中國儲能網訊：英國“8·9”停電事故發(fā)生后，引起了世界電力工程界的廣泛關注。在電力系統(tǒng)中新能源大規(guī)模接入，設備電力電子化，系統(tǒng)慣量持續(xù)降低的背景下，英國“8·9”停電事故對于我國電網的安全穩(wěn)定運行具有深刻的警示作用。因此，《電力工程技術》期刊編輯部邀請國網江蘇電科院朱鑫要博士，廖詩武博士針對英國國家電網NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析報告進行深度解讀。
1. 英國8·9停電事故概況
當?shù)貢r間8月9日（周五）17:00（BST，英國夏令時，后同），英國發(fā)生大范圍停電，波及包括倫敦在內的英格蘭和威爾士大部分地區(qū)，約110萬人受到停電影響。由于停電正值周五下班高峰，火車、機場和公路癱瘓，且停電的同時倫敦多地還遭遇暴雨天氣，在各地引發(fā)嚴重混亂。此次停電事故影響范圍如下圖1所示。
據悉，至當天17:06，系統(tǒng)恢復正常運行，脫網負荷開始重新并網；當天17:37，事故停電負荷已全部恢復供電。
2. 英國電網概況
英國電力系統(tǒng)工頻50 Hz，頻率合格范圍為49.5~50.5 Hz。截止2018年底，英國的發(fā)電總裝機容量約為80 GW。
英國電力系統(tǒng)按地理分布可劃為3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)。英國的輸電網電壓等級為400 kV、275 kV和132 kV，區(qū)內擁有1條直流輸電（容量2400 MW），將蘇格蘭地區(qū)富裕的風電饋入英格蘭負荷中心。英國不列顛島目前通過4條跨海直流輸電與歐洲大陸電網和愛爾蘭島電網互聯(lián)：1條連接法國（容量2000 MW），1條連接荷蘭（容量1000 MW），2條連接愛爾蘭（容量500 MW）和北愛爾蘭（容量500 MW）。
3. 停電事故分析
3.1事故前電網發(fā)用電狀態(tài)
事故發(fā)生前，英國英格蘭和威爾士地區(qū)發(fā)布了氣象黃色預警，并伴有雷電。當?shù)貢r間16:52，英國電網負荷約28 GW，電力來源構成為：30%風電，30%燃氣，20%核電，10%跨國輸電，以及約10%來自于水電、抽蓄、燃煤和生物質能發(fā)電。8月9日，英國電網發(fā)電組成如圖2所示。
事故發(fā)生前，英國輸電網并網電源容量為32.13 GW，其中風電容量占比超過30%，常規(guī)電源容量占比約50%，全網備用容量約為4 GW。
根據大不列顛SQSS對電網頻率的控制要求（一是系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率需控制在49.5~50.5 Hz之間，二是暫態(tài)期間頻率高于50.5 Hz或低于49.5 Hz的時間不超過60 s），系統(tǒng)需具備抵御1000 MW發(fā)電失去和560 MW負荷失去故障的能力。故障前，英國電網頻率響應措施能力如下表1所示，滿足SQSS對電網頻率的控制要求。
3.2事故發(fā)生及擴大情況
英國國家電網NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析報告中提供的本次事故時間線如圖3所示。
16:52:33.490：Wymondley — Eaton Socon線路單相接地故障，線路首末兩側開關分別在70 ms（16:52:33.560）和74 ms（16:52:33.564）后跳閘隔離故障。
16:52:33.835：Hornsea海上風電場出力由故障前的799 MW降至62MW，損失功率 737MW。
16:52:34：Little Barford電廠汽輪機跳閘，損失功率244 MW；配網分布式電源損失功率約500 MW。至此，系統(tǒng)損失功率達到約1481MW，超出系統(tǒng)1000 MW的頻率調節(jié)能力。
16:52:53：Wymondley — Eaton Socon線路重新投入運行。
16:52:58：在頻率響應措施的作用下，系統(tǒng)頻率跌落被控制在49.1 Hz。
16:53:18：頻率響應措施容量達到約900 MW，系統(tǒng)頻率恢復至約49.2 Hz。
16:53:31：Little Barford電廠燃氣機組GT1A跳閘，損失功率210 MW；系統(tǒng)全部頻率響應措施容量均投入頻率支撐。
16:53:49：系統(tǒng)頻率跌落至48.8 Hz，觸發(fā)低頻減載動作，切除負荷約931 MW。
16:53:58：Little Barford電廠燃氣機組GT1B跳閘，損失功率187 MW。
16:57:15：系統(tǒng)頻率恢復至50 Hz。
Wymondley — Eaton Socon線路，及Hornsea海上風電場和Little Barford電廠位置如下圖4所示。
8·9事故發(fā)生及恢復期間，英國電網頻率曲線如圖5所示。
當天17:06，系統(tǒng)恢復正常運行，脫網負荷開始重新并網；當天17:37，事故停電負荷已全部恢復供電。本次事故中低頻減載負荷切除及恢復情況如表2所示。
3.3事故原因分析
根據英國國家電網NationalgridESO在8月16日向Ofgem提交的事故分析報告，本次事故的直接起因為Wymondley — Eaton Socon線路單相接地跳閘；Hornsea海上風電場、Little Barford電廠、分布式電源脫網造成系統(tǒng)功率缺額超過系統(tǒng)頻率響應容量則是本次事故擴大的原因；風電、直流輸電等無慣性的電力電子并網電源占比高則是本次事故的深層次原因。
現(xiàn)對英國8·9事故原因分析歸納如下：
（1）Wymondley — Eaton Socon線路單相接地跳閘原因：事故發(fā)生前，英國英格蘭和威爾士地區(qū)發(fā)布了氣象黃色預警，并伴有雷電；另據氣象服務公司MeteoGroup數(shù)據顯示，16:52:33，在Wymondley — Eaton Socon線路附近探測到了3次雷擊。因此，雷擊是造成本次事故中線路故障的原因。
（2）Hornsea海上風電場脫網原因：風電運營商表示，在雷擊同時，風電場探測到了與雷電關聯(lián)的異常電壓波動；風電場本應參與控制這個波動，但是很快電壓波動就在風電場內蔓延，造成保護動作切除風機。Hornsea海上風電機組脫網的詳細原因目前仍在調查分析中。
（3） Little Barford電廠切機原因：運營商RWE表示Little Barford電廠汽輪機(ST1C)首先切除的原因為機組的3個轉速信號不一致，推測可能是雷電沖擊造成機組轉速測量裝置受擾導致；約1分鐘后，原動機蒸汽壓力過高造成燃氣機組GT1A保護動作切機；30 s后，由于蒸汽壓過高，運行人員手動切除了燃氣機組GT1B。
（4）分布式電源脫網原因：英國電網分布式電源主要包括光伏、小燃機、小內燃機等，其均配備有防孤島保護，策略主要有頻率變化率保護（RoCoF，0.125 Hz/s）和向量偏移保護（vector shift）2種，且2種防孤島保護策略均對輸電網故障較為敏感。因此，英國國家電網NationalgridESO認為，雷擊短路故障后分布式電源保護動作脫網是符合預期的。
（5）系統(tǒng)頻率下跌觸發(fā)低頻減載原因：本次事故發(fā)生前，英國電網風電、直流等電力電子并網電源出力占比超過40%，系統(tǒng)穩(wěn)定性較弱；在線路故障后，Hornsea和Little Barford 2座電廠的部分機組幾乎同時脫網，共損失功率981 MW，分布式電源脫網損失功率約500 MW，系統(tǒng)功率缺額遠大于系統(tǒng)預留的1000 MW頻率響應能力，進而造成系統(tǒng)頻率跌破49.5 Hz的頻率合格下限，跌落至49.1 Hz；在系統(tǒng)頻率響應措施的支撐作用下，系統(tǒng)頻率略有回升，達到4.92 Hz，但在故障約50 s后由于機組一次調頻蓄能耗盡造成頻率二次緩慢下跌，加之Little Barford電廠GT1A機組脫網損失210 MW功率，最終使系統(tǒng)頻率跌落至48.8 Hz，觸發(fā)低頻減載首輪動作，切除全網約5%的負荷。英國電網低頻減載系統(tǒng)共有9個輪次，觸發(fā)頻率涵蓋從48.8 Hz至47.8 Hz的頻段。
（6）重要負荷失電原因：本次事故中部分鐵路、Ipswich醫(yī)院和Newcastle機場失電，造成了較大的社會影響。據英國電網配電運行商表示，Newcastle機場在本次事故中確被低頻減載系統(tǒng)切除，已在8月12日將其從低頻減載系統(tǒng)中移出；但低頻減載系統(tǒng)并未切除Ipswich醫(yī)院和鐵路系統(tǒng)負荷，Ipswich醫(yī)院負荷損失是醫(yī)院內部保護系統(tǒng)動作所致，鐵路系統(tǒng)有2座直流牽引站由于頻率相關原因而斷電，60余列700和717型列車則是由于其內部保護動作而失電。
