POWER主編詳解西班牙大停電最終報告

本文是全球電力行業最具權威性和影響力的專業媒體之一 power雜志執行主編 Aaron Larson對歐洲輸電系統運營商網絡（ENTSO-E）專家組關于2025年4月28日伊比利亞半島電網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在不到90秒的時間內崩潰。中歐夏令時（CEST）12:33，超過5000萬人失去了電力供應。調查專家組稱這是“過去20年歐洲發生的最嚴重且史無前例的大停電”。葡萄牙的停電時間長達12小時；西班牙部分地區則長達16小時。法國南部的一小片區域受到短暫影響，而歐洲大陸其他地區則幸免于難。

近一年后，一個由來自全歐洲監管機構和電網運營商組成的49人專家組發布了這份長達472頁的最終報告，該報告建立在2025年底發布的一份早期事實報告基礎之上。這份文件內容詳盡、技術密度極高，其結論尤為引人注目：這并非單一故障 的結果，而是許多相互作用的弱點在一個春天的下午災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。太陽能和風能發電量處于該季節的正常范圍內。西班牙正在出口約5吉瓦（GW）的電力。400千伏（kV）輸電網絡的電壓水平大多在界限內，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，發生了兩次電力系統振蕩事件。第一次發生在中午12:03至12:08之間，是一次頻率為0.63赫茲（Hz）的變流器驅動強迫振蕩，主要影響伊比利亞半島。第二次發生在12:19至12:22之間，是一次頻率為0.2赫茲的經典區域間振蕩——即歐洲大陸電網眾所周知的“東-中-西”模式，在這種模式下，大片區域相互擺動。

西班牙和法國的輸電系統運營商（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的電壓。

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

從12:32:00開始，許多節點的電壓開始上升。西班牙約 500兆瓦（MW）的大型可再生能源發電減少了出力，由于這些電廠運行在固定功率因數模式下，它們的無功功率吸收按比例下降，進一步推高了電壓。另有208兆瓦的分布式風能和太陽能機組因未知原因迅速降額或斷開連接。配電網的凈負荷增加了約317兆瓦，部分歸因于小型屋頂光伏（PV）系統因過壓保護而跳閘。

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

每一次斷開都從系統中移除了無功功率吸收，將電壓推得更高，并觸發下一輪斷開。到12:33:19，西班牙和葡萄牙開始與歐洲其他地區失去同步。自動減載和系統防御計劃按設計啟動，但無法阻止級聯故障。與法國的交流（AC）互聯線路于12:33:21因失步保護而跳閘。與摩洛哥的聯絡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。所有系統參數隨之崩潰。

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生的，其中任何一個因素單獨都不足以導致系統崩潰。

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故障。但西班牙可用的無功功率資源不足、協調不力，或者響應速度太慢，無法應對電壓的快速上升。

幾個具體的弱點尤為突出：

1、 可再生能源發電機運行在固定功率因數模式。 根據當時的西班牙法規，可再生能源提供與其有功功率輸出成比例的無功功率，而不是動態響應電壓變化。當有功功率下降時—— 無論是由于調度變更、市場信號還是保護跳閘——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、 常規發電機在無功功率方面表現不佳。 專家組發現，幾臺大型同步發電機的無功功率輸出達到所需參考值的時間不到75%。監管框架缺乏對動態無功功率行為的明確標準，并且對不合規行為沒有施加經濟后果。在某些情況下，設置似乎是遵循制造商的默認值，而不是用于電壓支持的完整電網規范包絡。

3、 并聯電抗器是手動操作的。 在電壓上升期間，大量來自并聯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。 西班牙法規允許400千伏電網在瞬態條件下運行高達435千伏——顯著高于歐洲其他地方使用的380千伏至420千伏的協調范圍。同時，發電機根據投運日期的不同，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、 許多發電設施的保護設置與要求不符。 專家組發現，一些發電機的過壓保護閾值設置低于適用規則規定的電壓限制，這意味著電廠過早斷開。有些是瞬間跳閘，沒有設置允許 瞬態電壓尖峰通過的時間延遲。

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

7、 振蕩事件創造了先決條件。 雖然振蕩沒有直接導致停電，但它們塑造了停電發生的系統狀態。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域的變流器驅動的不穩定性。一些大型發電機組上缺乏電力系統穩定器（PSS），以及現有穩定器的阻尼不足，削弱了系統對0.2赫茲區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）和系統防御計劃完全按設計啟動。專家組確認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現。

防御計劃主要是圍繞基于頻率的威脅設計的，即發電不足 導致的低頻。4月28日的事件是由過壓引起的級聯斷開驅動的，現有的防御架構無法阻止這種現象。專家組模擬顯示，即使系統慣量更高，失去同步也無法避免，因為發電機跳閘級聯導致的同步轉矩快速減少，將系統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質量不足以讓伊比利亞系統與歐洲其他地區保持同步。最終，專家組明確建議更新防御計劃以應對快速電壓驅動的現象，指出當前的框架“沒有足夠的裝備來防止快速、過壓引起的級聯崩潰”。

四

艱辛的恢復工作

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

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

五

建議

為了防止這種復雜的故障重演，專家組向輸電系統運營商和配電系統運營商、發電商以及國家監管機構發布了一套全面的建議。建議分為兩大類：與根本原因相關的修復和更廣泛的系統改進。以下是報告指出的應進行的變更，以最大限度地降低類似事件發生的可能性。

第一部分：針對根本原因的直接修復

這些行動專門針對直接導致2025年4月停電的技術和運營故障。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有建議，以專門解決西班牙和葡萄牙出現的快速、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鍵績效指標。 修訂現有的歐洲指南，建立具體的指標，以便在事故發生前檢測電網的薄弱狀態和快速電壓變化的風險。

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

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

1、 電壓控制

· 轉向電壓控制模式。 發電機應放棄固定功率因數模式，這種模式會加劇功率波動期間的電壓爬升，并盡可能使用動態電壓控制模式。

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

· 自動化并聯電抗器。 輸電系統運營商應實施并聯電抗器的自動控制，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。

· 協調運行電壓范圍。 西班牙應嚴格執行協調的歐洲電壓范圍（380千伏至420千伏）。以高達435千伏的瞬態限制運行，在設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（這會觸發無功功率和電壓的快速變化）通過更嚴格的連接要求或控制器設置來平滑。

2、 振蕩

· 歐洲大陸阻尼框架。 在整個歐洲大陸同步區域建立一個框架，以監測和改善區域間振蕩的阻尼。這包括共享動態電網模型和調整電力系統穩定器。

· 增強監測和早期預警。 擴大高分辨率監測設備（如相量測量單元 PMU）的使用，以實時檢測、定位并觸發針對系統振蕩的即時糾正措施。

3、 發電機斷開

· 驗證保護設置。 電網運營商應驗證發電機保護設置（如過壓閾值）是否與系統要求正確對齊，以便發電不會在短暫的瞬態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。 輸電系統運營商和配電系統運營商應在正常運行期間發生意外發電機跳閘后實施例行檢查。這允許操作員在結構性弱點和錯誤的保護設置導致重大級聯停電之前識別和糾正它們。

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

第二部分：更廣泛的系統改進

雖然不是4月28日停電的直接原因，但調查揭示了歐洲在準備、處理和從重大電網事件中恢復方面的幾個系統性弱點。

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即使在其有功功率連接丟失的情況下也能繼續提供關鍵的無功功率支持的方法。

2、 振蕩

快照電網模型。 建立一個標準程序，在重大事件發生后立即生成一個通用的電網模型快照，以便在歐洲范圍內進行準確的、同步的事后模擬。

3、 斷開

簡化的數據框架。 在輸電系統運營商、配電系統運營商和發電商之間建立一個永久的、標準化的數據共享框架。在未來的事件中，必須能夠快速獲得高質量的數據，而不會因臨時的法律談判而延誤調查。

4、 系統防御計劃

· 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。目前的協議通常會在削減負荷的同時意外斷開急需的太陽能發電；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合演習。 創建一個統一的框架，為電網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。此外，輸電系統運營商、配電系統運營商和發電商應進行定期的聯合防御演習，以驗證其作戰準備狀態，測試響應時間，并確保他們能夠在重大事件發生后24小時內提供標準化的取證數據。

· 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，防止標準安全措施失效。

5、 恢復

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

· 受控的分布式能源重新連接。 定義在停電恢復期間重新連接分布式太陽能的明確規則。在高太陽能滲透率的輸電線路上過早、不協調的通電可能會導致脆弱的恢復孤島崩潰。

· 聯合恢復培訓。 至少每三年進行一次涉及輸電系統運營商、配電系統運營商和關鍵電網用戶的共同跨實體培訓演習。這些培訓應演練復雜的恢復場景，例如管理頻率主控角色、控制負荷拾取以及安全地重新同步孤立的電網孤島，以消除可能嚴重延遲電網重新上線的操作沖突和誤解。

· 防停電通信。 確保電網運營商和關鍵發電機擁有至少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絡。

六

更廣泛的警告

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

2025年4月28日的停電暴露了市場設計（調度變更驅動快速功率爬坡）、電網規范實施（可再生能源的固定功率因數模式）、保護協調（設置與要求不符）和系統架構（無功功率儲備不足和關鍵資產的手動切換）之間的相互作用如何產生級聯故障，其展開速度快于人類操作員能夠響應的速度。除了技術修復外，專家組還向國家監管機構發出了嚴厲警告。僅僅有書面規則是不夠的。監管機構必須主動發布實施指南，積極監控電網法規的有效性，并利用經濟激勵和懲罰措施確保所有電網參與者，從大型輸電運營商到單個發電廠，都遵守其保持電網安全的義務。

專家組謹慎地指出，其建議“本質上是自愿的”，并且監控其實施情況超出了該小組的任務范圍，但信息很明確：通過 此事件暴露的脆弱性并非西班牙獨有。每個輸電系統運營商都應該問自己，他們的系統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現答案之前采取行動。

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