英國“2019?8?9”大停電事故分析報告

2019-08-14 08:55:48 大云網(wǎng)　點擊量：評論 (0)

1 事故概況當?shù)貢r間2019年8月9日下午5點左右，英國發(fā)生大規(guī)模停電事故。大停電起源于英格蘭的中東部地區(qū)及東北部海域，最終造成英格蘭與

1. 事故概況

當?shù)貢r間2019年8月9日下午5點左右，英國發(fā)生大規(guī)模停電事故。大停電起源于英格蘭的中東部地區(qū)及東北部海域，最終造成英格蘭與威爾士大部分地區(qū)停電。

本次大停電集中在英格蘭與威爾士地區(qū)，約有100萬人受到停電影響。停電發(fā)生后，英國包括倫敦在內(nèi)的部分重要城市出現(xiàn)地鐵與城際火車停運、道路交通信號中斷等現(xiàn)象；市民被困在鐵路或者地鐵中，居民正常生活受到影響；部分醫(yī)院由于備用電源不足無法進行醫(yī)事服務。停電發(fā)生后約1.5小時，英國國家電網(wǎng)宣布電力基本得到恢復。

這是自2003年“倫敦大停電”以來，英國發(fā)生的規(guī)模最大、影響人口最多的停電事故。

2. 電網(wǎng)概況

2.1 英國電力系統(tǒng)

截至2016年底，英國電力系統(tǒng)的總裝機容量為98GW，其中燃氣發(fā)電占比最高，達到了46%。1996-2017年間，英國電網(wǎng)中各類電源裝機比例變化見圖1。近五年來，風力發(fā)電與太陽能發(fā)電在英國電力結(jié)構(gòu)中的比例快速攀升，而燃煤發(fā)電比例逐年下降。

圖 1 1996-2017年各類電源裝機比例變化

英國電力系統(tǒng)按地理分布可劃為三大系統(tǒng):英格蘭和威爾士系統(tǒng),蘇格蘭系統(tǒng)和北愛爾蘭系統(tǒng)。其中，英格蘭和威爾士輸電系統(tǒng)由國家電網(wǎng)公司（National Grids）擁有并經(jīng)營，本次發(fā)生大停電的正是該輸電系統(tǒng)。該系統(tǒng)現(xiàn)有大約4474英里長的架空輸電線，969英里長的地下電纜線和346座變電站。該系統(tǒng)132kV及以上線路的主網(wǎng)架見圖2。

圖 2 英國電網(wǎng)的主網(wǎng)架

2.2 與大停電強相關的設施

本次大停電主要與Little Barford小巴德福燃氣電站及Hornsea霍恩海上風電場有關，二者情況介紹如下。

2.2.1 Little Barford小巴德福燃氣電站

該電廠是一個聯(lián)合循環(huán)燃氣輪機發(fā)電廠，位于劍橋郡/貝德福德郡邊界的圣奈特南部。小巴德福燃氣電站裝機容量為740MVA，于1996年開始運營，其電力可足以滿足50多萬戶家庭的用電需求。該廠有兩臺燃氣輪機和一臺蒸汽輪機。該電站歸德國RWE公司所有。

2.2.2 Hornsea Wind Farm霍恩海上風電場

該風電場位于英國北海，目前仍在建設中，計劃分四期進行建設。該風電場總裝機容量計劃約為6000MW，其中一期規(guī)劃容量1200MW，二、三、四期規(guī)劃容量依次為1400MW、1000-2000MW、1000MW。建成后將成為世界上最大的海上風電場。

霍恩海上風電場一期工程已于2019年2月開始向英國國家電網(wǎng)供電，預計將于2020年第一季度全面建成。截至2019年5月3日，174臺風力發(fā)電機中已有28臺安裝完畢。

3. 事故過程及原因分析

根據(jù)英國BBC、英國國家電網(wǎng)公司（National Grids）以及英國電力監(jiān)管機構(gòu)（Office of Gas and Electricity Markets，Ofgem）披露的信息，本文對該次大停電事故過程進行了梳理。限于資料有限，以下內(nèi)容可能與事實存在出入，屬于推測的內(nèi)容均予以標注。

3.1 事故過程

3.1.1 事故前電網(wǎng)情況

事故發(fā)生前，英格蘭與威爾士電網(wǎng)的總負荷約25351MW。位于貝德福德郡的Little Barford小巴德福燃氣電站出力730MW，占全網(wǎng)總負荷的2.88%。整個電網(wǎng)內(nèi)的風電總出力約為8800MW，占全網(wǎng)總負荷的34.71%。霍恩海上風電場出力目前還不能確定，推測約為900MW，占全網(wǎng)負荷的3.55%。

英國電網(wǎng)公司規(guī)定系統(tǒng)頻率波動范圍為49.8Hz到50.2Hz。

3.1.2 事故發(fā)展過程

本次事故分為三個階段，如圖3所示。各階段詳細過程介紹如下。

圖 3 事故過程概況

（圖片來自BBC與英國國家電網(wǎng)公司）

第一階段，時間16:58，Little Barford小巴德福燃氣電站突然停機。由于某種未知的擾動，Little Barford小巴德福燃氣電站正確停機。電廠發(fā)電機未受損害，但損失了發(fā)電730MW。英國電網(wǎng)燃氣發(fā)電總出力如圖4所示。燃氣電站停機后，系統(tǒng)頻率開始下降。

圖 4 事故第一階段中燃氣發(fā)電出力損失730MW

（圖片來自英國國家電網(wǎng)公司）

第二階段，時間17:00，霍恩海上風電出力突降。在系統(tǒng)頻率出現(xiàn)下降后，霍恩海上風電出力突降900MW左右，如圖5所示。本文推測可能其原因可能是風機耐受低頻能力不足。在系統(tǒng)頻率下降時，風機大量脫網(wǎng)，從而導致風電場出力驟降。

圖 5 事故第二階段中風力發(fā)電出力驟降900MW

（圖片來自英國國家電網(wǎng)公司）

第三階段，低頻減載動作，切除部分負荷導致停電事故。系統(tǒng)在兩分鐘之內(nèi)連續(xù)損失燃氣發(fā)電與風力發(fā)電總計1630MW，約占總發(fā)電的6.43%。系統(tǒng)頻率大幅下降，最低達到48.9Hz，超過了系統(tǒng)允許的頻率波動范圍。低頻減載啟動，在全網(wǎng)范圍內(nèi)切除部分負荷，諸多地區(qū)出現(xiàn)停電。與此同時，抽蓄電站快速增加出力約1000MW彌補了部分功率缺額，如圖6所示，阻止了系統(tǒng)進一步惡化。

圖 6 事故第三階段中抽蓄機組增加出力

（圖片來自英國國家電網(wǎng)公司）

在切除了部分負荷以及增加了抽蓄機組出力之后，主網(wǎng)剩余部分得以保全，最終沒有出現(xiàn)全網(wǎng)崩潰。

3.2 原因推測

（1）在風電高滲透率條件下，英國電網(wǎng)運行方式疑似不滿足N-1校驗。事發(fā)時，風電滲透率達到了34.71%。本文推測系統(tǒng)中同步機可能開機不足，致使系統(tǒng)慣量大幅降低。在燃氣機組發(fā)生N-1跳機后，系統(tǒng)頻率跌落幅值超過了安全導則的規(guī)定，不滿足頻率穩(wěn)定要求。

（2）海上風電機組涉網(wǎng)性能疑似不足。在系統(tǒng)遭受N-1跳機事故后，海上風電機組出力驟降，進一步加劇了系統(tǒng)功率缺額，使得頻率跌落到了48.9Hz。

（3）系統(tǒng)備用不足。在系統(tǒng)出現(xiàn)接連出現(xiàn)擾動時，系統(tǒng)備用未能及時彌補功率缺額，致使低頻減載裝置啟動，切除了部分負荷。

對高風電滲透率下的電網(wǎng)運行特性（特別是頻率響應特性）掌握不夠、對電網(wǎng)安全運行裕度考慮不充分，是本次事故的間接原因。

3.3 啟示

（1）加強含高比例新能源電網(wǎng)的頻率特性研究。新能源大量替代同步機后，將導致系統(tǒng)慣量水平下降，惡化頻率響應特性，削弱系統(tǒng)抵御功率差額的能力。應當深入研究含高比例新能源電網(wǎng)受擾后頻率響應的時空分布特性，并校核其擾動是否會觸發(fā)其他設備二次脫網(wǎng)。

（2）確保風電機組涉網(wǎng)性能達標。在系統(tǒng)出現(xiàn)頻率/電壓擾動之后，霍恩海上風電機組出力驟降導致系統(tǒng)頻率進一步惡化。在風電大發(fā)期間，風電機組耐受異常電壓/頻率的能力會極大影響電網(wǎng)在故障期間的頻率特性。為了防止故障期間風電機組脫網(wǎng)及出力驟降導致事故擴大，應該核查風電機組涉網(wǎng)性能，加快性能改造和檢測認證。

（3）加強對抽蓄機組的管理。在本次大停電中，抽蓄機組及時增加出力，阻止了事故進一步擴大。抽蓄機組是電網(wǎng)“三道防線”的重要組成部分，必須嚴格管理，確保其合理配置及正確動作。

4. 總結(jié)

2019年8月9日下午17點，英國英格蘭與威爾士地區(qū)發(fā)生大規(guī)模停電事故。事故直接起因是燃氣機組與海上風電機組連續(xù)跳機導致系統(tǒng)出現(xiàn)較大功率缺額。系統(tǒng)頻率大幅下降觸發(fā)了低頻減載裝置，最終致使部分地區(qū)出現(xiàn)停電。

本報告對英國“8·9”大停電事故情況進行了概述、并結(jié)合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進行了初步事故原因分析。由于資料有限，推斷分析可能與實際情況有所出入，后續(xù)會對事故原因不斷跟蹤。

（來源：SPD）