年前建成6000兆瓦可再生能源。

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。根據(jù)南澳輸電公司數(shù)據(jù)，2015年，風(fēng)力發(fā)電占比37%，2016年5月22日，風(fēng)電占日需求的87%，為最高日紀(jì)錄。目前，南澳可再生能源占比已經(jīng)達(dá)到45%，實(shí)現(xiàn)2020年50%的目標(biāo)沒有懸念。

但大規(guī)?？稍偕茉吹牟⒕W(wǎng)接入并沒有充分考慮到電網(wǎng)安全問題，或者即使已經(jīng)意識(shí)到了安全隱患，也沒有足夠的機(jī)制或者有效的動(dòng)力來解決問題。一旦遇到惡劣天氣(在南澳，局部小氣候會(huì)不時(shí)發(fā)生)，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。9月28日全州停電，再次證明了這一點(diǎn)。

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)用戶和民眾的強(qiáng)烈不滿，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)生此類事故的概率將大大降低。

受南澳州政府委托，南澳輸電公司已經(jīng)在開展新建聯(lián)絡(luò)線和非電網(wǎng)加強(qiáng)方案(如需求側(cè)管理、故障時(shí)快速切除負(fù)荷、建設(shè)大容量儲(chǔ)能裝置等)的可行性研究，并于近日發(fā)布以南澳州能源改革為題的技術(shù)規(guī)范咨詢報(bào)告。該報(bào)告針對(duì)近期南澳州大停電事故，明確了新建聯(lián)絡(luò)線項(xiàng)目的必要性，提出了新建州際聯(lián)絡(luò)線、非電網(wǎng)儲(chǔ)能等共5項(xiàng)方案，預(yù)計(jì)總投資額為5～25億澳元(視方案不同)，報(bào)告著重說明了其中4項(xiàng)新建聯(lián)絡(luò)線的具體計(jì)劃，闡述了其在降低發(fā)電側(cè)投資成本、增加市場(chǎng)競爭力以及降低電價(jià)、提高系統(tǒng)安全性、推動(dòng)可再生能源消納外送等多方面的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

事故給我們帶來哪些啟示

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)。加強(qiáng)電網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，構(gòu)筑堅(jiān)強(qiáng)網(wǎng)架基礎(chǔ)，應(yīng)結(jié)合地區(qū)經(jīng)濟(jì)和電力需求的發(fā)展變化，對(duì)電網(wǎng)規(guī)劃進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，集中解決電網(wǎng)局部區(qū)域存在的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)薄弱、輸送能力不足等問題，通過重點(diǎn)站線建設(shè)和合理實(shí)施分區(qū)運(yùn)行格局，優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化網(wǎng)架基礎(chǔ)，滿足地區(qū)用電需求，從而徹底地在系統(tǒng)方面杜絕電網(wǎng)大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)。

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)。國內(nèi)外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。

目前國內(nèi)跨區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的通道線路走廊資源有限且相對(duì)集中(特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū))，沿途局部地理環(huán)境、氣候條件復(fù)雜，部分電網(wǎng)位于大面積雷暴、污閃多發(fā)和冰災(zāi)頻發(fā)區(qū)域，在極端天氣情況下，若發(fā)生多回通道同時(shí)或相繼失去，極易導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

在日常工作中，必須結(jié)合局部電網(wǎng)運(yùn)行特性強(qiáng)化風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)警，制定事故預(yù)案，避免事故擴(kuò)大。要研究極端天氣與電網(wǎng)故障發(fā)生的關(guān)聯(lián)關(guān)系，建設(shè)電網(wǎng)氣象監(jiān)測(cè)及預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備跳閘風(fēng)險(xiǎn)等進(jìn)行在線辨識(shí)和分析，逐步建立從元件級(jí)風(fēng)險(xiǎn)到電網(wǎng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估預(yù)警。

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。

除了確保高速、準(zhǔn)確切除故障的第一道防線，還要強(qiáng)化第二道防線的安穩(wěn)系統(tǒng)等，提高安穩(wěn)措施的可靠性，對(duì)于嚴(yán)重故障后的控制措施仍然要果斷并適當(dāng)留有裕度，確保安穩(wěn)動(dòng)作后的電網(wǎng)盡快回到相對(duì)安全的運(yùn)行區(qū)域。健全失步解列第三道防線，發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定破壞后，解列有關(guān)斷面，再配合必要的低周減載等其他第三道防線措施，保證局部電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。不斷完善安全穩(wěn)定控制策略，加強(qiáng)三道防線協(xié)調(diào)配合，提高裝置動(dòng)作可靠性，筑牢電網(wǎng)安全防線。

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。深入研究“源-網(wǎng)-荷”互動(dòng)控制技術(shù)，增強(qiáng)負(fù)荷側(cè)快速控制手段，在極端條件下發(fā)生特高壓直流閉鎖導(dǎo)致大功率缺失、局部區(qū)域解列成小系統(tǒng)時(shí)，需要綜合運(yùn)用直接負(fù)荷控制、頻率響應(yīng)負(fù)荷和電壓響應(yīng)負(fù)荷等技術(shù)，提升電力系統(tǒng)的防御能力。

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)。為了保證電網(wǎng)的電壓水平，要求電網(wǎng)中的無功補(bǔ)償設(shè)備能根據(jù)電壓情況進(jìn)行必要投切，避免遠(yuǎn)距離輸送無功功率。調(diào)度員應(yīng)結(jié)合國內(nèi)外黑啟動(dòng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，不斷地總結(jié)和學(xué)習(xí)積累系統(tǒng)全停后的事故處理經(jīng)驗(yàn)，然后制定詳細(xì)的黑啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案并逐年修編，在系統(tǒng)允許情況下，擇機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)黑啟動(dòng)演練，研究并開發(fā)黑啟動(dòng)輔助決策支持系統(tǒng)。

點(diǎn)評(píng)：推進(jìn)電力市場(chǎng)化需將安全放在首位

本次南澳大停電的原因，是由于外部極端天氣造成電力系統(tǒng)設(shè)備的頻繁故障，引發(fā)風(fēng)電機(jī)組大量甩負(fù)荷脫網(wǎng)，進(jìn)而造成聯(lián)絡(luò)線嚴(yán)重過載跳閘，孤立電網(wǎng)因有功和無功缺失，引發(fā)系統(tǒng)頻率和電壓崩潰，造成南澳大面積停電。

其實(shí)，早在2014年，AEMO的報(bào)告就指出，依靠大量風(fēng)電來代替?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太多依賴可再生能源所帶來的經(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)推進(jìn)電力市場(chǎng)化需將安全放在首位經(jīng)濟(jì)規(guī)律的體現(xiàn)。聯(lián)系國內(nèi)外實(shí)際，就是要建立一個(gè)公平、開放、透明的電力交易市場(chǎng)。開放電力市場(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。

南澳州此次大停電事件確實(shí)引人深思，電力行業(yè)有其固有規(guī)律，體制可以改變，觀念可以更新，但電力生產(chǎn)的客觀特性不會(huì)改變，保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定特性運(yùn)行的目標(biāo)也不會(huì)改變。在推進(jìn)電力市場(chǎng)化進(jìn)程中，必須把電網(wǎng)安全放在第一位，建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)的電網(wǎng)，加強(qiáng)源荷網(wǎng)協(xié)調(diào)，提升技術(shù)業(yè)務(wù)水平，有效避免大面積停電事故，確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。