極端惡劣天氣使南澳大利亞州(SouthAustralia)

2016年9月28日，澳大利亞南澳發(fā)生大停電事故。

事故當天，受極端天氣影響，南澳大利亞大部分地區(qū)連續(xù)暴雨，伴有暴風雨、冰雹和閃電，部分地區(qū)瞬時風力達到180～260公里/小時，極端氣候直接導致全州前所未有的停電。這起事故是自1998年以來最長、影響最大的一次。

如今，即使在落后國家，由于惡劣天氣，省級電網也很少發(fā)生黑暗事故。為什么會發(fā)生這么嚴重的事件？南澳全州停電事件值得反思。

事件回放

南澳大利亞州(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.占澳大利亞大陸總面積的1萬平方公里/8.據2015年統(tǒng)計，全州總人口約170.二萬人，是唯一一個與澳大利亞大陸所有州接壤的州。

2015年，南澳州裝機總量達到4675兆瓦，主要由天然氣發(fā)電(約53).8%)和風力發(fā)電(約29%)年發(fā)電總量約125億千瓦時。南澳是澳大利亞可再生能源發(fā)電比例最高的地區(qū)，其中風力發(fā)電為全州提供了37個電力供應%。南澳輸電公司ElectraNet國內唯一的輸電公司，輸電線路總長度5529公里。

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絡線Heywood送入613兆瓦，為南澳85萬用戶提供電力供應。極端惡劣的天氣使南澳電網在88秒內遭受5次系統(tǒng)故障，導致275kV和132kV線路倒塔20座，4條275kV輸電線路和1條132kV輸電線路跳閘停運，6次大電壓擾動，導致9家風電廠445兆瓦風力發(fā)電脫網。風力發(fā)電場的出力突然大大損失，導致與維多利亞相連的聯絡線Heywood嚴重過載跳閘。此時，南澳大利亞剩余發(fā)電容量不足以應對瞬時900兆瓦電力供應的減少。突然，大規(guī)模輸出損失超過了低頻減載裝置的響應速度，低頻減載保護沒有及時啟動切割負荷。首次輸電線路故障僅2分鐘后，系統(tǒng)頻率崩潰，南澳電網完全停止。事故發(fā)生后，在AEMO(AustraliaEnergyMarketOperator在托倫斯島()的指導下，位于托倫斯島(Torrensisland)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聯絡線恢復了大部分電源。經過十幾個小時的搶修，80～90%用戶恢復供電。

原因分析1：能源結構調整帶來挑戰(zhàn)

近年來，南澳大利亞大力發(fā)展可再生能源（主要是風電和光伏發(fā)電），取代了傳統(tǒng)的化石能源發(fā)電，這對維持國家電力安全穩(wěn)定供應提出了巨大挑戰(zhàn)。

可再生能源具有間歇性和波動性的特點。因此，電網中的常規(guī)電源不僅需要為負載波動留出足夠的備用，還需要在可再生能源波動較大時及時調整輸出，以平衡可再生能源的變化。此外，由于分布式太陽能光伏系統(tǒng)和家用電池儲能裝置的日益普及，用戶從電網中獲得的電量逐漸減少。截至2016年5月，南澳已關閉所有常規(guī)燃煤機組，只有燃氣機組發(fā)電。據南澳輸電公司預測，未來三年，南澳電力基礎期貨價格為100澳元/兆瓦時，同期新州和維多利亞價格為55美元～在65澳元/兆瓦時之間。在同一電力市場，根據經濟規(guī)律，南澳將通過與東部州的聯絡線（遠離西部、北部和南部）輸送盡可能多的電力。在某些極端時期，南澳大利亞對電力的需求較小，可再生能源的貢獻較大。當南澳大利亞從州際聯絡線承受較大負荷時，南澳大利亞電網的慣性容量必須不足（即常規(guī)電源啟動不足）。一旦南澳大利亞電網或州級聯絡線出現故障，系統(tǒng)崩潰的可能性將不可避免地增加。

從1998年到2013年，澳大利亞電力市場交易逐漸市場化。國家電力市場主體由發(fā)電商、網絡服務商(輸配電)、購電商、零售商、終端用戶和特殊成員組成，通過現貨交易或簽訂電價合同實現電力批發(fā)零售交易。國家電力市場引入電力供應和購買競爭機制，為用戶提供廉價電力。

目前，聯邦政府和州政府正在部署能源領域的低碳排放計劃，并制定了相應的目標：在供應側建設大型風電和光伏電站，在需求側大力安裝屋頂光伏，計劃在2020年前建設6000兆瓦可再生能源。

南澳是澳大利亞電力改革的先鋒，計劃在2025年之前率先實現50%的可再生能源%目標。南澳電網作為省(州)級電網，目前可再生能源在世界上名列前茅。根據南澳輸電公司的數據，2015年風力發(fā)電占37%%2016年5月22日，風電占日需求87%，是最高日紀錄。目前，南澳可再生能源占45%%，實現2020年50%目標沒有懸念。

然而，大規(guī)模可再生能源的并網接入并沒有充分考慮電網安全問題，或者即使已經意識到安全隱患，也沒有足夠的機制或有效的動力來解決問題。一旦遇到惡劣天氣(南澳局部小氣候時有發(fā)生)，很難保證電網安全穩(wěn)定運行。9月28日，全州停電再次證明了這一點。

原因分析二：網架結構薄弱

南澳電網是典型的終端電網。除了因環(huán)因素考慮停用燃煤電廠外，國內用電主要依靠可再生能源和天然氣發(fā)電平衡，其中風力發(fā)電總量占近40%%。其外部電源僅依賴于單通道上的兩條275kV線路，兩條線路往往處于重載運行狀態(tài)。在9月28日的這種極端天氣下，由于風扇無法承受連續(xù)的系統(tǒng)故障，大量的負荷甚至脫網，導致南澳外部聯絡線路過載，導致連鎖跳閘，最終導致系統(tǒng)崩潰。這次大停電引起了相關企業(yè)用戶和公眾的強烈不滿。一方面，南澳的電價比其他州高50%另一方面，用電可靠性遠低于其他州。

事實上，南澳電網在歷史上已經運行了10次，但為了不推高電價上漲，監(jiān)管機構嚴格計算輸配電公司的基礎設施投資、運營維護和投資回報（每個輸配電公司每5年作為監(jiān)管期發(fā)布監(jiān)管收入），導致電網建設嚴重滯后80%輸電線路運行40年以上，輸變設備嚴重老化，難以承受重大自然災害的襲擊。如果南澳電網能加快新的對外聯絡線路建設，發(fā)生此類事故的概率將大大降低。

受南澳政府委托，南澳輸電公司正在開展新聯絡線和非電網強化方案（如需求側管理、故障時快速切除負荷、大容量儲能裝置建設等）的可行性研究，最近發(fā)布了以南澳能源改革為主題的技術規(guī)范咨詢報告。針對近期南澳大利亞大停電事故，本報告明確了新聯絡線項目的必要性，提出了新建州際聯絡線和非電網儲能五項方案，總投資預計為5項～25億澳元（視方案而定），報告重點介紹了四條新聯絡線的具體方案，闡述了其降低發(fā)電側投資成本、增加市場競爭力、降低電價、提高系統(tǒng)安全、促進可再生能源消耗和交付的經濟和社會效益。

事故給我們帶來了什么啟示？

電網結構薄弱往往是大停電事故的根本原因。強大的網絡結構是抵御電網故障、防止大面積停電事故的物質基礎。加強電網規(guī)劃建設，建立強大的網絡基礎，結合區(qū)域經濟和電力需求的發(fā)展變化，動態(tài)調整電網規(guī)劃，重點解決電網結構薄弱、輸送能力不足等問題，通過重點站線建設和合理實施分區(qū)運行模式，優(yōu)化電網結構，加強網絡基礎，滿足區(qū)域用電需求，徹底消除系統(tǒng)大面積停電的風險。

分析事故原因，電力系統(tǒng)應從源-網-荷多個層面提高系統(tǒng)防止大停電的能力。

首先，我們需要加強電源端的管理。加強機組的并網管理，特別是機組的勵磁、調速、一次調頻等配置和性能。對于風電場，應明確規(guī)定其高頻、低頻、過電壓、低電壓等性能，特別是提高風機的低電壓穿越能力，確保風機在端電壓電網的情況下繼續(xù)運行，在系統(tǒng)受到較大干擾時減少對系統(tǒng)的進一步影響。

二是加強電網防控手段建設。部署系統(tǒng)風險識別和在線預警系統(tǒng)。國內外之前的大停電事故表明，大停電事故往往是由極端天氣引起的，外部風險可能帶來的系統(tǒng)風險沒有得到有效預警，也沒有及時采取措施。

目前，國內跨區(qū)域電網互聯通道走廊資源有限，相對集中（特別是經濟發(fā)達地區(qū)），當地地理環(huán)境、氣候條件復雜，部分電網位于大面積雷暴、污水閃電和冰災頻繁區(qū)域，在極端天氣下，如果同時或失去多通道，容易導致事故擴大。

在日常工作中，必須結合局部電網運行特點，加強風險分析和預警，制定事故計劃，避免事故擴大。研究極端天氣與電網故障的關系，建立電網氣象監(jiān)測和預警系統(tǒng)，在線識別和分析設備跳閘風險，逐步建立從部件級風險到電網級風險的評估和預警。

三是加強三道防線建設。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);第二道防線主要是根據穩(wěn)定的判斷決定切割機、切割負荷、連鎖切割機、切割負荷等。；第三道防線主要是低頻、低壓、振蕩解列等。

除了確保故障的第一道防線高速準確切除外，還應加強第二道防線的穩(wěn)定系統(tǒng)，提高穩(wěn)定措施的可靠性。嚴重故障后的控制措施仍應果斷、適當，確保穩(wěn)定運行后的電網盡快回到相對安全的運行區(qū)域。完善第三道防線的失步解決，發(fā)現電力系統(tǒng)暫時穩(wěn)定損壞后，解決相關斷面，配合必要的低周減載等第三道防線措施，確保局部電網的穩(wěn)定運行。不斷完善安全穩(wěn)定控制策略，加強三道防線協(xié)調配合，提高設備運行可靠性，建設電網安全防線。

第四，提高負載控制能力。隨著特高壓直流輸電通道的逐步投入運行，對依靠同步發(fā)電機調節(jié)大功率缺失的現有電網調度運行模式提出了一定的挑戰(zhàn)，需要輔助負載調節(jié)控制手段。深入研究源-網-荷載互動控制技術，增強負載側快速控制手段。當特高壓直流鎖在極端條件下導致大功率缺失，局部區(qū)域為小系統(tǒng)時，需要綜合運用直接負載控制、頻率響應負荷和電壓響應負荷，提高電力系統(tǒng)的防御能力。

此外，我們還應該注意黑色啟動計劃的編制和演練。作為電力系統(tǒng)安全措施的最后一項，必須制定適合本網絡情況的黑色啟動應急計劃。在黑色啟動過程中，應根據重要負，考慮電網的穩(wěn)定性和有序恢復速度。為了保證電網的電壓水平，電網中的無功補償設備需要根據電壓進行必要的切割，以避免遠程輸送無功功率。調度員應結合國內外黑色啟動的實際經驗，不斷總結和學習系統(tǒng)完全停止后事故處理經驗的積累，然后制定詳細的黑色啟動應急計劃，并逐年修訂。在系統(tǒng)允許的情況下，選擇系統(tǒng)黑色啟動演練的機會，研究和開發(fā)黑色啟動輔助決策支持系統(tǒng)。

點評:推進電力市場化，安全第一

南澳大利亞停電的原因是外部極端天氣導致電力系統(tǒng)設備頻繁故障，導致大量風力發(fā)電機組甩負荷脫網，導致聯絡線嚴重過載跳閘。由于缺乏有功和無功，孤立電網導致系統(tǒng)頻率和電壓崩潰，導致南澳大利亞大面積停電。

事實上，早在2014年，AEMO報告指出，依靠大量風電取代傳統(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，AEMO再次警告說，現有的應急頻率調控方案已不足以應對停電風險。但地方政府和電力部門過于依賴可再生能源帶來的經濟效益，因此沒有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，落實聯合國氣候變化大會承諾，大規(guī)模發(fā)展可再生能源是大勢所趨；依靠電網實現更大范圍的電力資源優(yōu)化配置，也是適應市場推進電力市場化需要，把安全放在第一位的經濟規(guī)律的體現。聯系國內外實際，就是要建立公平、開放、透明的電力交易市場。開放電力市場并不意味著電價下跌。電力市場交易應積極適應市場化要求，確保交易機構發(fā)揮應有的作用，努力擴大市場化交易規(guī)模，提高市場服務水平，促進能源資源大規(guī)模優(yōu)化配置，加強交易技術支持平臺建設和應用。

南澳大利亞的大停電事件確實發(fā)人深省。電力行業(yè)有其固有的規(guī)律，制度可以改變，概念可以更新，但電力生產的客觀特點不會改變，保證

電網安全穩(wěn)定運行的目標不會改變。在推進電力市場化的過程中，必須把電網安全放在第一位，建設強大的電網，加強源電網協(xié)調，提高技術業(yè)務水平，有效避免大面積停電事故，確保電網安全、穩(wěn)定、高質量的經濟運行。