POWER主編詳解西班牙大停電最終報告

本文是全球電力行業(yè)最具權(quán)威性和影響力的專業(yè)媒體之一 power雜志執(zhí)行主編 Aaron Larson對歐洲輸電系統(tǒng)運營商網(wǎng)絡(luò)（ENTSO-E）專家組關(guān)于2025年4月28日伊比利亞半島電網(wǎng)事故最終報告的分析。

2025年4月下旬的一個溫和晴朗的星期一，西班牙和葡萄牙的電網(wǎng)在不到90秒的時間內(nèi)崩潰。中歐夏令時（CEST）12:33，超過5000萬人失去了電力供應(yīng)。調(diào)查專家組稱這是“過去20年歐洲發(fā)生的最嚴(yán)重且史無前例的大停電”。葡萄牙的停電時間長達(dá)12小時；西班牙部分地區(qū)則長達(dá)16小時。法國南部的一小片區(qū)域受到短暫影響，而歐洲大陸其他地區(qū)則幸免于難。

近一年后，一個由來自全歐洲監(jiān)管機構(gòu)和電網(wǎng)運營商組成的49人專家組發(fā)布了這份長達(dá)472頁的最終報告，該報告建立在2025年底發(fā)布的一份早期事實報告基礎(chǔ)之上。這份文件內(nèi)容詳盡、技術(shù)密度極高，其結(jié)論尤為引人注目：這并非單一故障 的結(jié)果，而是許多相互作用的弱點在一個春天的下午災(zāi)難性地匯聚在一起所致。以下是 報告的 核心要點。

一

從正常到全面停電的90秒

2025年4月28日的早晨平平無奇。太陽能和風(fēng)能發(fā)電量處于該季節(jié)的正常范圍內(nèi)。西班牙正在出口約5吉瓦（GW）的電力。400千伏（kV）輸電網(wǎng)絡(luò)的電壓水平大多在界限內(nèi)，盡管自上午9:00左右以來波動性一直在增加。

在崩潰前的半小時內(nèi)，發(fā)生了兩次電力系統(tǒng)振蕩事件。第一次發(fā)生在中午12:03至12:08之間，是一次頻率為0.63赫茲（Hz）的變流器驅(qū)動強迫振蕩，主要影響伊比利亞半島。第二次發(fā)生在12:19至12:22之間，是一次頻率為0.2赫茲的經(jīng)典區(qū)域間振蕩——即歐洲大陸電網(wǎng)眾所周知的“東-中-西”模式，在這種模式下，大片區(qū)域相互擺動。

西班牙和法國的輸電系統(tǒng)運營商（TSO）采取了措施來抑制這些振蕩，包括減少跨境出口和重新連接內(nèi)部輸電線路。這些措施對抑制振蕩有效，但副作用是推高了伊比利亞系統(tǒng)的電壓。

到了12:32，電壓已穩(wěn)定在420千伏以下，振蕩也已平息。接下來發(fā)生的事情以驚人的速度展開。

從12:32:00開始，許多節(jié)點的電壓開始上升。西班牙約 500兆瓦（MW）的大型可再生能源發(fā)電減少了出力，由于這些電廠運行在固定功率因數(shù)模式下，它們的無功功率吸收按比例下降，進(jìn)一步推高了電壓。另有208兆瓦的分布式風(fēng)能和太陽能機組因未知原因迅速降額或斷開連接。配電網(wǎng)的凈負(fù)荷增加了約317兆瓦，部分歸因于小型屋頂光伏（PV）系統(tǒng)因過壓保護(hù)而跳閘。

下午12:32:57，格拉納達(dá)附近的一臺400/220千伏變壓器因過壓保護(hù)跳閘，切斷了355兆瓦的發(fā)電并網(wǎng)。12:33:16，巴達(dá)霍斯附近的兩個變電站失去了727兆瓦的光伏和光熱發(fā)電容量。在12:33:17至12:33:18之間，又有928兆瓦的風(fēng)能和太陽能發(fā)電在幾個地區(qū)斷開連接。總計超過2.5吉瓦的發(fā)電量在大約78秒內(nèi)消失。

每一次斷開都從系統(tǒng)中移除了無功功率吸收，將電壓推得更高，并觸發(fā)下一輪斷開。到12:33:19，西班牙和葡萄牙開始與歐洲其他地區(qū)失去同步。自動減載和系統(tǒng)防御計劃按設(shè)計啟動，但無法阻止級聯(lián)故障。與法國的交流（AC）互聯(lián)線路于12:33:21因失步保護(hù)而跳閘。與摩洛哥的聯(lián)絡(luò)線此前已因低頻而斷開。通往法國的特高壓直流（HVDC）線路仍以恒定功率模式輸送電力，是最后一個在12:33:24斷開的連接。所有系統(tǒng)參數(shù)隨之崩潰。

二

多重脆弱性的匯聚

專家組的根本原因樹狀圖 （ Root cause tree ） 并未指出單一的故障點。相反，停電是由眾多因素相互作用產(chǎn)生的，其中任何一個因素單獨都不足以導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰。

電壓控制是核心問題。專家組的模擬表明，增加無功功率裕度本可以防止級聯(lián)故障。但西班牙可用的無功功率資源不足、協(xié)調(diào)不力，或者響應(yīng)速度太慢，無法應(yīng)對電壓的快速上升。

幾個具體的弱點尤為突出：

1、 可再生能源發(fā)電機運行在固定功率因數(shù)模式。 根據(jù)當(dāng)時的西班牙法規(guī)，可再生能源提供與其有功功率輸出成比例的無功功率，而不是動態(tài)響應(yīng)電壓變化。當(dāng)有功功率下降時—— 無論是由于調(diào)度變更、市場信號還是保護(hù)跳閘——無功功率吸收也會同步下降，從而放大電壓波動而不是抵消它們。

2、 常規(guī)發(fā)電機在無功功率方面表現(xiàn)不佳。 專家組發(fā)現(xiàn)，幾臺大型同步發(fā)電機的無功功率輸出達(dá)到所需參考值的時間不到75%。監(jiān)管框架缺乏對動態(tài)無功功率行為的明確標(biāo)準(zhǔn)，并且對不合規(guī)行為沒有施加經(jīng)濟后果。在某些情況下，設(shè)置似乎是遵循制造商的默認(rèn)值，而不是用于電壓支持的完整電網(wǎng)規(guī)范包絡(luò)。

3、 并聯(lián)電抗器是手動操作的。 在電壓上升期間，大量來自并聯(lián)電抗器的無功功率容量可用但未激活，部分原因是某些電抗器在振蕩事件的低電壓階段幾分鐘前已被斷開。重新連接它們需要人工決策和處理時間，而操作員根本沒有這個時間。

4、 西班牙較寬的運行電壓范圍留下的安全裕度很小。 西班牙法規(guī)允許400千伏電網(wǎng)在瞬態(tài)條件下運行高達(dá)435千伏——顯著高于歐洲其他地方使用的380千伏至420千伏的協(xié)調(diào)范圍。同時，發(fā)電機根據(jù)投運日期的不同，僅需保持連接到435千伏或440千伏。正常運行與強制斷開之間的裕度非常小或根本不存在。

5、 許多發(fā)電設(shè)施的保護(hù)設(shè)置與要求不符。 專家組發(fā)現(xiàn)，一些發(fā)電機的過壓保護(hù)閾值設(shè)置低于適用規(guī)則規(guī)定的電壓限制，這意味著電廠過早斷開。有些是瞬間跳閘，沒有設(shè)置允許 瞬態(tài)電壓尖峰通過的時間延遲。

6、 小型光伏系統(tǒng)既不可見又脆弱。 來自兩家光伏逆變器制造商的數(shù)據(jù)顯示，輸電級電壓上升與屋頂光伏系統(tǒng)因過壓保護(hù)跳閘之間存在明顯的相關(guān)性。這些低于1兆瓦的系統(tǒng)——在歐洲規(guī)則下大多被歸類為A類機組——輸電系統(tǒng)運營商或配電系統(tǒng)運營商（DSO）基本上無法監(jiān)控和控制；然而，它們的集體斷開對日益增長的不平衡造成了實質(zhì)性的影響。

7、 振蕩事件創(chuàng)造了先決條件。 雖然振蕩沒有直接導(dǎo)致停電，但它們塑造了停電發(fā)生的系統(tǒng)狀態(tài)。為抑制它們而采取的措施——減少出口和重新連接線路——改變了潮流并推高了電壓。0.63赫茲的強迫振蕩被追溯到西班牙南部特定區(qū)域的變流器驅(qū)動的不穩(wěn)定性。一些大型發(fā)電機組上缺乏電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS），以及現(xiàn)有穩(wěn)定器的阻尼不足，削弱了系統(tǒng)對0.2赫茲區(qū)域間振蕩的抵御能力。

三

防御計劃無能為力的地方

西班牙和葡萄牙的自動減載方案（低頻減載，LFDD）和系統(tǒng)防御計劃完全按設(shè)計啟動。專家組確認(rèn)它們的性能符合適用要求；然而，它們無法阻止崩潰。這也許是報告中最令人警醒的發(fā)現(xiàn)。

防御計劃主要是圍繞基于頻率的威脅設(shè)計的，即發(fā)電不足 導(dǎo)致的低頻。4月28日的事件是由過壓引起的級聯(lián)斷開驅(qū)動的，現(xiàn)有的防御架構(gòu)無法阻止這種現(xiàn)象。專家組模擬顯示，即使系統(tǒng)慣量更高，失去同步也無法避免，因為發(fā)電機跳閘級聯(lián)導(dǎo)致的同步轉(zhuǎn)矩快速減少，將系統(tǒng)太快推過了不可挽回的臨界點。換句話說，僅僅增加更多的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量不足以讓伊比利亞系統(tǒng)與歐洲其他地區(qū)保持同步。最終，專家組明確建議更新防御計劃以應(yīng)對快速電壓驅(qū)動的現(xiàn)象，指出當(dāng)前的框架“沒有足夠的裝備來防止快速、過壓引起的級聯(lián)崩潰”。

四

艱辛的恢復(fù)工作

恢復(fù)過程是“自下而上”的黑啟動程序和來自法國和摩洛哥的“自上而下”的重新通電的結(jié)合。西班牙設(shè)立了三個主要恢復(fù)區(qū)域。幾次自下而上的恢復(fù)嘗試失敗了，包括在加利西亞、東阿斯圖里亞斯、坎塔布里亞、萊萬特、托萊多和安達(dá)盧西亞，需要這些地區(qū)從鄰近區(qū)域重新通電。

當(dāng)與西班牙的互聯(lián)線路通電時，葡萄牙在下午6:36重新獲得了大陸頻率。其電網(wǎng)在4月29日凌晨12:22完全恢復(fù)。西班牙的輸電系統(tǒng)在同日凌晨4:00左右完全恢復(fù)。專家組確定了幾個減緩恢復(fù)的問題：配電系統(tǒng)運營商和發(fā)電機的語音通信系統(tǒng)故障（而輸電系統(tǒng)運營商的系統(tǒng)保持運行）、黑啟動機組啟動困難、由于不可控的可再生能源發(fā)電導(dǎo)致維持穩(wěn)定電氣孤島的問題，以及恢復(fù)過程中對分布式能源缺乏足夠的可觀測性。在電 網(wǎng)之外，停電擾亂了半島大部分地區(qū)的鐵路服務(wù)、道路交通信號燈和電信，突顯了日常生活現(xiàn)在對安全電力供應(yīng)的依賴程度。

五

建議

為了防止這種復(fù)雜的故障重演，專家組向輸電系統(tǒng)運營商和配電系統(tǒng)運營商、發(fā)電商以及國家監(jiān)管機構(gòu)發(fā)布了一套全面的建議。建議分為兩大類：與根本原因相關(guān)的修復(fù)和更廣泛的系統(tǒng)改進(jìn)。以下是報告指出的應(yīng)進(jìn)行的變更，以最大限度地降低類似事件發(fā)生的可能性。

第一部分：針對根本原因的直接修復(fù)

這些行動專門針對直接導(dǎo)致2025年4月停電的技術(shù)和運營故障。有趣的是，專家組指出，伊比利亞停電的根本原因與2024年東南歐的一起電網(wǎng)事故驚人地相似。專家組沒有從頭開始，而是首先修改了該事故2024年報告中詳述的兩項現(xiàn)有建議，以專門解決西班牙和葡萄牙出現(xiàn)的快速、過壓引起的故障。具體來說，專家組建議：

· 更新2024年快速電壓變化的關(guān)鍵績效指標(biāo)。 修訂現(xiàn)有的歐洲指南，建立具體的指標(biāo)，以便在事故發(fā)生前檢測電網(wǎng)的薄弱狀態(tài)和快速電壓變化的風(fēng)險。

· 更新2024年電壓支持計劃。 確保輸電系統(tǒng)運營商更新 其國家電網(wǎng)發(fā)展計劃，包括足夠的無功功率（MVAr）支持，專門設(shè)計用于防止快速過壓引起的級聯(lián)斷開。

除了這些更新，專家組還針對2025年的事件發(fā)布了幾項全新的建議。這些建議分為三類。

1、 電壓控制

· 轉(zhuǎn)向電壓控制模式。 發(fā)電機應(yīng)放棄固定功率因數(shù)模式，這種模式會加劇功率波動期間的電壓爬升，并盡可能使用動態(tài)電壓控制模式。

· 無功功率可見性。 輸電系統(tǒng)運營商應(yīng)確保有足夠的靜態(tài)和動態(tài)無功功率裕度，并在實時可見，以管理快速電壓斜率。

· 自動化并聯(lián)電抗器。 輸電系統(tǒng)運營商應(yīng)實施并聯(lián)電抗器的自動控制，而不是依賴手動激活，事實證明這在4月快速移動的事件中太慢了。

· 協(xié)調(diào)運行電壓范圍。 西班牙應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行協(xié)調(diào)的歐洲電壓范圍（380千伏至420千伏）。以高達(dá)435千伏的瞬態(tài)限制運行，在設(shè)備自動斷開之前幾乎不留任何安全裕度。

· 平滑功率變化。 確保有功功率的快速變化（這會觸發(fā)無功功率和電壓的快速變化）通過更嚴(yán)格的連接要求或控制器設(shè)置來平滑。

2、 振蕩

· 歐洲大陸阻尼框架。 在整個歐洲大陸同步區(qū)域建立一個框架，以監(jiān)測和改善區(qū)域間振蕩的阻尼。這包括共享動態(tài)電網(wǎng)模型和調(diào)整電力系統(tǒng)穩(wěn)定器。

· 增強監(jiān)測和早期預(yù)警。 擴大高分辨率監(jiān)測設(shè)備（如相量測量單元 PMU）的使用，以實時檢測、定位并觸發(fā)針對系統(tǒng)振蕩的即時糾正措施。

3、 發(fā)電機斷開

· 驗證保護(hù)設(shè)置。 電網(wǎng)運營商應(yīng)驗證發(fā)電機保護(hù)設(shè)置（如過壓閾值）是否與系統(tǒng)要求正確對齊，以便發(fā)電不會在短暫的瞬態(tài)電壓尖峰期間不必要地跳閘。

· 太陽能光伏的高電壓穿越。 更新技術(shù)要求，使小型（A類）太陽能電池板能夠在高電壓事件中安全穿越而不斷開連接。

· 評估日常斷開。 輸電系統(tǒng)運營商和配電系統(tǒng)運營商應(yīng)在正常運行期間發(fā)生意外發(fā)電機跳閘后實施例行檢查。這允許操作員在結(jié)構(gòu)性弱點和錯誤的保護(hù)設(shè)置導(dǎo)致重大級聯(lián)停電之前識別和糾正它們。

· 調(diào)查隱藏的嵌入式發(fā)電機。 運營商和制造商應(yīng)緊急研究不可觀測的小型分布式發(fā)電（如屋頂太陽能）的行為，這些發(fā)電在發(fā)電損失中發(fā)揮了巨大且不可預(yù)測的作用。

第二部分：更廣泛的系統(tǒng)改進(jìn)

雖然不是4月28日停電的直接原因，但調(diào)查揭示了歐洲在準(zhǔn)備、處理和從重大電網(wǎng)事件中恢復(fù)方面的幾個系統(tǒng)性弱點。

1、 電壓控制

特高壓直流無功功率支持。 研究確保特高壓直流系統(tǒng)即使在其有功功率連接丟失的情況下也能繼續(xù)提供關(guān)鍵的無功功率支持的方法。

2、 振蕩

快照電網(wǎng)模型。 建立一個標(biāo)準(zhǔn)程序，在重大事件發(fā)生后立即生成一個通用的電網(wǎng)模型快照，以便在歐洲范圍內(nèi)進(jìn)行準(zhǔn)確的、同步的事后模擬。

3、 斷開

簡化的數(shù)據(jù)框架。 在輸電系統(tǒng)運營商、配電系統(tǒng)運營商和發(fā)電商之間建立一個永久的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)共享框架。在未來的事件中，必須能夠快速獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，而不會因臨時的法律談判而延誤調(diào)查。

4、 系統(tǒng)防御計劃

· 感知分布式能源的減載。 更新緊急減載方案，使其能夠識別分布式能源。目前的協(xié)議通常會在削減負(fù)荷的同時意外斷開急需的太陽能發(fā)電；防御計劃可以使用“反向功率閉鎖”來 防止這種情況。

· 實時防御可見性和聯(lián)合演習(xí)。 創(chuàng)建一個統(tǒng)一的框架，為電網(wǎng)運營商提供實時可見性，包括饋線級別的潮流和分布式能源狀態(tài)。此外，輸電系統(tǒng)運營商、配電系統(tǒng)運營商和發(fā)電商應(yīng)進(jìn)行定期的聯(lián)合防御演習(xí)，以驗證其作戰(zhàn)準(zhǔn)備狀態(tài)，測試響應(yīng)時間，并確保他們能夠在重大事件發(fā)生后24小時內(nèi)提供標(biāo)準(zhǔn)化的取證數(shù)據(jù)。

· 防御快速電壓偏差。 更新防御計劃，明確識別并對快速電壓異常和振蕩行為做出反應(yīng)，防止標(biāo)準(zhǔn)安全措施失效。

5、 恢復(fù)

· 強制黑啟動測試。 每三年強制進(jìn)行一次現(xiàn)實的黑啟動和孤島模式測試。測試應(yīng)包括不同的發(fā)電機模式和特定的需求（如水電泵或電池），以確保準(zhǔn)備就緒。

· 受控的分布式能源重新連接。 定義在停電恢復(fù)期間重新連接分布式太陽能的明確規(guī)則。在高太陽能滲透率的輸電線路上過早、不協(xié)調(diào)的通電可能會導(dǎo)致脆弱的恢復(fù)孤島崩潰。

· 聯(lián)合恢復(fù)培訓(xùn)。 至少每三年進(jìn)行一次涉及輸電系統(tǒng)運營商、配電系統(tǒng)運營商和關(guān)鍵電網(wǎng)用戶的共同跨實體培訓(xùn)演習(xí)。這些培訓(xùn)應(yīng)演練復(fù)雜的恢復(fù)場景，例如管理頻率主控角色、控制負(fù)荷拾取以及安全地重新同步孤立的電網(wǎng)孤島，以消除可能嚴(yán)重延遲電網(wǎng)重新上線的操作沖突和誤解。

· 防停電通信。 確保電網(wǎng)運營商和關(guān)鍵發(fā)電機擁有至少24小時可靠的、防停電的語音通信和遙測工具，這些工具完全獨立于公共電信網(wǎng)絡(luò)。

六

更廣泛的警告

報告的結(jié)論性觀察發(fā)出了一個遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出伊比利亞半島的警告。歐洲的電力系統(tǒng)正在經(jīng)歷深刻的轉(zhuǎn)型：基于變流器的可再生能源發(fā)電份額不斷增長，同步機容量下降，市場一體化加深，以及電氣化范圍擴大。這些趨勢使系統(tǒng)面臨越來越具有挑戰(zhàn)性的運行條件。

2025年4月28日的停電暴露了市場設(shè)計（調(diào)度變更驅(qū)動快速功率爬坡）、電網(wǎng)規(guī)范實施（可再生能源的固定功率因數(shù)模式）、保護(hù)協(xié)調(diào)（設(shè)置與要求不符）和系統(tǒng)架構(gòu)（無功功率儲備不足和關(guān)鍵資產(chǎn)的手動切換）之間的相互作用如何產(chǎn)生級聯(lián)故障，其展開速度快于人類操作員能夠響應(yīng)的速度。除了技術(shù)修復(fù)外，專家組還向國家監(jiān)管機構(gòu)發(fā)出了嚴(yán)厲警告。僅僅有書面規(guī)則是不夠的。監(jiān)管機構(gòu)必須主動發(fā)布實施指南，積極監(jiān)控電網(wǎng)法規(guī)的有效性，并利用經(jīng)濟激勵和懲罰措施確保所有電網(wǎng)參與者，從大型輸電運營商到單個發(fā)電廠，都遵守其保持電網(wǎng)安全的義務(wù)。

專家組謹(jǐn)慎地指出，其建議“本質(zhì)上是自愿的”，并且監(jiān)控其實施情況超出了該小組的任務(wù)范圍，但信息很明確：通過 此事件暴露的脆弱性并非西班牙獨有。每個輸電系統(tǒng)運營商都應(yīng)該問自己，他們的系統(tǒng)是否能承受類似的一系列事件——并在不得不以艱難的方式發(fā)現(xiàn)答案之前采取行動。

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