1. 事故概況
當(dāng)?shù)貢r(shí)間2019年8月9日下午5點(diǎn)左右，英國(guó)發(fā)生大規(guī)模停電事故。大停電起源于英格蘭的中東部地區(qū)及東北部海域，最終造成英格蘭與威爾士大部分地區(qū)停電。
本次大停電集中在英格蘭與威爾士地區(qū)，約有100萬(wàn)人受到停電影響。停電發(fā)生后，英國(guó)包括倫敦在內(nèi)的部分重要城市出現(xiàn)地鐵與城際火車停運(yùn)、道路交通信號(hào)中斷等現(xiàn)象；市民被困在鐵路或者地鐵中，居民正常生活受到影響；部分醫(yī)院由于備用電源不足無(wú)法進(jìn)行醫(yī)事服務(wù)。停電發(fā)生后約1.5小時(shí)，英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)宣布電力基本得到恢復(fù)。
這是自2003年“倫敦大停電”以來(lái)，英國(guó)發(fā)生的規(guī)模最大、影響人口最多的停電事故。
2. 電網(wǎng)概況
2.1 英國(guó)電力系統(tǒng)
截至2016年底，英國(guó)電力系統(tǒng)的總裝機(jī)容量為98GW，其中燃?xì)獍l(fā)電占比最高，達(dá)到了46%。1996-2017年間，英國(guó)電網(wǎng)中各類電源裝機(jī)比例變化見(jiàn)圖1。近五年來(lái)，風(fēng)力發(fā)電與太陽(yáng)能發(fā)電在英國(guó)電力結(jié)構(gòu)中的比例快速攀升，而燃煤發(fā)電比例逐年下降。
圖 1 1996-2017年各類電源裝機(jī)比例變化
英國(guó)電力系統(tǒng)按地理分布可劃為三大系統(tǒng):英格蘭和威爾士系統(tǒng),蘇格蘭系統(tǒng)和北愛(ài)爾蘭系統(tǒng)。其中，英格蘭和威爾士輸電系統(tǒng)由國(guó)家電網(wǎng)公司（National Grids）擁有并經(jīng)營(yíng)，本次發(fā)生大停電的正是該輸電系統(tǒng)。該系統(tǒng)現(xiàn)有大約4474英里長(zhǎng)的架空輸電線，969英里長(zhǎng)的地下電纜線和346座變電站。該系統(tǒng)132kV及以上線路的主網(wǎng)架見(jiàn)圖2。
圖 2 英國(guó)電網(wǎng)的主網(wǎng)架
2.2 與大停電強(qiáng)相關(guān)的設(shè)施
本次大停電主要與Little Barford小巴德福燃?xì)怆娬炯癏ornsea霍恩海上風(fēng)電場(chǎng)有關(guān)，二者情況介紹如下。
2.2.1 Little Barford小巴德福燃?xì)怆娬?
該電廠是一個(gè)聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠，位于劍橋郡/貝德福德郡邊界的圣奈特南部。小巴德福燃?xì)怆娬狙b機(jī)容量為740MVA，于1996年開(kāi)始運(yùn)營(yíng)，其電力可足以滿足50多萬(wàn)戶家庭的用電需求。該廠有兩臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)和一臺(tái)蒸汽輪機(jī)。該電站歸德國(guó)RWE公司所有。
2.2.2 Hornsea Wind Farm霍恩海上風(fēng)電場(chǎng)
該風(fēng)電場(chǎng)位于英國(guó)北海，目前仍在建設(shè)中，計(jì)劃分四期進(jìn)行建設(shè)。該風(fēng)電場(chǎng)總裝機(jī)容量計(jì)劃約為6000MW，其中一期規(guī)劃容量1200MW，二、三、四期規(guī)劃容量依次為1400MW、1000-2000MW、1000MW。建成后將成為世界上最大的海上風(fēng)電場(chǎng)。
霍恩海上風(fēng)電場(chǎng)一期工程已于2019年2月開(kāi)始向英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)供電，預(yù)計(jì)將于2020年第一季度全面建成。截至2019年5月3日，174臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)中已有28臺(tái)安裝完畢。
3. 事故過(guò)程及原因分析
根據(jù)英國(guó)BBC、英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司（National Grids）以及英國(guó)電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)（Office of Gas and Electricity Markets，Ofgem）披露的信息，本文對(duì)該次大停電事故過(guò)程進(jìn)行了梳理。限于資料有限，以下內(nèi)容可能與事實(shí)存在出入，屬于推測(cè)的內(nèi)容均予以標(biāo)注。
3.1 事故過(guò)程
3.1.1 事故前電網(wǎng)情況
事故發(fā)生前，英格蘭與威爾士電網(wǎng)的總負(fù)荷約25351MW。位于貝德福德郡的Little Barford小巴德福燃?xì)怆娬境隽?30MW，占全網(wǎng)總負(fù)荷的2.88%。整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)的風(fēng)電總出力約為8800MW，占全網(wǎng)總負(fù)荷的34.71%。霍恩海上風(fēng)電場(chǎng)出力目前還不能確定，推測(cè)約為900MW，占全網(wǎng)負(fù)荷的3.55%。
英國(guó)電網(wǎng)公司規(guī)定系統(tǒng)頻率波動(dòng)范圍為49.8Hz到50.2Hz。
3.1.2 事故發(fā)展過(guò)程
本次事故分為三個(gè)階段，如圖3所示。各階段詳細(xì)過(guò)程介紹如下。
圖 3 事故過(guò)程概況
（圖片來(lái)自BBC與英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司）
第一階段，時(shí)間16:58，Little Barford小巴德福燃?xì)怆娬就蝗煌C(jī)。由于某種未知的擾動(dòng)，Little Barford小巴德福燃?xì)怆娬菊_停機(jī)。電廠發(fā)電機(jī)未受損害，但損失了發(fā)電730MW。英國(guó)電網(wǎng)燃?xì)獍l(fā)電總出力如圖4所示。燃?xì)怆娬就C(jī)后，系統(tǒng)頻率開(kāi)始下降。
圖 4 事故第一階段中燃?xì)獍l(fā)電出力損失730MW
（圖片來(lái)自英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司）
第二階段，時(shí)間17:00，霍恩海上風(fēng)電出力突降。在系統(tǒng)頻率出現(xiàn)下降后，霍恩海上風(fēng)電出力突降900MW左右，如圖5所示。本文推測(cè)可能其原因可能是風(fēng)機(jī)耐受低頻能力不足。在系統(tǒng)頻率下降時(shí)，風(fēng)機(jī)大量脫網(wǎng)，從而導(dǎo)致風(fēng)電場(chǎng)出力驟降。
圖 5 事故第二階段中風(fēng)力發(fā)電出力驟降900MW
（圖片來(lái)自英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司）
第三階段，低頻減載動(dòng)作，切除部分負(fù)荷導(dǎo)致停電事故。系統(tǒng)在兩分鐘之內(nèi)連續(xù)損失燃?xì)獍l(fā)電與風(fēng)力發(fā)電總計(jì)1630MW，約占總發(fā)電的6.43%。系統(tǒng)頻率大幅下降，最低達(dá)到48.9Hz，超過(guò)了系統(tǒng)允許的頻率波動(dòng)范圍。低頻減載啟動(dòng)，在全網(wǎng)范圍內(nèi)切除部分負(fù)荷，諸多地區(qū)出現(xiàn)停電。與此同時(shí)，抽蓄電站快速增加出力約1000MW彌補(bǔ)了部分功率缺額，如圖6所示，阻止了系統(tǒng)進(jìn)一步惡化。
圖 6 事故第三階段中抽蓄機(jī)組增加出力
（圖片來(lái)自英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司）
在切除了部分負(fù)荷以及增加了抽蓄機(jī)組出力之后，主網(wǎng)剩余部分得以保全，最終沒(méi)有出現(xiàn)全網(wǎng)崩潰。
3.2 原因推測(cè)
（1）在風(fēng)電高滲透率條件下，英國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行方式疑似不滿足N-1校驗(yàn)。事發(fā)時(shí)，風(fēng)電滲透率達(dá)到了34.71%。本文推測(cè)系統(tǒng)中同步機(jī)可能開(kāi)機(jī)不足，致使系統(tǒng)慣量大幅降低。在燃?xì)鈾C(jī)組發(fā)生N-1跳機(jī)后，系統(tǒng)頻率跌落幅值超過(guò)了安全導(dǎo)則的規(guī)定，不滿足頻率穩(wěn)定要求。
（2）海上風(fēng)電機(jī)組涉網(wǎng)性能疑似不足。在系統(tǒng)遭受N-1跳機(jī)事故后，海上風(fēng)電機(jī)組出力驟降，進(jìn)一步加劇了系統(tǒng)功率缺額，使得頻率跌落到了48.9Hz。
（3）系統(tǒng)備用不足。在系統(tǒng)出現(xiàn)接連出現(xiàn)擾動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)備用未能及時(shí)彌補(bǔ)功率缺額，致使低頻減載裝置啟動(dòng)，切除了部分負(fù)荷。
對(duì)高風(fēng)電滲透率下的電網(wǎng)運(yùn)行特性（特別是頻率響應(yīng)特性）掌握不夠、對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行裕度考慮不充分，是本次事故的間接原因。
3.3 啟示
（1）加強(qiáng)含高比例新能源電網(wǎng)的頻率特性研究。新能源大量替代同步機(jī)后，將導(dǎo)致系統(tǒng)慣量水平下降，惡化頻率響應(yīng)特性，削弱系統(tǒng)抵御功率差額的能力。應(yīng)當(dāng)深入研究含高比例新能源電網(wǎng)受擾后頻率響應(yīng)的時(shí)空分布特性，并校核其擾動(dòng)是否會(huì)觸發(fā)其他設(shè)備二次脫網(wǎng)。
（2）確保風(fēng)電機(jī)組涉網(wǎng)性能達(dá)標(biāo)。在系統(tǒng)出現(xiàn)頻率/電壓擾動(dòng)之后，霍恩海上風(fēng)電機(jī)組出力驟降導(dǎo)致系統(tǒng)頻率進(jìn)一步惡化。在風(fēng)電大發(fā)期間，風(fēng)電機(jī)組耐受異常電壓/頻率的能力會(huì)極大影響電網(wǎng)在故障期間的頻率特性。為了防止故障期間風(fēng)電機(jī)組脫網(wǎng)及出力驟降導(dǎo)致事故擴(kuò)大，應(yīng)該核查風(fēng)電機(jī)組涉網(wǎng)性能，加快性能改造和檢測(cè)認(rèn)證。
（3）加強(qiáng)對(duì)抽蓄機(jī)組的管理。在本次大停電中，抽蓄機(jī)組及時(shí)增加出力，阻止了事故進(jìn)一步擴(kuò)大。抽蓄機(jī)組是電網(wǎng)“三道防線”的重要組成部分，必須嚴(yán)格管理，確保其合理配置及正確動(dòng)作。
4. 總結(jié)
2019年8月9日下午17點(diǎn)，英國(guó)英格蘭與威爾士地區(qū)發(fā)生大規(guī)模停電事故。事故直接起因是燃?xì)鈾C(jī)組與海上風(fēng)電機(jī)組連續(xù)跳機(jī)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)較大功率缺額。系統(tǒng)頻率大幅下降觸發(fā)了低頻減載裝置，最終致使部分地區(qū)出現(xiàn)停電。
本報(bào)告對(duì)英國(guó)“8·9”大停電事故情況進(jìn)行了概述、并結(jié)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步事故原因分析。由于資料有限，推斷分析可能與實(shí)際情況有所出入，后續(xù)會(huì)對(duì)事故原因不斷跟蹤。
