反思 | 高比例可再生能源系統崩潰，大停電暴露了什么？

文/張蕾 張鵬 陳培培

此次停電是由一系列因素共同作用下的巧合導致的。

西班牙是歐洲能源轉型的“排頭兵”。作為歐盟“Fitfor55”政策（2030年溫室氣體減排55%）的核心參與國，西班牙不僅超額完成了歐盟要求的2030年可再生能源占比42.5%目標（自身設定為81%），而且成為歐洲第二大光伏市場（僅次于德國）、第三大風電市場（僅次于德國、英國）。2024年，西班牙電力市場迎來了里程碑式的突破：可再生能源發電量占比首次超過56%，連續第三年成為電力凈出口國，標志著其從“傳統化石能源依賴”向“可再生能源主導”的轉型進入了關鍵階段。

西班牙與法國雙向輸電能力均為380萬千瓦，西班牙與摩洛哥輸電能力60萬～90萬千瓦，與安道爾、摩洛哥僅有部分低壓線路互聯。

4·28事故過程與回顧

2025年4月28日，西班牙、葡萄牙發生遭遇歐洲近年來最嚴重的大停電事件。其影響伊比利亞半島5000萬人，停電區域波及法國南部，對經濟社會正常運轉造成嚴重影響。西班牙在5秒內損失了15GW的發電能力，相當于全國60%的電力供應。本次事件中，西班牙一度進入國家緊急狀態。停電直至4月29日11時恢復，停電時長接近23個小時。與西班牙電網相連的葡萄牙，也出現了大范圍停電。兩國交通癱瘓、通信中斷，民眾生活陷入混亂。電力供應次日基本恢復。這是歐洲近年來最嚴重的斷電事件之一。

事故前系統頻率接近50Hz，電壓普遍在410～420kV的正常運行范圍。電網負荷約25180MW。

階段0(9:00—12:00):電壓不穩定

4月28日早上以及之前的數日內，系統出現了包括劇烈波動的電壓不穩定現象。盡管整體電壓值未超出操作規范范圍，但從06:00起就出現波動趨勢，特別是在09:00后振蕩加劇，09:02系統頻率出現-148MHz偏移，系統雖仍保持在操作規定范圍內，但電壓不穩定已顯著并引發部分運營商關注。

階段1（12:00—12:30）：系統振蕩

第一次振蕩（12:03）：頻率0.6Hz，幅度70MHz，歷時約4分42秒引發南部與西部地區劇烈電壓擺動，振蕩范圍甚至影響法國及德國。西班牙電網采取措施:與法國RTE協調減少互聯輸電、調整HVDC運行模式、增開5條400kV線路，但副作用是增加了電壓。

第二次振蕩（12:19）：頻率0.2Hz，幅度200MHz，持續3分20秒；觸發全國多個區域電壓快速波動，振幅可達23kV；屬于“歐洲自然振蕩模式”之一（東—中—西部模式）。西班牙電網采取措施：繼續執行網間出口限制，計劃啟動更多控制能力電廠，但未能在事發前完成。該措施進一步導致了電壓上升。

階段2（12:32—12:33:18）：過電壓導致發電損失

電網電壓線性上升至420kV以上，分布式和大型機組累計脫網525MW裝機，其中317MW裝機為≤1MW分布式。

12:32:57：西班牙南部電網出現第1次機組脫網情況，電網頻率突降約0.03Hz，之后維持在49.95Hz左右。

12:33:16.5：西班牙南部電網出現第2次機組脫網情況，電網頻率突降約0.05Hz，之后維持在49.9Hz左右。

12:33:17.8：西班牙南部電網出現第3次機組脫網情況，電網頻率突降約0.05Hz；至此，西班牙電網電源脫網量總計220萬千瓦，引發西班牙、葡萄牙電網頻率下降和電壓上升。

階段3（12:33:18—12:33:30）：系統崩潰直至零電壓

發電損失引發頻率下降和電壓異常擴展，局部失控傳導至全網。電壓升至部分節點450kV以上，進一步引發逆變器保護動作，導致更多發電單元脫網;從西南向東北部呈“級聯崩潰”態勢，系統無法恢復平衡。最終，全部電壓歸零，西班牙與葡萄牙電網自歐洲大陸同步電網中斷連接進入“全停狀態”。

12:33:18—12:33:21:西班牙、葡萄牙電網頻率持續跌落至48.0Hz，觸發西班牙和葡萄牙觸發低頻減載動作。

12:33:21:西班牙—法國交流聯絡線失步保護裝置動作，西葡電網與歐洲主網解列。

12:33:24:西班牙、葡萄牙電網崩潰，西班牙與法國的直流線路停運。

階段4（4月28日12:33:30—4月29日14:36）：供電恢復

通過國內機組漸次并網和跨國互聯最大化進口，西班牙和葡萄牙采用分區恢復計劃，各分區利用本地水電以及西法、西—摩等跨國互聯支援進行恢復，逐步增加發電和負荷。當滿足充裕性和穩定性條件時，各區域電網重新進行互聯，直至全國電網恢復。

根據西班牙電力危機分析委員會報告，事故原因分析主要歸納為以下三點。

（1）系統整體電壓調控能力表現出明顯不足。

首先，事故發生前一日（即4月27日），調度部門雖已按照計劃安排了10座具備動態電壓調節功能的同步機組在次日（28日）并網運行，但實際投入運行的數量創下年度新低，導致系統初始電壓支撐能力偏弱。

其次，部分按照調控目標被激勵性并網、具備電壓調節義務的機組，未能有效響應調度中心下發的降壓控制指令，甚至出現無功輸出方向與要求相反的情況，從而在關鍵時段進一步推高系統電壓，削弱了調控措施的實效性。

（2）系統振蕩問題進一步干擾了電壓穩定控制。

首輪顯著振蕩起源于伊比利亞半島某局部電源。其擾動傳播導致系統拓撲結構被迫調整，從而增加了電壓調節的復雜度。

第二次振蕩發生后，調度機構雖計劃啟用一臺對電壓支撐具備關鍵作用的機組，但受制于啟動條件及響應時間，該機組未能在系統解列前實現并網運行，錯失了關鍵支撐窗口。

（3）多個發電機組在事故演進過程中脫網，且部分跳閘行為存在合理性疑問。

一方面，有機組在輸電網電壓尚處于規定運行范圍（通常為380kV至435kV）時即發生解列，反映出保護動作可能過于保守。

另一方面，亦有機組在系統電壓短時突破保護限值后才被迫脫網，表明其耐受特性或保護設定邊界不足。在未實施時間延遲與電壓容差機制的條件下，這些不當脫網行為放大了電壓擾動的連鎖效應。

不同機構對本次事故

的調查觀點

國家安全委員會（2025年6月17日）發布的《關于2025.4.28電力危機的分析報告》認為：

1)系統電壓調節能力不足。4月27日，運營商僅安排10座常規發電廠于次日投入運營，且1座發電廠發生停運，系統未安排電廠進行替代，故障時部分電廠沒有及時響應甚至錯誤響應電壓調節操作。

2)伊比利亞半島一個電廠導致電網發生電壓波動。

3)電廠低電壓穿越策略導致脫網，事故范圍擴大。

國家電網運營商REE（2025年6月18日）發布的《Black out in panish Peninsular Electrical Systemthe 28th of April 2025》認為：

1）系統故障前出現多次振蕩，為某光伏電廠導致，系統按規則抑制了振蕩；REE認同voltage surge（電壓激增或電壓浪涌）是停電的直接原因，但將主要責任歸咎于傳統發電廠未能控制電壓水平，指出4月28日發電廠停電的異常情況以及運輸網絡的電力需求意外激增，否認其能源結構誤判是關鍵因素。

2）故障發生時，配網變電站發生非計劃性脫網，多個變電器未正確調整分接頭，導致無功上升無法抑制。

3）并非系統配置不當，而是系統電廠未能跟蹤系統指令。

電廠聯盟（2025年6月23日）進行了第三方測試報告（未對外公布）僅給出結論性意見：支持政府結論，停電是由于REE錯誤計算導致的。

雖然西班牙業內各方對于本次事故的原因存在互相推諉的情況，但各方對于西班牙未來的電力系統的發展發出了警示。具體內容如下：

1）電網調度中心始終未能完全掌握系統的響應情況。

REE在處理措施時僅依靠電壓、頻率等若干指標，在實時運行中未給出可信的0.2Hz振蕩來源，且在事后分析中其顆粒度僅下沉到變電站側，對12:22等時刻出現的負荷激增現象未進行深入分析報告中出現多次系統變壓器未按規定動作進行響應。

系統在12:22安排兩臺啟動超過1小時的燃氣機組提供無功支撐，未能及時補充電壓服務。

2）輸電網和配電網之間協同能力低下。

西班牙電網導則中光伏、風電場采用固定功率因素角控制，系統無功支撐僅靠火電、燃氣等少量機組支撐。

3）對未來系統風險缺乏認知。

事后證明，系統采取的多次采用相同的抑制振蕩措施(降聯絡線、脫開并聯電抗器)，實際降低了系統的電壓穩定防御能力,疊加設備故障導致過電壓脫網。REE在事前策略整定時缺乏足夠風險認知。

4）缺乏更靈活的主動防御能力。

系統措施單一，在低頻振蕩抑制采用單純切功率策略，在出現過電壓問題時各機組動作間缺乏協調，導致故障范圍不斷擴大。

5）黑啟動電源缺失。

全網僅配置有3GW的水電機組作為黑啟動電源，聯絡線傳輸極限低，耗時約15小時才恢復供電。

中國國家電網根據上述報告分析認為，此次停電是由一系列因素共同作用下的巧合導致的。這些因素包括低頻振蕩、電壓浪涌以及新能源的斷接。然而，本質是電力系統安全與穩定基礎長期削弱所導致的必然結果，暴露出眾多問題，如穩定性基礎、源網協調、故障防御線和體制機制等。具體如下：

1）電網穩定性基礎薄弱和長期未解決的規劃滯后問題。

2）源網協調不當和級聯跳閘導致事故擴大。

3）不匹配的故障防御線路未能防止系統崩潰。

4）市場機制中缺乏最低啟動模式或黑啟動，用以支持電網安全。

對我國電力系統的啟示

當前我國大型風電場、光伏電站雖然已具備相對完善的電壓穿越、無功功率調節及電壓控制能力，但無功補償設備質量差別較大，無功—電壓調節特性差異顯著，實際運行情況可能不理想。以某500kV變電站為例，在人工短路試驗中發現片區靜止無功發生器在故障期間僅1/3正確響應，動態無功支撐能力難以滿足高比例新能源接入場景下的電壓穩定需求。建議“十五五”期間，統籌源網荷儲規劃，專題開展電網無功支撐資源布局規劃研究加強源網荷儲各側動態無功補償裝置的配置，完善自動電壓控制功能，提升對電網電壓的控制能力。

我國新能源單機容量普遍較小、場站數量大，且新能源裝備處于快速研發迭代階段，型號版本多、參數差異大，內部控制邏輯和參數不開放，實際模型難以準確掌握，大量分布式新能源向管理較弱的中低壓電網滲透，顯著增加了涉網管理難度，存在著異常擾動下脫網風險。

建議修訂完善新能源涉網系列標準，細化明確故障穿越及涉網保護、寬頻阻抗特性參數工況一致性等重要參數整定要求。

隨著新能源的快速增長，我國電網運行逐步進入經驗上的“無人區”、技術上的“深水區”，在新能源高滲透率運行方式下，電力電子變流器控制保護的非線性行為和多時間尺度耦合特性增加了系統擾動響應的復雜性，電壓、頻率、振蕩等多種穩定性問題交織，系統運行邊界及故障影響易突破預想空間。傳統基于離線計算分析的安全穩定防御體系難以適應，存在控制無解、失效或代價過大、防線間協同失配等問題。對于此次西葡大停電發生的電壓向上失穩的連鎖故障過程，除當前第二三道防線除失步解列外缺乏有效、精準的阻斷、限制措施。

建議加強新能源高滲透系統振蕩形成機理、振蕩模態演變的研究，高度重視局部振蕩激發系統振蕩的風險，建立振蕩預防、監測、溯源和抑制控制體系。

當前，我國黑啟動電源更多依賴水電，燃氣輪機、儲能等支撐黑啟動尚未形成大規模的實際應用。我國應加強嚴格實施最低啟動要求，將最低啟動要求納入強制性規范，并加強對發電企業的管理，建立聯合協商機制，明確安全責任范圍。

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