大停電事故是現(xiàn)代社會的災難。2012年印度大停電、2006年歐洲大停電、2003年美加大停電帶來的教訓仍然令人印象深刻。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?shù)厝嗣裆睢⒔?jīng)濟發(fā)展都帶來了巨大影響。
現(xiàn)如今，即使是在落后國家也很少發(fā)生因為惡劣天氣導致省級電網(wǎng)一片黑暗的事故。為什么會發(fā)生如此嚴重的事件？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，是唯一與澳大利亞大陸上所有州都接壤的一個州。
事故發(fā)生當天，南澳州全州用電負荷為1895兆瓦，其中風力發(fā)電883兆瓦，燃氣發(fā)電330兆瓦，維州通過兩條電力聯(lián)絡線Heywood送入613兆瓦，一起為南澳85萬用戶提供電力供應。極端惡劣天氣使南澳電網(wǎng)在88秒之內遭受5次系統(tǒng)故障，導致州內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，共發(fā)生大幅度電壓擾動6次，引發(fā)9座風電廠共計445兆瓦的風力發(fā)電脫網(wǎng)。風電場出力突然大幅度損失使得與維州相連的一條聯(lián)絡線Heywood嚴重過載跳閘。南澳洲此時剩余發(fā)電容量不足以應對瞬間900兆瓦電力供應減少，突然大規(guī)模的出力損失超出低頻減載裝置反應速度，低頻減載保護未及時啟動切負荷，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）指導下，位于托倫斯島（Torrensisland）的電廠首先啟動，逐步恢復部分負荷和輸電系統(tǒng)，然后通過Heywood聯(lián)絡線恢復大部分電力供應。經(jīng)過十幾小時的搶修，80～90%的用戶恢復供電。
成因分析一：
能源結構調整帶來挑戰(zhàn)
近年來，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，這對維持全州電力安全穩(wěn)定供應提出了很大挑戰(zhàn)。另外，由于分布式太陽能光伏系統(tǒng)和家庭電池儲能裝置日益普及，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)關停所有常規(guī)燃煤機組，僅剩燃氣機組發(fā)電。根據(jù)南澳輸電公司預測，未來三年，南澳電力基荷期貨價格為100澳元/兆瓦時，而同期的新州和維州的價格則在55～65澳元/兆瓦時之間。在同一個電力市場內，根據(jù)經(jīng)濟規(guī)律，南澳必定會通過與東部州的聯(lián)絡線（與西部和北部及南部聯(lián)網(wǎng)距離更遠）輸送盡可能多的電力。在某些極端時段下，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)絡線受入負荷較大時，南澳電網(wǎng)自身慣性容量一定不足（即常規(guī)電源開機不足），一旦發(fā)生南澳電網(wǎng)故障或者州級聯(lián)絡線故障，必然增大系統(tǒng)崩潰的可能性。
從1998年到2013年，澳大利亞電力市場交易逐步實現(xiàn)市場化，南澳是澳洲電力變革的先行兵，計劃在2025年前率先達到可再生能源占比50%的目標。南澳電網(wǎng)作為省（州）級電網(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)接入并沒有充分考慮到電網(wǎng)安全問題，或者即使已經(jīng)意識到了安全隱患，也沒有足夠的機制或者有效的動力來解決問題。一旦遇到惡劣天氣，電網(wǎng)發(fā)生多重故障時，很難保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。
成因分析二：
網(wǎng)架結構薄弱
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，州內用電主要靠可再生能源和天然氣發(fā)電平衡，其中風力發(fā)電總量占比更是高達近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)常處于重載運行的狀態(tài)。在9月28日的這種極端天氣情況下，因風機未能經(jīng)受住連續(xù)的系統(tǒng)故障而大量甩負荷甚至脫網(wǎng)，造成南澳對外聯(lián)絡線路過載而引發(fā)連鎖跳閘，最后導致系統(tǒng)崩潰。本次大停電引發(fā)了相關企業(yè)用戶和民眾的強烈不滿，一方面，南澳電價比其他州高出了50%以上，另一方面是用電可靠性遠低于其他州。
事實上，南澳電網(wǎng)孤網(wǎng)運行在歷史上已經(jīng)發(fā)生過10次，但監(jiān)管機構為不推高電價上升，嚴格核算輸配電公司的基建投資、運行維護和投資回報（對每個輸配電公司，每5年作為一個監(jiān)管期，發(fā)布一次監(jiān)管收入），致使電網(wǎng)建設嚴重滯后，80%的輸電線路運行超過40年，輸變設備嚴重老化，很難承受重大自然災害的襲擊。如果南澳電網(wǎng)能夠加快建設新的對外聯(lián)絡線路，發(fā)生此類事故的概率將大大降低。
事故給我們帶來哪些啟示
電網(wǎng)結構薄弱往往是發(fā)生大停電事故的根本原因。堅強的網(wǎng)架結構是抵御電網(wǎng)故障，防止大面積停電事故發(fā)生的物質基礎。分析本次事故的原因，電力系統(tǒng)應從“源-網(wǎng)-荷”多個層級提升系統(tǒng)防御大停電的能力。
第一，需加強電源端管理工作。加強機組的并網(wǎng)管理，尤其是機組的勵磁、調速、一次調頻等配置和性能。針對風電場，應對其高頻、低頻、過電壓、低電壓等性能進行明確規(guī)定，尤其是提升風機的低電壓穿越能力，確保風機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)運行，在系統(tǒng)受到大的擾動時減少對系統(tǒng)的進一步?jīng)_擊。
第二，要強化電網(wǎng)防控手段建設。部署系統(tǒng)風險辨識和在線預警系統(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)，外部風險可能帶來的系統(tǒng)風險未得到有效預警、未及時采取措施的情況下發(fā)生的。
第三，要補充加強三道防線建設。第一道防線的技術措施主要是繼電保護（包括重合閘、電氣制動等）；第二道防線主要是按穩(wěn)定判據(jù)決定切機、切負荷以及連鎖切機、切負荷等；第三道防線主要是低頻、低壓減負荷、振蕩解列等。
第四，提升負荷控制能力。隨著特高壓直流輸電通道的逐步投入運行，對現(xiàn)有依靠同步發(fā)電機調節(jié)大功率缺失的電網(wǎng)調度運行方式提出一定挑戰(zhàn)，需要輔助以負荷調節(jié)控制手段。
另外，還要重視黑啟動預案編制和演練。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)情況的黑啟動應急預案，在黑啟動過程中，應按照負荷的重要等級，并考慮電網(wǎng)的穩(wěn)定及恢復速度有序恢復。
點評
其實，早在2014年，AEMO的報告就指出，依靠大量風電來代替?zhèn)鹘y(tǒng)燃煤機組維持整個州的電力供應存在系統(tǒng)崩潰的風險。今年8月份，AEMO再次警告，現(xiàn)有的應急頻率調控方案已經(jīng)不足以應對停電風險。但當?shù)卣碗娏Σ块T太多依賴可再生能源所帶來的經(jīng)濟效益，因此并未采取及時有效的措施避免大停電事故的發(fā)生。推進節(jié)能減排，落實聯(lián)合國氣候變化大會的承諾，大規(guī)模發(fā)展可再生能源是大勢所趨；依靠電網(wǎng)實現(xiàn)電力資源在更大范圍的優(yōu)化配置也是適應市場經(jīng)濟規(guī)律的體現(xiàn)。聯(lián)系國內外實際，就是要建立一個公平、開放、透明的電力交易市場。開放電力市場并非意味著電價下降，電力市場交易工作應主動適應市場化的要求，保障交易機構發(fā)揮出應有的作用，努力擴大市場化交易規(guī)模，提升市場服務水平，促進能源資源大范圍優(yōu)化配置，加強交易技術支撐平臺建設和應用。