极端恶劣天气使南澳大利亚州(SouthAustralia)

2016年9月28日，澳大利亚南澳发生大停电事故。

事故当天，受极端天气影响，南澳大利亚大部分地区连续暴雨，伴有暴风雨、冰雹和闪电，部分地区瞬时风力达到180～260公里/小时，极端气候直接导致全州前所未有的停电。这起事故是自1998年以来最长、影响最大的一次。

如今，即使在落后国家，由于恶劣天气，省级电网也很少发生黑暗事故。为什么会发生这么严重的事件？南澳全州停电事件值得反思。

事件回放

南澳大利亚州(南澳大利亚州)SouthAustralia简称南澳州，位于澳大利亚中南部，总面积约104.占澳大利亚大陆总面积的1万平方公里/8.据2015年统计，全州总人口约170.二万人，是唯一一个与澳大利亚大陆所有州接壤的州。

2015年，南澳州装机总量达到4675兆瓦，主要由天然气发电(约53).8%)和风力发电(约29%)年发电总量约125亿千瓦时。南澳是澳大利亚可再生能源发电比例最高的地区，其中风力发电为全州提供了37个电力供应%。南澳输电公司ElectraNet国内唯一的输电公司，输电线路总长度5529公里。

事故发生当天，南澳州全州用电负荷为1895兆瓦，其中风力发电883兆瓦，燃气发电330兆瓦，维州通过两条电力联络线Heywood送入613兆瓦，为南澳85万用户提供电力供应。极端恶劣的天气使南澳电网在88秒内遭受5次系统故障，导致275kV和132kV线路倒塔20座，4条275kV输电线路和1条132kV输电线路跳闸停运，6次大电压扰动，导致9家风电厂445兆瓦风力发电脱网。风力发电场的出力突然大大损失，导致与维多利亚相连的联络线Heywood严重过载跳闸。此时，南澳大利亚剩余发电容量不足以应对瞬时900兆瓦电力供应的减少。突然，大规模输出损失超过了低频减载装置的响应速度，低频减载保护没有及时启动切割负荷。首次输电线路故障仅2分钟后，系统频率崩溃，南澳电网完全停止。事故发生后，在AEMO(AustraliaEnergyMarketOperator在托伦斯岛()的指导下，位于托伦斯岛(Torrensisland)电厂首先启动，逐步恢复部分负荷和输电系统，然后通过Heywood联络线恢复了大部分电源。经过十几个小时的抢修，80～90%用户恢复供电。

原因分析1：能源结构调整带来挑战

近年来，南澳大利亚大力发展可再生能源（主要是风电和光伏发电），取代了传统的化石能源发电，这对维持国家电力安全稳定供应提出了巨大挑战。

可再生能源具有间歇性和波动性的特点。因此，电网中的常规电源不仅需要为负载波动留出足够的备用，还需要在可再生能源波动较大时及时调整输出，以平衡可再生能源的变化。此外，由于分布式太阳能光伏系统和家用电池储能装置的日益普及，用户从电网中获得的电量逐渐减少。截至2016年5月，南澳已关闭所有常规燃煤机组，只有燃气机组发电。据南澳输电公司预测，未来三年，南澳电力基础期货价格为100澳元/兆瓦时，同期新州和维多利亚价格为55美元～在65澳元/兆瓦时之间。在同一电力市场，根据经济规律，南澳将通过与东部州的联络线（远离西部、北部和南部）输送尽可能多的电力。在某些极端时期，南澳大利亚对电力的需求较小，可再生能源的贡献较大。当南澳大利亚从州际联络线承受较大负荷时，南澳大利亚电网的惯性容量必须不足（即常规电源启动不足）。一旦南澳大利亚电网或州级联络线出现故障，系统崩溃的可能性将不可避免地增加。

从1998年到2013年，澳大利亚电力市场交易逐渐市场化。国家电力市场主体由发电商、网络服务商(输配电)、购电商、零售商、终端用户和特殊成员组成，通过现货交易或签订电价合同实现电力批发零售交易。国家电力市场引入电力供应和购买竞争机制，为用户提供廉价电力。

目前，联邦政府和州政府正在部署能源领域的低碳排放计划，并制定了相应的目标：在供应侧建设大型风电和光伏电站，在需求侧大力安装屋顶光伏，计划在2020年前建设6000兆瓦可再生能源。

南澳是澳大利亚电力改革的先锋，计划在2025年之前率先实现50%的可再生能源%目标。南澳电网作为省(州)级电网，目前可再生能源在世界上名列前茅。根据南澳输电公司的数据，2015年风力发电占37%%2016年5月22日，风电占日需求87%，是最高日纪录。目前，南澳可再生能源占45%%，实现2020年50%目标没有悬念。

然而，大规模可再生能源的并网接入并没有充分考虑电网安全问题，或者即使已经意识到安全隐患，也没有足够的机制或有效的动力来解决问题。一旦遇到恶劣天气(南澳局部小气候时有发生)，很难保证电网安全稳定运行。9月28日，全州停电再次证明了这一点。

原因分析二：网架结构薄弱

南澳电网是典型的终端电网。除了因环因素考虑停用燃煤电厂外，国内用电主要依靠可再生能源和天然气发电平衡，其中风力发电总量占近40%%。其外部电源仅依赖于单通道上的两条275kV线路，两条线路往往处于重载运行状态。在9月28日的这种极端天气下，由于风扇无法承受连续的系统故障，大量的负荷甚至脱网，导致南澳外部联络线路过载，导致连锁跳闸，最终导致系统崩溃。这次大停电引起了相关企业用户和公众的强烈不满。一方面，南澳的电价比其他州高50%另一方面，用电可靠性远低于其他州。

事实上，南澳电网在历史上已经运行了10次，但为了不推高电价上涨，监管机构严格计算输配电公司的基础设施投资、运营维护和投资回报（每个输配电公司每5年作为监管期发布监管收入），导致电网建设严重滞后80%输电线路运行40年以上，输变设备严重老化，难以承受重大自然灾害的袭击。如果南澳电网能加快新的对外联络线路建设，发生此类事故的概率将大大降低。

受南澳政府委托，南澳输电公司正在开展新联络线和非电网强化方案（如需求侧管理、故障时快速切除负荷、大容量储能装置建设等）的可行性研究，最近发布了以南澳能源改革为主题的技术规范咨询报告。针对近期南澳大利亚大停电事故，本报告明确了新联络线项目的必要性，提出了新建州际联络线和非电网储能五项方案，总投资预计为5项～25亿澳元（视方案而定），报告重点介绍了四条新联络线的具体方案，阐述了其降低发电侧投资成本、增加市场竞争力、降低电价、提高系统安全、促进可再生能源消耗和交付的经济和社会效益。

事故给我们带来了什么启示？

电网结构薄弱往往是大停电事故的根本原因。强大的网络结构是抵御电网故障、防止大面积停电事故的物质基础。加强电网规划建设，建立强大的网络基础，结合区域经济和电力需求的发展变化，动态调整电网规划，重点解决电网结构薄弱、输送能力不足等问题，通过重点站线建设和合理实施分区运行模式，优化电网结构，加强网络基础，满足区域用电需求，彻底消除系统大面积停电的风险。

分析事故原因，电力系统应从源-网-荷多个层面提高系统防止大停电的能力。

首先，我们需要加强电源端的管理。加强机组的并网管理，特别是机组的励磁、调速、一次调频等配置和性能。对于风电场，应明确规定其高频、低频、过电压、低电压等性能，特别是提高风机的低电压穿越能力，确保风机在端电压电网的情况下继续运行，在系统受到较大干扰时减少对系统的进一步影响。

二是加强电网防控手段建设。部署系统风险识别和在线预警系统。国内外之前的大停电事故表明，大停电事故往往是由极端天气引起的，外部风险可能带来的系统风险没有得到有效预警，也没有及时采取措施。

目前，国内跨区域电网互联通道走廊资源有限，相对集中（特别是经济发达地区），当地地理环境、气候条件复杂，部分电网位于大面积雷暴、污水闪电和冰灾频繁区域，在极端天气下，如果同时或失去多通道，容易导致事故扩大。

在日常工作中，必须结合局部电网运行特点，加强风险分析和预警，制定事故计划，避免事故扩大。研究极端天气与电网故障的关系，建立电网气象监测和预警系统，在线识别和分析设备跳闸风险，逐步建立从部件级风险到电网级风险的评估和预警。

三是加强三道防线建设。第一道防线的技术措施主要是继电保护(包括重合闸、电气制动等);第二道防线主要是根据稳定的判断决定切割机、切割负荷、连锁切割机、切割负荷等。；第三道防线主要是低频、低压、振荡解列等。

除了确保故障的第一道防线高速准确切除外，还应加强第二道防线的稳定系统，提高稳定措施的可靠性。严重故障后的控制措施仍应果断、适当，确保稳定运行后的电网尽快回到相对安全的运行区域。完善第三道防线的失步解决，发现电力系统暂时稳定损坏后，解决相关断面，配合必要的低周减载等第三道防线措施，确保局部电网的稳定运行。不断完善安全稳定控制策略，加强三道防线协调配合，提高设备运行可靠性，建设电网安全防线。

第四，提高负载控制能力。随着特高压直流输电通道的逐步投入运行，对依靠同步发电机调节大功率缺失的现有电网调度运行模式提出了一定的挑战，需要辅助负载调节控制手段。深入研究源-网-荷载互动控制技术，增强负载侧快速控制手段。当特高压直流锁在极端条件下导致大功率缺失，局部区域为小系统时，需要综合运用直接负载控制、频率响应负荷和电压响应负荷，提高电力系统的防御能力。

此外，我们还应该注意黑色启动计划的编制和演练。作为电力系统安全措施的最后一项，必须制定适合本网络情况的黑色启动应急计划。在黑色启动过程中，应根据重要负，考虑电网的稳定性和有序恢复速度。为了保证电网的电压水平，电网中的无功补偿设备需要根据电压进行必要的切割，以避免远程输送无功功率。调度员应结合国内外黑色启动的实际经验，不断总结和学习系统完全停止后事故处理经验的积累，然后制定详细的黑色启动应急计划，并逐年修订。在系统允许的情况下，选择系统黑色启动演练的机会，研究和开发黑色启动辅助决策支持系统。

点评:推进电力市场化，安全第一

南澳大利亚停电的原因是外部极端天气导致电力系统设备频繁故障，导致大量风力发电机组甩负荷脱网，导致联络线严重过载跳闸。由于缺乏有功和无功，孤立电网导致系统频率和电压崩溃，导致南澳大利亚大面积停电。

事实上，早在2014年，AEMO报告指出，依靠大量风电取代传统燃煤机组维持整个州的电力供应存在系统崩溃的风险。今年8月，AEMO再次警告说，现有的应急频率调控方案已不足以应对停电风险。但地方政府和电力部门过于依赖可再生能源带来的经济效益，因此没有采取及时有效的措施避免大停电事故的发生。推进节能减排，落实联合国气候变化大会承诺，大规模发展可再生能源是大势所趋；依靠电网实现更大范围的电力资源优化配置，也是适应市场推进电力市场化需要，把安全放在第一位的经济规律的体现。联系国内外实际，就是要建立公平、开放、透明的电力交易市场。开放电力市场并不意味着电价下跌。电力市场交易应积极适应市场化要求，确保交易机构发挥应有的作用，努力扩大市场化交易规模，提高市场服务水平，促进能源资源大规模优化配置，加强交易技术支持平台建设和应用。

南澳大利亚的大停电事件确实发人深省。电力行业有其固有的规律，制度可以改变，概念可以更新，但电力生产的客观特点不会改变，保证