2021 年歐洲電網(wǎng)兩次解列事故分析及對中國電網(wǎng)安全的思考

張鵬飛，麻常輝，李 威，馬 歡，劉 勝，范 杰

（1. 國網(wǎng)國際發(fā)展有限公司，北京市 100075；2. 希臘國家輸電網(wǎng)公司，雅典 10443，希臘；3. 國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，山東省濟(jì)南市 250003；4. 南瑞集團(tuán)有限公司（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院有限公司），江蘇省南京市 211106；5. 國家電網(wǎng)有限公司，北京市 100031）

0 引言

2021 年，歐洲電網(wǎng)發(fā)生兩次解列事故。2021 年1 月8 日，克羅地亞1 座400 kV 變電站母聯(lián)斷路器過載，導(dǎo)致連鎖故障和功角失穩(wěn)，使歐洲大陸電網(wǎng)解列為兩個區(qū)域電網(wǎng)，分別產(chǎn)生了約5.8 GW 不平衡功率，頻率大幅波動［1］，1.7 GW 可中斷負(fù)荷和296 MW未簽署可中斷合同的終端負(fù)荷被切除，975 MW 發(fā)電機(jī)組被緊急控制系統(tǒng)切除，5.2 GW 電源因頻率、電壓大幅振蕩而脫網(wǎng)（以下簡稱“1·8”事故）。事故沒有引起大面積停電，但影響了整個歐洲大陸電網(wǎng)，并波及英國和北歐電網(wǎng)。文獻(xiàn)［2］根據(jù)歐洲輸電運(yùn)營商聯(lián)盟（ENTSO-E）發(fā)布的中期調(diào)查報告分析了事故發(fā)展過程和原因，結(jié)合中國電力系統(tǒng)實際情況提出了建議。2021 年7 月24 日，法國南部地區(qū)由于連續(xù)高溫引發(fā)山火，造成跨國輸電線路連鎖故障和功角失穩(wěn)，西班牙、葡萄牙和法國南部電網(wǎng)從歐洲大陸電網(wǎng)解列，導(dǎo)致該區(qū)域電網(wǎng)頻率大幅下降，并觸發(fā)了低頻減載系統(tǒng)［3］（以下簡稱“7·24”事故）。

2021 年7 月，歐盟委員會提出“Fit for 55”計劃，目標(biāo)是2030 年碳排放較1990 年降低55%，到2050 年實現(xiàn)碳中和，屆時可再生能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比將達(dá)到40%［4］。近年來，為適應(yīng)能源轉(zhuǎn)型，ENTSO-E 實施泛歐洲電網(wǎng)互聯(lián)，提升跨國輸電能力和可再生能源消納能力，增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行安全可靠性［5］。但是歐洲電網(wǎng)連續(xù)發(fā)生的解列事故顯示了歐洲電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行和控制方面的問題，對能源轉(zhuǎn)型過程中，大型互聯(lián)電網(wǎng)發(fā)生連鎖故障、系統(tǒng)解列的風(fēng)險提出了警示。中國加快推進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，歐洲電網(wǎng)解列事故的關(guān)鍵問題值得重視和研究，經(jīng)驗教訓(xùn)值得借鑒。

本文首先介紹歐洲電網(wǎng)的基本概況，依據(jù)ENTSO-E 于2021 年7 月15 日發(fā)布的“1·8”事故最終技術(shù)報告［1］和11 月12 日發(fā)布的“7·24”事故技術(shù)報告［3］，分析了兩次事故發(fā)生前電網(wǎng)的主要運(yùn)行狀況，梳理了事故的發(fā)展過程和重點事件。然后，對兩次事故的共性原因和控制措施進(jìn)行了剖析，分析了歐洲電網(wǎng)運(yùn)行管理存在的不足，介紹了ENTSO-E針對“1·8”事故提出的后續(xù)改進(jìn)建議。鑒于頻率控制措施對防止兩次事故擴(kuò)大和大面積停電起到了重要作用，文中重點分析了歐洲電網(wǎng)頻率控制措施的配置機(jī)理及其在兩次事故中的控制效果。最后，結(jié)合建設(shè)新型電力系統(tǒng)的需要，總結(jié)了應(yīng)從兩次停電事故中汲取的教訓(xùn)和借鑒的經(jīng)驗，對提升電網(wǎng)安全性所需的關(guān)鍵技術(shù)提出了建議。

1 電網(wǎng)概況

歐洲電網(wǎng)主要指由ENTSO-E 輸電網(wǎng)運(yùn)營商成員（TSO）管理的電網(wǎng)，覆蓋35 個國家，包括42 個TSO，由5 個互聯(lián)電網(wǎng)（歐洲大陸電網(wǎng)、北歐電網(wǎng)、波羅的海電網(wǎng)、英國電網(wǎng)、愛爾蘭電網(wǎng)）和2 個孤立電網(wǎng)（冰島電網(wǎng)、塞浦路斯電網(wǎng)）組成，見附錄A 圖A1［4］?；ヂ?lián)電網(wǎng)之間經(jīng)直流線路連接，土耳其電網(wǎng)與歐洲電網(wǎng)保持密切交流互聯(lián)。2018 年歐洲電網(wǎng)裝機(jī)容量為1 163 GW，其中可再生能源裝機(jī)容量為556 GW，最大負(fù)荷為590 GW，年用電量為3 628 TW·h［6］。

2021 年兩次解列事故均發(fā)生在歐洲大陸電網(wǎng)，其為歐洲電網(wǎng)的主要部分，覆蓋法國、德國等25 個歐洲大陸國家，主要以380～400 kV 電網(wǎng)為主干網(wǎng)，以110～275 kV 電網(wǎng)為地區(qū)網(wǎng)架。

2 兩次解列事故基本情況

2.1 “1·8”事故

2.1.1 “1·8”事故前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

事故發(fā)生前，電網(wǎng)運(yùn)行平穩(wěn)。歐洲東南部天氣溫暖，2021 年1 月6 日至7 日為假期，電網(wǎng)負(fù)荷較低；中歐國家天氣較冷，西北電網(wǎng)負(fù)荷相應(yīng)較高。經(jīng)事故后統(tǒng)計和模擬，1 月8 日開機(jī)容量如表1 所示［1］，東南電網(wǎng)向西北電網(wǎng)送電約5.8 GW。

表1 “1·8”事故前開機(jī)情況Table 1 Start-up situation before“1·8”accident

本次事故始于克羅地亞的Ernestinovo 400 kV變電站。該變電站位于東南電網(wǎng)向西北電網(wǎng)輸電的通道上，有5 回400 kV 線路，1 回至塞爾維亞電網(wǎng)，1 回至波黑電網(wǎng)，1 回至本國Zerjavinec 400 kV 變電站，2 回至匈牙利電網(wǎng)。站內(nèi)裝有2 臺400 kV/110 kV 變壓器。2021 年1 月5 日，Ernestinovo 變電站至匈牙利電網(wǎng)的第1 回線路因斷路器檢修停運(yùn)，第2 回線路正常運(yùn)行。站內(nèi)接線方式如圖1 所示［1］，至塞爾維亞和波黑電網(wǎng)的2 回線路接入母線1，潮流均為流入母線，至匈牙利電網(wǎng)和本國Zerjavinec 變電站的2 回線路接入母線2，潮流均為流出母線，2 臺變壓器分別接入母線1、2，下網(wǎng)功率較小，線路潮流幾乎全部穿越母聯(lián)斷路器。

圖1 Ernestinovo 變電站2021 年1 月8 日運(yùn)行接線圖Fig.1 Diagram of operation wiring for Ernestinovo substation on January 8，2021

Ernestinovo 變電站的母聯(lián)斷路器額定電流為1 600 A。在電流超過96%額定電流（1 536 A）時，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控（SCADA）系統(tǒng)發(fā)出短時過載告警，在電流超過120%額定電流（1 920 A）時，SCADA系統(tǒng)發(fā)出長期過載告警?？紤]短時過載能力，母聯(lián)斷路器過載保護(hù)定值設(shè)為130%額定電流，即電流超過2 080 A 并持續(xù)5 s，母聯(lián)斷路器跳閘。2021 年1 月8 日，根據(jù)運(yùn)行計劃，約1.1 GW 潮流從母聯(lián)斷路器穿越，電流約為1 520 A，接近短時過載告警限值。

2.1.2 “1·8”事故發(fā)展過程

2021 年1 月8 日12：00—13：00，Ernestinovo 變電站母聯(lián)斷路器電流在1 536 A 上下波動，SCADA系統(tǒng)發(fā)出約50 次短時過載告警，電流最終保持在1 536 A 以上。

2021 年1 月8 日13：00—14：00，母聯(lián)斷路器電流繼續(xù)增大至1 736 A。東南電網(wǎng)區(qū)域控制誤差顯示，送西北電網(wǎng)潮流超出市場計劃，誤差逐漸增大到約380 MW，同時波黑送意大利直流通道調(diào)減300 MW，導(dǎo)致東南電網(wǎng)通過交流通道送西北電網(wǎng)潮流較市場計劃共增加約680 MW。Ernestinovo 變電站母聯(lián)斷路器潮流隨之增大。

2021 年1 月8 日14：00 后，母聯(lián)斷路器電流由1 736 A 快速增大至1 931 A，導(dǎo)致SCADA 系統(tǒng)發(fā)出長期過載告警。西北電網(wǎng)和東南電網(wǎng)之間的功角已接近90°，趨于靜態(tài)功角穩(wěn)定極限。

2021 年1 月8 日14：04：21，SCADA 系統(tǒng)顯示Ernestinovo 變電站母聯(lián)斷路器電流達(dá)到1 989 A，但過載保護(hù)瞬時采樣值已超過2 080 A，持續(xù)5 s 后，母聯(lián)斷路器跳閘，母線上連接的兩臺400 kV/110 kV變壓器隨即過載跳閘。Ernestinovo 變電站兩條母線失去電氣聯(lián)系，約1.4 GW 潮流向臨近線路轉(zhuǎn)移。

2021 年1 月8 日14：04：49，與Ernestinovo 變電站相鄰的Subotica-Novi Sad 400 kV 線路過載跳閘，西北電網(wǎng)和東南電網(wǎng)之間功角失穩(wěn)。其后6 s 內(nèi)，10 回線路和1 臺主變壓器因系統(tǒng)振蕩和過載跳閘。

2021 年1 月8 日14：05：08，連接兩區(qū)域電網(wǎng)的最后2 回220 kV 線路因系統(tǒng)振蕩跳閘，兩區(qū)域電網(wǎng)解列，均出現(xiàn)大規(guī)模功率不平衡。西北電網(wǎng)頻率最低達(dá)到49.74 Hz，東南電網(wǎng)頻率最高達(dá)到50.6 Hz。解列后系統(tǒng)分區(qū)如圖2 所示［1］。

圖2 “1·8”事故后電網(wǎng)分區(qū)圖Fig.2 Grid distribution map after“1·8”accident

2021 年1 月8 日14：05—15：07，經(jīng)過1 h 的自動和手動頻率控制，兩區(qū)域電網(wǎng)頻率逐步穩(wěn)定在50 Hz 左右。

2021 年1 月8 日15：23，解列線路基本恢復(fù)運(yùn)行，系統(tǒng)完成并列。

2.2 “7·24”事故

2.2.1 “7·24”事故前系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)

葡萄牙、西班牙和法國南部電網(wǎng)經(jīng)3 回400 kV線路、2 回225 kV 線路與歐洲大陸電網(wǎng)聯(lián)系。2021 年7 月，歐洲南部地區(qū)持續(xù)高溫，從法國電網(wǎng)輸入西班牙的電力規(guī)模較大，事故前達(dá)到2 451 MW。5 回線路所經(jīng)過的法國南部地區(qū)因高溫發(fā)生了山火。

2.2.2 “7·24”事故發(fā)展過程

2021 年7 月24 日16：32：12，上述5 回線路構(gòu)成的輸電斷面中，1 回400 kV 線路因山火跳閘，系統(tǒng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，但已不滿足N-1 安全準(zhǔn)則。法國和西班牙TSO 決定將法國送西班牙電網(wǎng)潮流壓降至1 200 MW，以保證電網(wǎng)N-1 安全性。

2021 年7 月24 日16：35：23，法國和西班牙TSO 尚未完成壓降斷面輸送潮流，第2 回400 kV 線路（與第1 回部分同塔）也因山火跳閘，造成該斷面上其他線路潮流大幅增加。

2021 年7 月24 日16：36：37—16：36：41，該斷面上第3 回400 kV 線路過載跳閘，造成西班牙、葡萄牙和法國南部電網(wǎng)與歐洲大陸電網(wǎng)間功角失穩(wěn)。其余聯(lián)絡(luò)線因失步保護(hù)跳閘，最終導(dǎo)致系統(tǒng)解列。在此期間，西班牙與摩洛哥2 回400 kV 聯(lián)網(wǎng)線路、法國南部10 回63 kV 線路也因系統(tǒng)失步發(fā)生跳閘。解列后系統(tǒng)分區(qū)如圖3 所示［3］。

圖3 “7·24”事故后電網(wǎng)分區(qū)圖Fig.3 Grid partition map after“7·24”accident

2021 年7 月24 日16：37—16：45，西班牙、葡萄牙和法國南部區(qū)域電網(wǎng)頻率最低降至48.65 Hz，歐洲大陸電網(wǎng)頻率最高上升至50.06 Hz。西班牙、葡萄牙和法國南部電網(wǎng)調(diào)頻備用、低頻減載啟動，頻率偏差逐步減小至±200 mHz。

2021 年7 月24 日17：09，電網(wǎng)重新并列運(yùn)行。

3 事故分析

3.1 事故主要原因分析

1）電網(wǎng)運(yùn)行安全分析模型不完善。歐洲電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則［7］要求，所有的TSO 均應(yīng)開展日前、日內(nèi)和準(zhǔn)實時運(yùn)行安全分析，確定安全隱患和相應(yīng)的校正控制措施?？肆_地亞TSO 提供的系統(tǒng)模型將變電站作為1 個節(jié)點近似處理，基于此構(gòu)建的區(qū)域電網(wǎng)日前和日內(nèi)安全分析模型均無法模擬母聯(lián)斷路器開斷。因此，“1·8”事故前，區(qū)域電網(wǎng)安全協(xié)調(diào)中心、克羅地亞及周邊TSO 均得出了電網(wǎng)符合N-1 準(zhǔn)則，不存在安全風(fēng)險的結(jié)論。據(jù)此，克羅地亞TSO 也認(rèn)為沒有必要調(diào)整Ernestinovo 變電站接線方式，導(dǎo)致大量潮流穿越母聯(lián)斷路器。

2）在線安全分析系統(tǒng)功能不靈活?？肆_地亞TSO 在線安全分析系統(tǒng)采用固定的故障集，變電站母聯(lián)斷路器故障不包含在在線分析故障集內(nèi)。所以在“1·8”事故中，Ernestinovo 變電站母聯(lián)斷路器潮流大幅增加后，如果對其開斷故障進(jìn)行安全校核，必須采用離線模式，重新設(shè)置模型進(jìn)行仿真計算，耗時較長，并且離線仿真數(shù)據(jù)與實時運(yùn)行數(shù)據(jù)存在差異，可能導(dǎo)致結(jié)果與實際運(yùn)行工況存在差距。

3）運(yùn)行人員責(zé)任不清。歐洲電網(wǎng)運(yùn)行準(zhǔn)則［7］要求TSO 監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并決定是否需要重新開展安全校核，或者實施調(diào)整網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、調(diào)整系統(tǒng)潮流等校正控制?！?·8”事故中，克羅地亞電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)告警信息與相應(yīng)的校正控制措施沒有明確關(guān)聯(lián)，克羅地亞調(diào)度中心接收到超過50 次Ernestinovo變電站母聯(lián)斷路器過載告警后未采取有效控制措施，錯過了規(guī)避事故的時機(jī)。

4）穩(wěn)定控制措施缺位。“1·8”事故中，Ernestinovo 變電站母聯(lián)斷路器過載跳閘后，大量潮流轉(zhuǎn)移引起連鎖故障，事故間隔僅幾秒至幾十秒。事故快速發(fā)展過程中，由于沒有配置恰當(dāng)?shù)木o急控制系統(tǒng)，亦無機(jī)會采取校正控制，無法阻斷連鎖故障?！?·24”事故中，在第1 和第2 個故障之間存在3 min 控制窗口，然而校正控制未能及時實施，導(dǎo)致后續(xù)連鎖故障。

5）對極端天氣的防范措施存在疏漏。按照法國輸電網(wǎng)安全校核的要求，在發(fā)生山火、雷電等異常的情況下，應(yīng)校核同塔雙回線路同時故障。但由于消防部門沒有告知TSO 線路周邊山火情況，TSO 對通過該地區(qū)的400 kV 線路仍然按N-1 準(zhǔn)則控制輸送容量，斷面輸送潮流過高。

3.2 頻率控制措施

3.2.1 歐洲電網(wǎng)主要頻率控制措施

歐洲電網(wǎng)將調(diào)頻備用、可中斷負(fù)荷、低頻減載等納入緊急狀態(tài)和恢復(fù)狀態(tài)下的頻率控制措施范疇［8-9］，同時要求跨區(qū)高壓直流提供輔助頻率控制［10］。

1）調(diào)頻備用。歐洲電網(wǎng)調(diào)頻備用分為頻率控制備用（FCR）、頻率恢復(fù)備用（FRR）和替代備用（RR）3 個層級［9］。其配置如圖4 所示。

圖4 歐洲電網(wǎng)調(diào)頻備用類別及作用Fig.4 Types and functions of frequency regulation reserve in European power system

擾動發(fā)生后，利用FCR 快速響應(yīng)能力將頻率偏差控制在允許范圍內(nèi)（如±200 mHz），然后利用FRR 和RR 持續(xù)發(fā)揮作用，在15 min 內(nèi)將頻率恢復(fù)至額定值，同時釋放FCR 容量，以應(yīng)對可能發(fā)生的下一次擾動。FCR 在檢測到頻率偏差超過死區(qū)后立即啟動，如頻率偏差超過±200 mHz，F(xiàn)CR 必須在30 s 內(nèi)達(dá)到100%備用容量。歐洲大陸電網(wǎng)FCR 總備用容量約3 GW，按發(fā)電和負(fù)荷容量在各TSO 之間分配。FRR 分為自動頻率恢復(fù)備用（aFRR）和手動頻率恢復(fù)備用（mFRR）。aFRR 在頻率偏差達(dá)到TSO 設(shè)定值時啟動，響應(yīng)時間不超過30 s，mFRR 通常為手動啟動。RR 用以替代或輔助FRR 維持系統(tǒng)頻率，通常為手動啟動。TSO 采購的調(diào)頻備用服務(wù)主要以發(fā)電調(diào)頻備用為主，根據(jù)頻率控制區(qū)域內(nèi)最嚴(yán)重N-1 故障和至少1 年內(nèi)歷史最嚴(yán)重故障對應(yīng)的不平衡容量來綜合確定FRR 和RR 容量。

2）可中斷負(fù)荷。為應(yīng)對大擾動后的頻率偏差或負(fù)荷不平衡而設(shè)計的可中斷負(fù)荷，可根據(jù)TSO 下達(dá)的控制指令或預(yù)先設(shè)定的啟動判據(jù)，切除部分或全部負(fù)荷，服務(wù)提供者依據(jù)合同獲得補(bǔ)償［11-12］。TSO購買的可中斷負(fù)荷服務(wù)通常設(shè)置立即中斷和快速中斷兩種響應(yīng)時間，以滿足不同場景的需求，見表2。

表2 法國、意大利可中斷負(fù)荷配置Table 2 Interruptible load in France and Italy

3）低頻減載。ENTSO-E 將低頻減載作為防止頻率大幅下跌和頻率崩潰的最后一道防線，根據(jù)電網(wǎng)規(guī)模和特性，對歐洲大陸電網(wǎng)、北歐電網(wǎng)、英國電網(wǎng)和愛爾蘭電網(wǎng)分別提出了配置低頻減載系統(tǒng)的要求［8］。對歐洲大陸電網(wǎng)，系統(tǒng)頻率跌落至49 Hz 時，低頻減載系統(tǒng)啟動并切除至少5%負(fù)荷。如頻率繼續(xù)下跌，在跌至48 Hz 前，應(yīng)按照至少6 級共切除45%±7%的負(fù)荷，且每級切負(fù)荷量不應(yīng)超過10%總負(fù)荷。部分TSO 也將切除抽水蓄能機(jī)組作為頻率控制措施。

4）跨區(qū)直流功率支援。歐洲大陸電網(wǎng)與北歐電網(wǎng)、英國電網(wǎng)分別通過直流線路聯(lián)系。歐洲電網(wǎng)要求跨區(qū)直流運(yùn)營商應(yīng)按TSO 的要求設(shè)置潮流調(diào)整的閾值，在頻率發(fā)生偏移時調(diào)整輸送潮流，以輔助頻率控制［10］。

3.2.2 頻率控制措施綜合作用效果

兩次解列事故后控制措施的重點都在于快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率，防止頻率崩潰引發(fā)大面積停電。上述頻率控制措施綜合作用，在較短時間內(nèi)基本實現(xiàn)了功率平衡，將頻率控制在允許范圍內(nèi)，為系統(tǒng)重新并列運(yùn)行創(chuàng)造了條件。

“1·8”事故中，F(xiàn)CR、可中斷負(fù)荷控制系統(tǒng)、跨區(qū)直流功率支援及時響應(yīng)疊加切機(jī)和電源脫網(wǎng)的作用，系統(tǒng)頻率在1 min 內(nèi)（2021 年1 月8 日14：05—14：06）恢復(fù)至（50±0.2）Hz 內(nèi)，沒有跌至49 Hz，避免了低頻減載裝置啟動。事故過程中，自動切機(jī)和被動脫網(wǎng)電源容量約6.2 GW，主要集中在東南電網(wǎng)，對解列后東南電網(wǎng)的頻率控制起到了積極作用，但部分電源存在不符合并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)而脫網(wǎng)的情況。按照歐洲電網(wǎng)機(jī)組并網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在一定頻率偏差內(nèi)，機(jī)組應(yīng)具備并網(wǎng)運(yùn)行能力［13］。兩區(qū)域電網(wǎng)解列后的頻率控制措施和功率平衡情況見表3。

表3 “1·8”事故后功率平衡結(jié)果Table 3 Power balance results after“1·8”accident

“7·24”事故中，由于西班牙、葡萄牙和法國南部系統(tǒng)慣量較小，頻率跌落幅度大、變化率大，頻率控制較為困難。頻率偏差超過±200 mHz 后，F(xiàn)CR在30 s 內(nèi)達(dá)到了額定備用容量（439 MW）。葡萄牙電網(wǎng)在頻率下降至49.2 Hz 時切除394 MW 可中斷負(fù)荷。在頻率繼續(xù)下降至48.65 Hz 的過程中，觸發(fā)西班牙、葡萄牙和法國南部電網(wǎng)低頻減載，切除了4.3 GW 終端負(fù)荷和2.3 GW 抽水蓄能機(jī)組（抽水狀態(tài)），結(jié)果見表4。由于低頻減載產(chǎn)生過切，西班牙、葡萄牙和法國南部電網(wǎng)發(fā)電功率過剩，造成過電壓，導(dǎo)致3 689 MW 電源脫網(wǎng)。

表4 “7·24”事故后功率平衡結(jié)果Table 4 Power balance results after“7·24”accident

3.3 “1·8”事故分析報告提出的建議

2021 年7 月15 日，ENTSO-E 發(fā)布的最終事故分析報告中給出了22 項建議，主要內(nèi)容如下。

1）系統(tǒng)分析模型方面。配置了過流或高壓/低壓保護(hù)的系統(tǒng)元件必須納入跨區(qū)事故分析故障集；TSO 構(gòu)建本區(qū)域電網(wǎng)模型時，應(yīng)包括變電站接線方式，確保能夠評估所有元件（包括母聯(lián)斷路器）的輸電極限。

2）安全性分析方面。在制定運(yùn)行方式和實時運(yùn)行時均需評估輸電走廊的輸電能力，保證足夠輸送裕度；協(xié)調(diào)各TSO 聯(lián)合開展區(qū)域間輸電走廊的靜態(tài)穩(wěn)定極限的計算，提高預(yù)測質(zhì)量，減少日內(nèi)阻塞預(yù)測和實時計算潮流間的差異；在線安全分析要考慮動態(tài)穩(wěn)定性，分析電網(wǎng)薄弱環(huán)節(jié)并采取恰當(dāng)?shù)拇胧?/p>

3）電網(wǎng)運(yùn)行方面。變電站應(yīng)采用合適接線方式，盡量減小母聯(lián)斷路器電流；加強(qiáng)TSO 間數(shù)據(jù)交換及事故處理協(xié)調(diào)；明確調(diào)度系統(tǒng)警報級別及相應(yīng)措施；調(diào)度員需接受動態(tài)穩(wěn)定分析與控制方面的培訓(xùn)。

4）未來電網(wǎng)發(fā)展方面。配置恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)償設(shè)備應(yīng)對未來系統(tǒng)慣量降低的問題；對不符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)的脫網(wǎng)電源和負(fù)荷進(jìn)行整改；評估發(fā)生大規(guī)?？鐓^(qū)潮流轉(zhuǎn)移或解列情況下，系統(tǒng)快速支撐電源的充裕性；制定系統(tǒng)重新并列的流程及標(biāo)準(zhǔn)。

4 對中國電網(wǎng)安全的思考及建議

近年來，中國電力系統(tǒng)沒有發(fā)生對社會產(chǎn)生重大影響的事故，但是電力設(shè)備故障風(fēng)險始終存在，電網(wǎng)安全事件難以完全避免。2020 年中國共發(fā)生電力設(shè)備事故1 起、電力安全事件6 起［14］，包括機(jī)組跳閘、電廠全停、直流雙極閉鎖等。隨著電力系統(tǒng)高比例新能源、高比例電力電子化“雙高”特征凸顯，可能出現(xiàn)更加復(fù)雜的安全穩(wěn)定問題。借鑒兩次歐洲電網(wǎng)解列事故，對中國電網(wǎng)運(yùn)行安全提出以下建議。

4.1 防范人為因素產(chǎn)生的安全風(fēng)險

調(diào)度運(yùn)行人員是應(yīng)對電網(wǎng)安全風(fēng)險最為主動的因素，在需進(jìn)行復(fù)雜信息交流、對電網(wǎng)運(yùn)行形勢做出綜合判斷的情況下，調(diào)度員的作用通常是自動控制系統(tǒng)所無法替代的。但調(diào)度員的響應(yīng)能力和速度受到專業(yè)素養(yǎng)、工作經(jīng)驗、物理及精神狀態(tài)等多方面影響。中國電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)通過嚴(yán)格的調(diào)度規(guī)程、調(diào)度員培訓(xùn)以及完善的事故處理規(guī)程等［15］，可有效提升調(diào)度員的正確響應(yīng)能力，防范人為因素產(chǎn)生電網(wǎng)安全風(fēng)險。為應(yīng)對未來電力系統(tǒng)中更復(fù)雜、更隱蔽、時間尺度更小的電網(wǎng)安全風(fēng)險，應(yīng)進(jìn)一步完善調(diào)度員培訓(xùn)仿真系統(tǒng)，模擬現(xiàn)代交直流大電網(wǎng)，特別是以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的運(yùn)行控制，增強(qiáng)調(diào)度員對電網(wǎng)動態(tài)穩(wěn)定問題的認(rèn)識，提升調(diào)度員對復(fù)雜電網(wǎng)的運(yùn)行控制能力。同時，還需要提升電網(wǎng)安全防御系統(tǒng)的智能化水平，給予調(diào)度員明確的警示信息和措施建議，輔助調(diào)度員做出有效的控制決策。

4.2 加強(qiáng)電網(wǎng)安全穩(wěn)定管理

中國電網(wǎng)調(diào)度范圍廣、層級多，調(diào)度機(jī)構(gòu)按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)開展電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析是保證電網(wǎng)運(yùn)行和控制措施協(xié)調(diào)一致的基礎(chǔ)［16］。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)安全穩(wěn)定分析模型參數(shù)的管理，規(guī)范各級調(diào)度機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)管理流程，保證模型參數(shù)的唯一性。通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作共享等方式，提升仿真數(shù)據(jù)的拼接、調(diào)整效率。提升電網(wǎng)在線安全穩(wěn)定分析模型自動構(gòu)建和故障集自動產(chǎn)生、優(yōu)化等能力，增強(qiáng)穩(wěn)定分析的實時性和有效性。加強(qiáng)新能源和電力電子設(shè)備特性研究和實測建模，適應(yīng)新能源發(fā)電單元和電力電子設(shè)備數(shù)量多、控制環(huán)節(jié)復(fù)雜的特點。按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)各級調(diào)度機(jī)構(gòu)安全穩(wěn)定分析結(jié)論的校核，實現(xiàn)運(yùn)行方式安排和控制措施的銜接。

4.3 提升薄弱環(huán)節(jié)識別和連鎖故障控制能力

單一故障發(fā)展為連鎖故障進(jìn)入快速發(fā)展階段后，僅憑人為措施難以對其有效阻斷。中國電網(wǎng)中隨著交直流混聯(lián)電網(wǎng)格局逐步形成、新能源裝機(jī)容量持續(xù)增長，電力系統(tǒng)運(yùn)行方式更為多變，偶然事件引起電網(wǎng)事故發(fā)生的概率不斷增加?；痣?、水電等常規(guī)電源空間被大幅擠占，系統(tǒng)等效慣量水平、電壓支撐能力相對下降，交流與直流、送端與受端、新能源與常規(guī)機(jī)組之間相互影響，各類穩(wěn)定問題復(fù)雜交織，極易在各省級電網(wǎng)乃至區(qū)域電網(wǎng)間形成連鎖反應(yīng)［17］。需要研究應(yīng)用全電磁、機(jī)電電磁混合仿真技術(shù)，提升“雙高”電網(wǎng)精細(xì)化仿真水平；研究利用量化的穩(wěn)定分析和在線智能化實時計算，實現(xiàn)電網(wǎng)運(yùn)行風(fēng)險的在線識別與預(yù)警；加強(qiáng)對連鎖故障機(jī)理的研究，研究阻斷連鎖故障的控制邏輯，通過加強(qiáng)三道防線的協(xié)調(diào)，提升其自適應(yīng)優(yōu)化能力，增強(qiáng)對連鎖故障的防控能力。

4.4 深化電網(wǎng)自適應(yīng)解列和恢復(fù)技術(shù)研究

2006 年11 月4 日，歐洲電網(wǎng)解列為3 個區(qū)域［18］，2021 年兩次事故中電網(wǎng)分別解列為2 個區(qū)域，產(chǎn)生了大幅功率不平衡和頻率偏差。在中國電網(wǎng)中，主動的失步解列是阻斷大停電事故蔓延的重要措施。隨著電網(wǎng)規(guī)模增大、隨機(jī)性電源增多、運(yùn)行方式不確定性增加，多種擾動或控制措施可導(dǎo)致電力系統(tǒng)振蕩中心發(fā)生動態(tài)遷移［19］。連鎖故障過程中，振蕩中心在相繼開斷中發(fā)生轉(zhuǎn)移，傳統(tǒng)失步解列判據(jù)可能失效。需要克服離線制定的解列預(yù)案無法適應(yīng)多變運(yùn)行方式的缺陷，對電網(wǎng)主動解列技術(shù)和自適應(yīng)解列策略進(jìn)行研究，優(yōu)化解列界面，控制解列后功率缺額、保證系統(tǒng)頻率恢復(fù)能力，完善低頻減載方案，避免過切造成系統(tǒng)大幅振蕩。提升電力系統(tǒng)恢復(fù)在線決策水平，根據(jù)電網(wǎng)運(yùn)行方式和解列方案，提出相應(yīng)的控制策略和并網(wǎng)方案。

4.5 推進(jìn)調(diào)頻備用市場機(jī)制研究

系統(tǒng)頻率恢復(fù)過程中，調(diào)頻備用及時響應(yīng)，提供靈活的調(diào)頻服務(wù)至關(guān)重要?！半p高”電力系統(tǒng)中，系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量減小帶來的頻率問題逐步顯現(xiàn)［20］?？稍偕茉窗l(fā)電的波動性與間歇性問題、可再生能源電源的故障問題，在負(fù)荷波動之外，產(chǎn)生了更大范圍、更小時間尺度的備用需求。在歐洲電網(wǎng)，TSO 可通過市場機(jī)制獲得調(diào)頻備用服務(wù)。中國電力輔助服務(wù)市場仍處于探索階段，補(bǔ)償力度較低，電源承擔(dān)備用的積極性不高，部分省份備用資源不足［21］。迫切需要完善市場機(jī)制，以市場化經(jīng)濟(jì)手段激勵各類機(jī)組參與調(diào)頻輔助服務(wù)，并逐步推動儲能、需求側(cè)響應(yīng)等各類市場主體積極參與，擴(kuò)充電網(wǎng)調(diào)頻資源。促進(jìn)具有快速爬坡能力、調(diào)節(jié)性能良好的電源參與調(diào)頻服務(wù)，建設(shè)區(qū)域性的調(diào)頻市場，在更大范圍內(nèi)配置輔助服務(wù)資源。

4.6 促進(jìn)可中斷負(fù)荷研究應(yīng)用

可中斷負(fù)荷與發(fā)電側(cè)備用容量相協(xié)調(diào)作為調(diào)頻備用應(yīng)對小概率嚴(yán)重容量事故，比單純的發(fā)電側(cè)容量備用更經(jīng)濟(jì)［22］。歐洲電網(wǎng)在可中斷負(fù)荷的定價和補(bǔ)償?shù)仁袌鰴C(jī)制建設(shè)，以及應(yīng)用可中斷負(fù)荷提供事故備用、抑制頻率快速跌落等方面有一定經(jīng)驗［23］。中國電網(wǎng)中，可中斷負(fù)荷市場機(jī)制尚未完善，主要采用行政措施或邀約方式獲得，其應(yīng)用領(lǐng)域較為單一，主要用于調(diào)峰輔助服務(wù)［24］。為有效應(yīng)對高比例可再生能源運(yùn)行帶來的頻率穩(wěn)定風(fēng)險，需進(jìn)一步研究建立電力市場背景下的可中斷負(fù)荷激勵機(jī)制，提升用戶參與積極性，將需求側(cè)資源納入電力系統(tǒng)運(yùn)行控制體系，把可中斷負(fù)荷應(yīng)用場景擴(kuò)展到調(diào)頻備用和緊急控制，優(yōu)化可中斷負(fù)荷、電源與其他類型緊急控制措施的協(xié)調(diào)策略，提高系統(tǒng)應(yīng)對事故擾動的能力。

4.7 提升電網(wǎng)抵御極端天氣的能力

近年來，暴雪、冰凍、暴雨、高溫等極端天氣頻發(fā)，給各國電網(wǎng)安全運(yùn)行均造成了不同程度的影響［25-26］。在適應(yīng)“碳中和”、實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型過程中，增強(qiáng)電網(wǎng)彈性和韌性，提升電網(wǎng)抵御極端天氣影響的能力，已成為各國電網(wǎng)發(fā)展的共識［27］。隨著全球氣候變暖，未來一段時期極端天氣發(fā)生的頻度和強(qiáng)度均呈增大趨勢。中國各地氣候條件差異大，微地形、微氣象特征明顯，極端天氣威脅電網(wǎng)安全的方式、特性差別較大。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)系統(tǒng)性研究，從電網(wǎng)規(guī)劃、工程設(shè)計、電網(wǎng)設(shè)備、運(yùn)行維護(hù)、應(yīng)急響應(yīng)、防災(zāi)設(shè)備、減災(zāi)技術(shù)等方面建立健全技術(shù)和管理體系，加強(qiáng)與氣象、消防等部門的動態(tài)聯(lián)動，系統(tǒng)性提升電網(wǎng)抵御極端天氣的能力。

5 結(jié)語

2021 年歐洲大陸電網(wǎng)兩次解列事故前，系統(tǒng)穩(wěn)定裕度均較小，在運(yùn)行方式變化和偶然故障作用下，導(dǎo)致元件過載、功角失穩(wěn)和連鎖故障，造成電網(wǎng)解列。事故發(fā)生后，調(diào)頻備用、可中斷負(fù)荷、低頻減載、直流跨區(qū)功率支援等控制措施先后動作，保持兩區(qū)域電網(wǎng)的穩(wěn)定，并恢復(fù)并列運(yùn)行。

兩次解列事故反映出互聯(lián)大電網(wǎng)運(yùn)行的復(fù)雜性，揭示了歐洲電網(wǎng)安全穩(wěn)定分析、緊急控制、連鎖故障防控、電網(wǎng)解列控制等方面的共性問題，也顯示出其在調(diào)頻備用和恢復(fù)控制方面的經(jīng)驗。推動實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”，構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，對電網(wǎng)運(yùn)行安全性和可靠性提出了更復(fù)雜和嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本次事故過程中的經(jīng)驗和教訓(xùn)值得中國電網(wǎng)借鑒和關(guān)注。

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