本次大斷電事故雖然只切除了英格蘭及威爾士區域約5%負荷，體現出已有技術管理措施對防控大電網連鎖故障的有效性，但仍暴露出高比例可再生能源電網安全穩定運行面臨的多方面隱患。兩位作者在英國電力界工作多年，結合觀測到的有限數據和相關信息，提出相關推測。

英國2019.8.9大斷電事故全析

 圖1：英國大斷電造成的交通癱瘓

英國當地時間2019年8月9日16時54分左右，英格蘭及威爾士地區發生大規模停電事故，波及范圍達一百萬人以上。停電事故造成部分鐵路和公路設施癱瘓，對居民生活、工業生產和社會活動產生極其嚴重的影響。作為不列顛島唯一的調度中心，英國國家電網公司當晚聲明：“今晚我們遭受了非常意外的和不常見的斷電事件，兩座發電站同時跳閘，導致系統頻率大幅下跌。”“雖然跳閘事件我們無法控制，但通過切除一部分用電負荷措施，我們保障了大電網的運行。”電力供應在事件發生一個半小時之后全部恢復。此次停電，與2008年英國發生的大斷電極其相似：2008年5月27日，4臺發電機恰巧同時跳閘，損失出力共計1993MW，致使大量電力用戶受到影響，系統的低頻自動卸荷系統切除了部分負載，使電網運行穩定性逐漸恢復，全過程共持續三分半鐘。

 圖2：英國電力系統的運轉中樞-英國國家電網電力調度中心

一、英國電力系統概況

截止2018年底，英國的發電總裝機容量約為80GW。燃煤發電在政府的高二氧化碳排放稅限制下逐漸關停，以風電為首的新能源發電在Renewable Obligation 和Contract for Difference等新能源鼓勵政策的驅動下發展迅速。2017年4月21日英國首次實現了工業革命以來的24小時零煤炭發電，這標志著英國在新能源發展和降低工業二氧化碳排放方面邁入了嶄新的領域。英國國家電網公司也在今年四月提出在2025年實現電網"零碳"運行的目標。然而，新能源快速發展所帶來的系統穩定性問題，也為電網安穩運行埋下了潛在的隱患。

英國的輸電網電壓等級為400 kV和275 kV（蘇格蘭地區132 kV也屬于輸電網），擁有超過23000 km的架空線和1500 km的電纜，變電站700余座，主變壓器1200余臺。配電網主要電壓等級為132 kV（英格蘭及威爾士），66 kV，33 kV，11 kV和400 V，城市配電線路以電纜為主。英國不列顛島目前有4條國際直流互聯網線路和1條嵌入式高壓直流線路。2條國際直流線路分別連接愛爾蘭（EWIC, 容量500 MW）和北愛爾蘭（Moyle，容量500 MW），1條連接法國（IFA，容量2000 MW），其余1條連接荷蘭（BritNed，容量1000 MW）。2017年投運的嵌入式高壓直流線路（Western Link，容量2400 MW）連接蘇格蘭西部海岸與英格蘭西北部海岸，保障了蘇格蘭大量風力發電向英格蘭用電中心的饋入。

二、停電事故相關的小巴福天然氣電站與霍恩熙風電場

本次大停電，主要與兩個大型發電廠相關：Little Barford小巴福天然氣發電站和Horsea Offshore霍恩熙離岸風電場。小巴福電站采用聯合燃氣輪機發電技術，裝機容量為724MW，由2臺通用電氣制造的220MW燃氣輪發電機組和1臺前阿爾斯通公司制造的265MW汽輪發電機組成，并網點為倫敦北部劍橋郡額定電壓400kV的EstonSocon變電站。霍恩熙風電場位于北海近不列顛島海域，目前裝機容量為1200MW，由174臺西門子制造的7WM Gamesa風電機構成，通過額定電壓為220kV的120km海底交流電纜并網，并網點為林肯郡額定電壓400kV的Killingholme變電站。霍恩熙風電場的建設分期進行，預計2020年完全建成后最大容量達6GW，將成為世界上最大的離岸風電場。

蘇格蘭地區負荷少而風電水電豐富，為了滿足主要負荷中心倫敦的電力需求，蘇格蘭過剩的發電經自北向南的輸電網走廊輸送至倫敦，這決定了英國為應對由北向南主要潮流走向的電網規劃格局。從下圖所示兩個跳閘發電廠的并網變電站位置可以看出，位于上游的霍恩熙風電場和下游的小巴福發電站僅通過一條雙回路400kV高架線互聯，沒有其他電網參與互聯，二者電氣距離并不遠。進而造成二者間同步耦合強度較大，易產生相互作用。

 圖3：英國電網發生故障的小巴福燃氣電站與霍恩熙風電場的電氣位

三、2019.8.9大斷電事故始末

如下圖所示，事故發生前，英不列顛島電力系統的總負荷約為33GW，發電即時出力占比為：25%天然氣發電（8.4GW），19%核能發電（6.2GW），5%生物質發電（1.6GW），2%燃煤發電（0.5GW），7%來自歐洲的高壓直流送電（2.3GW），27%風力發電（8.9GW），13%分布式風電和光伏發電（4.4GW）。值得注意的是，因缺乏旋轉機械慣量和無功輸出能力而對系統穩定性支持較弱的電力電子并網型非同步電源（包括高壓直流送電、風電和光伏）占比為47%，接近系統發電出力的一半。由于非同步發電相較同步電機存在無功能力弱、故障電流小、機械慣量缺乏等缺點，事件發生時的英國電網應被認為是一個穩定性較弱的電力系統。

 圖4：2018年8月9日英國全網負荷與發電類型

本次事故發生于當地時間16時54分，小巴福燃氣電站（約660MW）與霍恩熙風電場（約700MW）在短時間內先后突然跳閘，導致超過1.3GW的發電饋入損失。實際測量到的系統頻率變化如圖5所示。系統頻率以接近0.2Hz/s的RoCoF（Rate of Change of Frequency）變化速率陡然下跌，28秒后被調度中心預先部署的一次頻率響應服務所牽制，暫時穩定在49.1Hz，隨即又下降至48.8Hz。48.8Hz是英格蘭及威爾士6大配電網公司啟動自動低頻減載的閾值，配電網公司中約5%的負荷被自動切除后，系統用電和發電趨于平衡，頻率開始回升，4分45秒后頻率首次恢復至額定值50Hz。出于后續供電安全的考慮，調度操作員啟動了更多的發電機組，頻率在相當長一段時間內運行在50.2Hz左右。

 圖5：事故前后系統實際頻率測量曲線