中國儲能網(wǎng)訊：
郭欣 德國PSI公司高級業(yè)務(wù)發(fā)展經(jīng)理，全球能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展合作組織專委會委員
2025年4月28日，西班牙和葡萄牙電力系統(tǒng)發(fā)生全面停電，數(shù)千萬民眾生活受到影響。法國靠近西班牙邊境的一個小區(qū)域也受到短暫影響，歐洲大陸其余電網(wǎng)未見異常。從停電到電力全面恢復(fù)共經(jīng)過了十余個小時。
本次大停電是如何發(fā)生的？此次停電給電力系統(tǒng)尤其是新能源高占比的電力系統(tǒng)帶來哪些警示？這是目前電力行業(yè)普遍關(guān)心討論的問題。
在伊比利亞半島大停電事件發(fā)生后，歐洲輸電系統(tǒng)運營商協(xié)會（ENTSO-E）及其成員輸電系統(tǒng)運營商（TSO）、能源監(jiān)管者合作機構(gòu)（ACER）、各國監(jiān)管機構(gòu)（NRA）和區(qū)域協(xié)調(diào)中心（RCC）成立了聯(lián)合專家組。該專家組由未受事件直接影響的來自多個國家的TSO專家領(lǐng)銜，專家組將調(diào)查停電的根本原因并提出建議。
本文綜合現(xiàn)有公開信息介紹大停電的經(jīng)過，分析討論引發(fā)停電的可能原因及啟示。
PART.01
停電復(fù)電經(jīng)過
ENTSO-E在5月9日披露了此次停電和復(fù)電的經(jīng)過，但稱更正式的結(jié)果以后續(xù)詳細調(diào)查結(jié)果為準(zhǔn)。
2025年4月28日停電前半小時，12:03–12:07（CET，歐洲中部時間，下同）及12:19–12:21兩個時段，歐洲大陸同步區(qū)觀測到兩次功率與頻率的振蕩，西班牙國家電網(wǎng)公司REE與法國輸電運營商RTE均采取了緩解措施。事件發(fā)生時系統(tǒng)已恢復(fù)正常，沒有振蕩，運行參數(shù)在正常范圍內(nèi)。事件發(fā)生前，西班牙對法國出口電力1000兆瓦，對葡萄牙出口2000兆瓦，對摩洛哥出口800兆瓦。
目前已知的數(shù)據(jù)顯示事發(fā)經(jīng)過如下：
12:32:57起20秒內(nèi)：西班牙南部多處發(fā)電機組相繼跳閘，總計約2200兆瓦。葡萄牙和法國未見機組跳閘。頻率隨之下降，西葡兩國電壓略有上升。
12:33:18–12:33:21：伊比利亞半島電網(wǎng)頻率繼續(xù)下跌至48.0Hz，西班牙與葡萄牙的自動負荷切除（掉負載）保護程序觸發(fā)。
12:33:21：法—西交流架空線路因失步保護跳閘，與法國互聯(lián)中斷。
12:33:24：伊比利亞電網(wǎng)全面崩潰，法—西直流（HVDC）線路停止輸電。
停電發(fā)生后，受影響的TSO立即協(xié)同工作，分步在法國西南部區(qū)域及西葡兩國展開復(fù)電工作。
恢復(fù)過程主要步驟：
12:44：重新送電至法—西邊境西段的一條400千伏線路。
13:04：重新連接摩洛哥與西班牙的互聯(lián)線路。
約12:44–13:30：西班牙數(shù)座具備黑啟動能力的水電站陸續(xù)啟動，形成首批黑啟動孤島。
13:35：重新送電至法—西邊境東段。
16:11與17:26：葡萄牙兩座具黑啟動能力的電廠在此前嘗試未果后，成功啟動，形成兩個孤島，啟動葡萄牙本土恢復(fù)。
18:36：首條220千伏西葡聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)送電，加速葡萄牙電網(wǎng)恢復(fù)。
21:35：次條南部400千伏西葡聯(lián)絡(luò)線恢復(fù)。
4月29日00:22：葡萄牙輸電網(wǎng)恢復(fù)完成。
4月29日約04:00：西班牙輸電網(wǎng)恢復(fù)完成。
PART.02
事故推演分析
詳細調(diào)查結(jié)果有待專家組的最終報告。目前基于媒體報道、公開信息和德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所（Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems，以下簡稱ISE）數(shù)據(jù)，推演本次西班牙大停電事故始末：
第一，光伏電站脫網(wǎng)。據(jù)媒體報道，事故源起于多個光伏電站相續(xù)脫網(wǎng)，原因據(jù)猜測為云穿越效應(yīng)或其他，云穿越效應(yīng)指的是由于云層遮擋導(dǎo)致的發(fā)電損失，研究指出其最多能導(dǎo)致約50%的光伏出力損失，并造成嚴(yán)重的電壓下跌。脫網(wǎng)的真實原因，需要光伏逆變器的記錄來確認。
西班牙電視6臺報道稱，輸電公司內(nèi)部報告顯示，4月22日曾發(fā)現(xiàn)太陽輻射驟降導(dǎo)致光伏出力突然減少。
第二，低頻振蕩。ISE數(shù)據(jù)分析顯示，事故前低頻振蕩的幅值激增，該現(xiàn)象與停電事故的相關(guān)性毋庸置疑，但因果關(guān)系尚未得證。西班牙電網(wǎng)中低頻振蕩現(xiàn)象在全年持續(xù)存在。冬季振蕩近乎于消失，推測其原因與太陽能發(fā)電出力普遍較低有關(guān)。
2025年4月28日（停電當(dāng)日），頻率振蕩較為平滑且震動幅值較低（約0.215±0.002Hz以內(nèi)），但事故發(fā)生前，發(fā)生了兩次波動幅值的突然升高，波動的幅值高達0.215±0.006Hz和0.215±0.004Hz。第三次波動幅值的突然升高發(fā)生在12:32-12:33之間。
ISE數(shù)據(jù)指出，西班牙電網(wǎng)從第一次功率損失到崩潰僅歷時約4.1秒，其間有四個關(guān)鍵節(jié)點：12:32:57和12:33:16.5相續(xù)發(fā)生兩次功率損失（發(fā)電中斷），1.3秒后，發(fā)生第三次功率損失（發(fā)電中斷），1.6秒后，西班牙電網(wǎng)與歐洲主網(wǎng)（直接連接法國電網(wǎng)）解列，1.2秒后，西班牙電網(wǎng)全面崩潰，此時已經(jīng)損失了約15吉瓦（60%）的發(fā)電。
在此過程中，頻率損失速度最大約為0.8Hz/s，沒有超過2Hz/s的界限（歐盟規(guī)定）；西班牙電網(wǎng)與主網(wǎng)的相角差持續(xù)擴大，但根據(jù)ENTSO-E數(shù)據(jù)，系統(tǒng)并未因此立即解列，而是在大量發(fā)電功率驟減后才發(fā)生電網(wǎng)解列。需要指出的是，在故障的關(guān)鍵階段，頻率下降的幅度和速度均未觸發(fā)保護閾值，因此電網(wǎng)沒有通過切斷負荷應(yīng)對沖擊，這側(cè)面印證了頻率問題與此次停電事故不一定有直接的因果關(guān)系。
然而，關(guān)于事故期間是否存在低頻振蕩，ENTSO-E與ISE的分析結(jié)果尚不一致。
第三，電壓振蕩。依據(jù)媒體報道的電壓劇烈波動的事實，結(jié)合歷史事件推測低頻振蕩導(dǎo)致電壓波動。2016年西班牙電網(wǎng)遭受過類似沖擊（低頻振蕩和電壓振蕩）。當(dāng)時，由于法國境內(nèi)連接西班牙電網(wǎng)與歐洲主網(wǎng)之間一條輸電線路掉線，阻抗增大，歐洲主網(wǎng)對西班牙電網(wǎng)頻率振蕩的阻尼減弱，放大了西班牙電網(wǎng)的低頻振蕩，體現(xiàn)為西班牙電網(wǎng)低頻振蕩的幅值（約±0.08Hz）遠超歐盟主網(wǎng)的平均值（約-0.02—+0.04Hz）；同時引起了電壓振蕩。
電網(wǎng)調(diào)度的電壓圖顯示，事故期間發(fā)生了典型的0.1—2Hz的低頻振蕩，為進一步分析事故原因提供了依據(jù)。
第四，歐洲電網(wǎng)防電壓崩潰的機制是否觸動。歐洲自2014年以來設(shè)置的防電壓崩潰的機制可能未能觸動，即變壓器自動調(diào)壓功能未能閉鎖。該機制的主要內(nèi)容是：當(dāng)發(fā)現(xiàn)一個大范圍的電壓下跌時，調(diào)度機構(gòu)自動發(fā)出指令，關(guān)閉輸電網(wǎng)下所有變壓器的自動調(diào)壓裝置，避免放大電壓的波動。
電網(wǎng)調(diào)度的電壓圖還顯示，事故期間電壓振蕩伴隨著包絡(luò)線的持續(xù)下移，顯示出電壓崩潰漂移的跡象。
第五，動態(tài)疊加。依據(jù)前述一至四點，可進一步推測：大規(guī)模光伏脫網(wǎng)導(dǎo)致的電壓波動相互動態(tài)疊加，觸發(fā)光伏自動保護機制，從而進一步惡化了大停電事故。
第六，光伏大規(guī)模脫網(wǎng)。電壓崩潰進一步引發(fā)大規(guī)模光伏脫網(wǎng)，這是光伏發(fā)電設(shè)備的一種自動保護機制。有媒體評論指出，事故地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)光伏脫網(wǎng)事件。事故發(fā)生前幾天也曾出現(xiàn)電壓振蕩，并觸發(fā)光伏的自動保護機制（見三），這可能一定程度印證了這一猜想。
第七，電網(wǎng)解列。媒體報道及ISE的分析指出，大面積脫網(wǎng)導(dǎo)致西班牙-法國聯(lián)絡(luò)線跳閘解列，西班牙形成孤網(wǎng)。雖然西班牙電網(wǎng)公司指出，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量（瞬時備用）的總量是足夠的，但是事故導(dǎo)致西班牙電網(wǎng)內(nèi)部也發(fā)生解列，同時尚有約40%的光伏發(fā)電，在這種解列的情況下轉(zhuǎn)動慣量（瞬時備用）是否足夠，值得關(guān)注。
綜合來看，隨著光伏滲透率持續(xù)提升，系統(tǒng)阻尼不斷減弱，低頻振蕩的頻率和幅值隨之上升。尤其在大電網(wǎng)的末端，包括伊比利亞半島和波羅的海三國，對低頻振蕩的阻尼不足。電網(wǎng)線路阻抗與結(jié)構(gòu)的變化、云穿越效應(yīng)，以及大功率光伏出力的劇烈突變，均可能誘發(fā)突發(fā)性低頻振蕩并引起顯著的電壓波動。在高比例占比的新能源系統(tǒng)中，可用于應(yīng)對低頻電壓振蕩的慣量裕度（如瞬時備用）逐漸不足，難以實現(xiàn)有效抑制，可能會發(fā)生暫態(tài)電壓穿越越界現(xiàn)象。光伏并網(wǎng)可能造成電壓升高，通常通過吸收無功來進行降壓。但當(dāng)大量的光伏電站脫網(wǎng)后，電網(wǎng)失去無功支撐，導(dǎo)致暫態(tài)電壓進一步升高，可能超出高電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)的上限，從而引發(fā)新一輪的保護誤動。歐洲現(xiàn)行高/低電壓穿越標(biāo)準(zhǔn)亦難以防止光伏電站脫網(wǎng)，因為該標(biāo)準(zhǔn)以短路故障為前提，未能充分考慮電壓振蕩等異常情況。
PART.03
啟示
本次大停電事件給電力行業(yè)帶來的啟示主要有以下幾點：
一、電網(wǎng)需要設(shè)計、采購更快速的輔助服務(wù)產(chǎn)品。隨著新能源滲透率的增加，頻率下降的速度可能非?？?。在本次事故中，西班牙電網(wǎng)在不足5秒內(nèi)即崩潰，這導(dǎo)致一次調(diào)頻（30秒內(nèi)）無法發(fā)揮作用。因此，需要引入更快速的反應(yīng)機制，例如英國已經(jīng)部署、德國等廣泛討論的“快速調(diào)頻響應(yīng)”（可以實現(xiàn)220毫秒內(nèi)的快速響應(yīng)）、德國已經(jīng)開始開展采購基于構(gòu)網(wǎng)型儲能的瞬時備用等。
二、加強電網(wǎng)互聯(lián)，提高市場出清范圍和頻率。西班牙處于歐洲電網(wǎng)的末端，一直很重視電網(wǎng)互聯(lián)問題，一是計劃擴大通過法國與歐洲主網(wǎng)聯(lián)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)線容量；二是計劃在南部擴展和摩洛哥的輸電線路容量，把規(guī)模從700兆瓦提升到2吉瓦。
ENTSO-E于2022年6月1日啟用PICASSO平臺，以強化跨區(qū)二次調(diào)頻，構(gòu)建統(tǒng)一調(diào)頻市場。自2025年9月30日起，歐洲日前市場現(xiàn)貨產(chǎn)品競價周期將從整點小時調(diào)整為15分鐘分時競價，旨在優(yōu)化系統(tǒng)平衡，應(yīng)對可再生能源滲透率的持續(xù)提高。
三、設(shè)計應(yīng)急預(yù)案，提高電網(wǎng)停電后的恢復(fù)（含黑啟動）能力。歷史上，西班牙巴塞羅那地區(qū)曾發(fā)生的大停電事件，經(jīng)過78個小時左右才恢復(fù)供電；本次全國范圍的事件中，因為提前設(shè)計應(yīng)急預(yù)案，在6個區(qū)域分區(qū)黑啟動，恢復(fù)供電時間壓縮到10余個小時。本次事故中，得益于部分電網(wǎng)具備孤網(wǎng)運行能力，即便主網(wǎng)崩潰，仍有約30%的新能源保持發(fā)電，并在整個恢復(fù)過程中起到了助推器作用，具有一定的借鑒意義。針對電網(wǎng)黑啟動問題：第一要繼續(xù)開發(fā)黑啟動后的自動恢復(fù)工具，做好大停電的預(yù)案和訓(xùn)練工作；第二，除了關(guān)注抽水蓄能和燃氣作為重要的黑啟動電源，還可探索核電潛在的黑啟動能力。
四、注意填補相關(guān)研究空白。從此次大停電看，一些問題還有待電力行業(yè)繼續(xù)探索改進。一是目前在公開標(biāo)準(zhǔn)中似乎還沒有專門針對“動態(tài)電壓振蕩”做高低電壓穿越規(guī)范的，而這也正是一個亟待填補的空白；二是目前計算功角失步都是在模擬短路故障，既沒有研究光伏脫網(wǎng)的情況，也沒有研究由此引起的潮流反相引起的低頻振蕩現(xiàn)象（小信號穩(wěn)定問題）；三是現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都是在傳統(tǒng)的短路故障基礎(chǔ)上建立的，需要進行補充，但新標(biāo)準(zhǔn)也可能會因為系統(tǒng)太復(fù)雜、動態(tài)管理不易而難產(chǎn)。
