圖二：區(qū)域間相角差(AngleDifference)變化。相角差通常用于描述兩個(gè)域之間的電壓向量角度差，反映電網(wǎng)的功率流動(dòng)方向(正向或逆向)及同步狀態(tài)(大角差可能表示失穩(wěn))。0.21Hz振蕩Apr28,2025第1階段“系統(tǒng)中的電壓與振蕩”:4月28日12:00-12:30蕩現(xiàn)象)。12點(diǎn)03分，記錄到0.64Hz的非典型振蕩(有專家指持續(xù)4.42分鐘，引起了較大的電壓波動(dòng)。這種振蕩迫使系統(tǒng)運(yùn)營商采取協(xié)議措施，增強(qiáng)電網(wǎng)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(也就是重新連接10條但也產(chǎn)生電壓增加的副作用，使得穩(wěn)定電壓的難度增大。12點(diǎn)16分，再次記錄到相同的振蕩，規(guī)模較小。12點(diǎn)19分時(shí)，強(qiáng)迫振蕩以較小幅度激發(fā)了頻率為0.21Hz的東西中區(qū)域間振蕩模式，該模式體現(xiàn)了歐洲電網(wǎng)的典型特性。系統(tǒng)操作員采用相同的措施來緩沖，也使得電壓增加。此外，與法國的高壓直流連接的聯(lián)絡(luò)線也改為固定功率模式，出口減少到1000兆瓦，這對抑制振蕩具有顯著效果。但是這樣做的一個(gè)副作用是，即使西班牙在多次發(fā)電中斷后出現(xiàn)巨大電力缺口，也無法改變對法國出口變化。為了恢復(fù)電壓，在振蕩過程中電壓瞬時(shí)降至較低值時(shí)，采取了并聯(lián)電抗器的操作措施。第2階段“傳統(tǒng)機(jī)組沒有及時(shí)矯正”:28日12:32:57-12:33:18期間，系統(tǒng)振蕩導(dǎo)致電壓迅速穩(wěn)定地上升，引起發(fā)電廠自動(dòng)保護(hù)裝置的誤判，進(jìn)而觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作(被稱為“保護(hù)裝置誤動(dòng)作”),斷開與電網(wǎng)的連接，導(dǎo)致大量的發(fā)電負(fù)荷損失。在這一時(shí)刻，由于無功功率失衡，關(guān)鍵的220千伏和400千伏輸電線路的電壓開始異常上升，至少有9臺發(fā)電機(jī)未能提供正確的電壓或無功支撐(AVR調(diào)節(jié)性能不足)。AVR(自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器)是發(fā)電機(jī)上用于自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓的裝置，通過調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)來保持電壓穩(wěn)定，確保電網(wǎng)中的電壓和無功功率正常運(yùn)行。這些發(fā)電機(jī)未能按照西班牙和歐盟電網(wǎng)規(guī)范的要求履行實(shí)時(shí)電壓控制義務(wù)，導(dǎo)致電網(wǎng)無法有效控制電壓突然升高。9臺傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組未能履行電壓調(diào)節(jié)職責(zé)的問題，成為12:32:57第一輪發(fā)電機(jī)跳閘時(shí)的關(guān)鍵技術(shù)故障點(diǎn)。第3階段“連鎖反應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰”:28日12:33:18-12:33:30期間，每個(gè)發(fā)電廠的斷開都會(huì)導(dǎo)致電壓進(jìn)一步升高，而電壓升高又會(huì)觸發(fā)發(fā)電廠的自動(dòng)保護(hù)裝置斷開，形成無法控制的連鎖反應(yīng)。9臺傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組未能履行電壓調(diào)節(jié)職責(zé)嚴(yán)重削弱了電網(wǎng)的電壓控制能力，導(dǎo)致電壓異常上升，頻率下降至49.2Hz(法定下限為49.5Hz),引發(fā)逆變器停機(jī)以及傳統(tǒng)電廠的斷電，同時(shí)頻率下降導(dǎo)致西班牙電網(wǎng)與法國電網(wǎng)的同步性喪失，與歐洲大陸主網(wǎng)解列，最終電力系統(tǒng)崩潰，半島電力為零。第4階段“黑啟動(dòng)供電”:28日12:33-29日3:30期間。在停電高峰期間，電力需求下降了40%。在接下來的12小時(shí)內(nèi)，具備黑啟動(dòng)能力的電站陸續(xù)啟動(dòng)，形成首批黑啟動(dòng)孤島，水電和燃?xì)馀c法國的電力互聯(lián)恢復(fù)，1:07PM摩洛哥通過兩條海底高壓直流電纜向西班牙南部電網(wǎng)提供關(guān)鍵啟動(dòng)電力(部分發(fā)電廠完全停運(yùn)以后，需要外部電力“點(diǎn)火”重啟控制系統(tǒng)和渦輪機(jī))。之后，法國也通過歐洲互聯(lián)電網(wǎng)輸送電力，幫助恢復(fù)電網(wǎng)穩(wěn)定。由于安全協(xié)議的限制，核電站恢復(fù)較慢。第5階段“供電恢復(fù)正?！?電力需求到午夜已恢復(fù)至88%,29日早上7:00,電力需求已恢復(fù)至99%,到上午11:00全面恢復(fù)完成，并恢復(fù)向法國的電力出口。2、西班牙官方調(diào)查報(bào)告公布援引西班牙媒體的報(bào)道，西班牙政府將4月28日大停電的責(zé)任指向國家電網(wǎng)公司(RedEléctricadeEspana,REE)和發(fā)電公司。當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月17日，生態(tài)轉(zhuǎn)型副首相兼大臣薩拉阿赫森(SaraAagesen)在內(nèi)閣會(huì)議后的新聞發(fā)布會(huì)上指出，大停電事故源于電網(wǎng)中的一個(gè)過電壓問題，并指出REE當(dāng)天的計(jì)劃可能存在失誤，且本應(yīng)幫助控制電壓的電廠出現(xiàn)了明顯異常的操作。REE根據(jù)當(dāng)天的負(fù)荷預(yù)測和發(fā)電預(yù)測，已安排十座常規(guī)發(fā)電廠待命，以控制電壓，這一數(shù)量本已低于此前月調(diào)度水平。然而，其中一座發(fā)電廠在前一天下午通知REE將無法運(yùn)行，REE在計(jì)算之后決定不額外啟用其他電廠。雖然系統(tǒng)當(dāng)時(shí)擁有足夠的發(fā)電能力來做出反應(yīng)，但剩下的九座發(fā)電廠并未按預(yù)期運(yùn)行，無法有效應(yīng)對導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的電壓尖峰。第二個(gè)責(zé)任點(diǎn)是發(fā)電廠自動(dòng)保護(hù)裝置，以及系統(tǒng)運(yùn)營商為緩解振蕩所采取的操作也導(dǎo)致了電壓進(jìn)一步升高。猶如堵住一個(gè)漏水點(diǎn)，卻打開了另一個(gè)。為了控制頻率振蕩采取的一些措施反而使系統(tǒng)電壓更高，從格拉納達(dá)(Granada)、巴達(dá)霍斯(Badajoz)、塞哥維亞(Segovia)、韋爾瓦(Huelva)、卡塞雷斯(Cáceres)開始，風(fēng)光發(fā)電機(jī)組相繼脫網(wǎng)。部分發(fā)電廠的斷電發(fā)生在電壓超過規(guī)定閾值(輸電網(wǎng)電壓在380千伏—435千伏之間)之前，而其他一些斷電是電壓超過規(guī)定閾值之后觸發(fā)了發(fā)電廠的自動(dòng)保護(hù)裝置引起的。原本這些自動(dòng)跳閘裝置的目的是保護(hù)設(shè)施，但是這里卻適得其反，因?yàn)橛行┨l增加了系統(tǒng)中的無功功率，進(jìn)一步提高了電壓，導(dǎo)致更多電廠自動(dòng)跳閘，從而加劇了事故的嚴(yán)重程度。阿赫森強(qiáng)調(diào)，這些出于保護(hù)的跳閘動(dòng)作中，有些跳閘是不當(dāng)?shù)?。這些從12:33:16到12:33:17的接連跳閘事件的具體原因還在由專門負(fù)責(zé)組進(jìn)行調(diào)查中。從技術(shù)層面來看，電壓穩(wěn)定性要求整個(gè)系統(tǒng)中的無功功率保持平衡，可以通過使用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)、加裝同步調(diào)相機(jī)、配置無功補(bǔ)償裝置[如靜止無功發(fā)生器(SVG)或靜止同步補(bǔ)償器 (STATCOM)]、優(yōu)化電網(wǎng)結(jié)構(gòu)等手段來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)政府副首相的說法，此次事故的過電壓問題在于可供電網(wǎng)調(diào)度的同步發(fā)電不足。4月28日上午，同步發(fā)電不足已經(jīng)引發(fā)過電壓現(xiàn)象，但系統(tǒng)運(yùn)營商為控制頻率振蕩，采取了一些使系統(tǒng)電壓升高的措施，同時(shí)那些本應(yīng)控制電壓、并因此獲得經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償?shù)幕痣姍C(jī)組，并未在高壓環(huán)境下吸收全部無功功率。由此可以看出，西班牙電力系統(tǒng)缺乏足夠的動(dòng)態(tài)電壓控制能力。過去五年，西班牙多次成功利用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器(AVR)維持西班牙針對低電壓穿越(LVRT)問題采取了有效措施，提升了可再生能源在電壓下跌時(shí)支撐電網(wǎng)的能力。然而，此次事故暴露出AVR應(yīng)用仍存在明顯不足。尤其值得注意的是，盡管儲(chǔ)能等新能源具備通過AVR調(diào)節(jié)電壓的潛力，但當(dāng)前西班牙電網(wǎng)管理規(guī)則尚不允許其參與這類調(diào)控，導(dǎo)致大量新能源雖參與發(fā)電，卻無法參與電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的響應(yīng)中。3、辯證思考與討論(1)高比例新能源不是此次事故的核心因素在西班牙官方調(diào)查報(bào)告公布之前，多方猜測是西班牙高比例新能源(2024年底光伏裝機(jī)占比為25%、風(fēng)電裝機(jī)占比為24.4%)因某些原因?qū)е铝舜舜未笸ｋ娛鹿?，因?yàn)楣夥帮L(fēng)電設(shè)備本身不具備一些批評者順勢將矛頭指向了西班牙政府力推的“100%可再生能源”轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。在事發(fā)前的發(fā)電結(jié)構(gòu)中，風(fēng)能和太陽能占比較高(如下圖三所示)。太陽能貢獻(xiàn)了近一半的發(fā)電量。僅在2024年，太陽能和風(fēng)能發(fā)電量相當(dāng)且達(dá)到事發(fā)前水平的時(shí)間累計(jì)超過14%,約圖三：事發(fā)時(shí)風(fēng)光占比：68.53%,值得注意的是，由于電價(jià)低(-1歐元/MWh),當(dāng)時(shí)核電僅以一半功率運(yùn)行。Cogeneration,steamandwaste圖四：在事故發(fā)生前(左),西班牙是凈電力出口國，當(dāng)時(shí)的發(fā)電量高于其國內(nèi)用電需求。在事故發(fā)生后(右),由于西班牙具有自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組或構(gòu)網(wǎng)型逆變器不足，所以需要利用摩洛哥和法國境內(nèi)的傳統(tǒng)機(jī)組進(jìn)行電網(wǎng)同步的恢復(fù)。雖然新能源發(fā)電的波動(dòng)性會(huì)影響電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性，尤其是分布式新能源大量接入引起末端配電網(wǎng)電壓升高，但是從西班牙電網(wǎng)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及此次事故發(fā)生的時(shí)間軸來看，西班牙電力系統(tǒng)是有能力且有時(shí)間來處理電網(wǎng)過電壓的問題，而電網(wǎng)公司的計(jì)劃失誤和常規(guī)發(fā)電廠的不當(dāng)操作錯(cuò)失了處理過電壓問題的時(shí)機(jī)，顯然是更為關(guān)鍵的事故原因。在本次事故中，得益于部分電網(wǎng)具備孤網(wǎng)運(yùn)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(gè)恢復(fù)過程中起到了助推器作用(見下圖)。新能源的并網(wǎng)處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重事故的發(fā)生，但是如果處理得當(dāng)，可以提高電網(wǎng)整體的韌性。如果說對未來電網(wǎng)的要求是短時(shí)間快速恢復(fù)供電，新能源占比多的孤網(wǎng)比有傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的大電網(wǎng)更有優(yōu)勢。圖五：事故過程4月28日發(fā)電和用電的演變圖。在啟動(dòng)電網(wǎng)的過程中，新能源起到了快速恢復(fù)供電的作用。中午12:00后，即便主網(wǎng)崩潰，仍有約30%的新能源保持發(fā)電。(圖標(biāo)：橘黃：光伏；淺綠：風(fēng)能；淺藍(lán)：水利；淺粉：熱電聯(lián)產(chǎn)；黃色：聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；深紫：核能。)ExporttoMorocco19.060d德國經(jīng)驗(yàn)顯示：只要有戰(zhàn)略性投資與技術(shù)支撐，高比例可再生能源并不會(huì)削弱電網(wǎng)穩(wěn)定，反而能提升其韌性。盡管可再生能源占比持續(xù)上升，德國在2024年通過多項(xiàng)舉措顯著提升了電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。德國電網(wǎng)公司一直在改進(jìn)電網(wǎng)硬件設(shè)施方面進(jìn)行大量投資。輸電系統(tǒng)運(yùn)營商TenneT投資超過46億歐元，加固高壓輸電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；輸電系統(tǒng)運(yùn)營商50Hertz區(qū)域內(nèi)73%的電力來自可再生能源，并新建了約900公里的輸電線路。這使再調(diào)度(Redispatch)成本減少約12%,反映了電網(wǎng)調(diào)控效率的提升。德國電網(wǎng)發(fā)展計(jì)劃 (NEP)提出新增4800公里輸電線路及多條高壓直流(HV同時(shí)，區(qū)域電網(wǎng)數(shù)字化投資達(dá)4.26億歐元，支持電動(dòng)車、熱泵和30%,2023年平均停電時(shí)間僅為12.8分鐘，顯示出德國電網(wǎng)依然(2)電力安全需要從電力系統(tǒng)整體的角度統(tǒng)籌分析輸電、負(fù)荷或儲(chǔ)能中的某個(gè)單一環(huán)節(jié)。就像當(dāng)年將2003年美國東北大停電歸咎于市場化改革，或?qū)?021年得克薩斯州大停電歸咎論是發(fā)電側(cè)還是電網(wǎng)環(huán)節(jié)，都需要通過謹(jǐn)慎、中立的分析才能得電發(fā)生前的30分鐘內(nèi)，相量測量單元(PMU)記錄到電網(wǎng)頻率出現(xiàn)應(yīng)對未來潛在風(fēng)險(xiǎn)，電網(wǎng)運(yùn)營商可能需要具備更高的調(diào)度靈活性，以便在緊急情況下動(dòng)用市場外的發(fā)電資源，同時(shí)強(qiáng)化系統(tǒng)的平衡服務(wù)與備用容量，確保電網(wǎng)在高比例可再生能源背景下仍能穩(wěn)定運(yùn)行。二是停電重啟所需的黑啟動(dòng)能力不足。黑啟動(dòng)是指整個(gè)系統(tǒng)因故障停運(yùn)后，系統(tǒng)全部停電(不排除孤立小電網(wǎng)仍維持運(yùn)行),處于全“黑”狀態(tài)，不依賴別的網(wǎng)絡(luò)幫助，通過系統(tǒng)中具有自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)，帶動(dòng)無自啟動(dòng)能力的發(fā)電機(jī)組逐漸擴(kuò)大系統(tǒng)恢復(fù)范圍，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的恢復(fù)。西班牙和葡萄牙可快速黑啟動(dòng)的電源規(guī)模較少，恢復(fù)供電的效率受到影響，在摩洛哥和法國的幫助下，耗時(shí)10多個(gè)小時(shí)才全面恢復(fù)供電。實(shí)際上，黑啟動(dòng)并不是必須由傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)，比如構(gòu)網(wǎng)型逆變器可以使新能源、儲(chǔ)能電站具備傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)組一樣的慣性，實(shí)現(xiàn)黑啟動(dòng)。三是西班牙電網(wǎng)與鄰國之間的網(wǎng)對網(wǎng)互聯(lián)不足以及穩(wěn)定電壓的操作導(dǎo)致西法傳輸不靈活，降低了電網(wǎng)的韌性。法國以核電機(jī)組為主，而西班牙和葡萄牙具備快速黑啟動(dòng)能力的電源較少，恢復(fù)供電的效率受限。這說明風(fēng)光資源豐富但傳統(tǒng)機(jī)組不足的地區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)與傳統(tǒng)機(jī)組充足的鄰近區(qū)域之間的電網(wǎng)互聯(lián)，以保障整體電網(wǎng)的韌性和運(yùn)行效率。4、政策建議與啟示停電風(fēng)險(xiǎn)不可能被完全消除，因?yàn)閷⑵浣禐榱闼璧拇鷥r(jià)是無限高的。但通過加強(qiáng)電網(wǎng)硬件建設(shè)和完善市場管理機(jī)制，可以在電力轉(zhuǎn)型過程中有效降低停電發(fā)生的概率。面對停電風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)以科學(xué)、理性的態(tài)度進(jìn)行分析，用現(xiàn)代化的管理手段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，并將風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施經(jīng)濟(jì)化，通過科學(xué)評估來平衡風(fēng)險(xiǎn)防范成本，避免因過度反應(yīng)而將電網(wǎng)改革“情緒化”“危機(jī)化”甚至“災(zāi)難化”,從而影響新能源正常發(fā)展。(1)隨著電力市場的發(fā)展，電源、電網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)越來越傾向于市場價(jià)格信號的指引。但是電網(wǎng)規(guī)劃要考慮多方面因素，僅靠價(jià)格信號指導(dǎo)規(guī)劃和調(diào)度存在很多潛在風(fēng)險(xiǎn)。需要警惕的是，價(jià)格信號是優(yōu)化資源配置、提高運(yùn)行效率的重要工具，但絕不能成為唯甚至N-2準(zhǔn)則、抗災(zāi)能力等作為衡量電網(wǎng)穩(wěn)定的準(zhǔn)則，不能完全寄希望于市場在價(jià)格驅(qū)動(dòng)下“自動(dòng)”提供足夠的系統(tǒng)韌性。電網(wǎng)的公共基礎(chǔ)設(shè)施屬性決定了其發(fā)展不能完全交由市場這只“看不見的手”,還需要看得見的“規(guī)則之手”(監(jiān)管)和“引領(lǐng)之手”(戰(zhàn)略規(guī)劃)共同作用，才能平衡效率、安全、公平和可持續(xù)發(fā)展的多重目標(biāo)。參與市場改革的機(jī)構(gòu)應(yīng)了解電網(wǎng)韌性和穩(wěn)定性的來源，與電網(wǎng)公司一起找到風(fēng)險(xiǎn)管理和成本控制的平衡點(diǎn)。(2)此次西班牙大停電的案例表明，新能源在經(jīng)過電網(wǎng)與發(fā)電側(cè)的技術(shù)改造后，完全有能力提升電網(wǎng)的韌性。盡管新能源接入比例較高的電網(wǎng)相較傳統(tǒng)電網(wǎng)在運(yùn)行上更為復(fù)雜，但從多個(gè)國家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，新能源的可變性并不是電網(wǎng)穩(wěn)定性的根本障礙。相反，問題更多源于現(xiàn)有電網(wǎng)設(shè)施和傳統(tǒng)機(jī)組在頻率、電壓變化應(yīng)對方面準(zhǔn)備不足，以及技術(shù)設(shè)計(jì)存在偏差或已過時(shí)，導(dǎo)致在關(guān)鍵時(shí)刻無法做出有效響應(yīng)。美國和德國等國的經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)一步證明，新能源比例的提升并不必然削弱電網(wǎng)韌性，關(guān)鍵在于是否具備相應(yīng)的制度、技術(shù)和管理支撐。要實(shí)現(xiàn)未來電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，必須進(jìn)行系統(tǒng)性的技術(shù)革新。例如，核心硬件方面，大力發(fā)展并強(qiáng)制應(yīng)用構(gòu)網(wǎng)型變流器技術(shù)、支撐系統(tǒng)強(qiáng)度的大型儲(chǔ)能、新型無功補(bǔ)償與振蕩抑制裝置；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方電壓支撐能力、振蕩風(fēng)險(xiǎn)防控、模型驗(yàn)證等關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和并網(wǎng)導(dǎo)則，使其適應(yīng)電力電子設(shè)備的特性；規(guī)劃方面，必須將“系統(tǒng)強(qiáng)度”和“穩(wěn)定性硬件配置(如構(gòu)網(wǎng)型資源比例、儲(chǔ)能)”作為轉(zhuǎn)向基于電力