美加8.14大停电“初步分析与各方评论
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美加“8.14大停电”原因及分析北美电力可靠性委员会(NERC)对有关8.14大停电原因的报告以及有关方面的资料清晰地给出了此次事故的起因和发展过程,现简述如下。
从2003年8月14日下午美国东部时间(EDT,下述均为此时间)15时06分开始,美国俄亥俄州的主要电力公司第一能源公司(First Energy Corp.,以下简记为FE)的控制区内发生了一系列的突发事件。
这些事件的累计效应最终导致了大面积停电。
其影响范围包括美国的俄亥俄州、密执安州、宾夕法尼亚州、纽约州、佛蒙特州、马萨诸塞州、康涅狄格州、新泽西州和加拿大的安大略省、魁北克省,损失负荷达61.8 Gw,影响了近5千万人口的用电。
事故演变过程可分为如下几个阶段:(1)事故发生前的阶段。
图1中,各系统之间靠345kV和138kV线路构成一个交直流混联的巨大电网,其总体潮流为自南向北传送。
属于事故源头的第一能源(FE)系统因负荷高,受入大量有功,系统负荷约为12.635GW,受电约2.575GW(占总负荷的21%),导致大量消耗无功。
尽管此时系统仍然处于正常的运行状态,但无功不足导致系统电压降低。
其中FE管辖的俄亥俄州的克力夫兰-阿克伦(Cleveland-Akron)地区为故障首发地点。
在事故前,供给该地区有功及无功的重要电源:机组戴维斯-贝斯机组(Davis-Besse)和东湖4号机(Eastlake4)已经停运。
在13∶31东湖5号机(Eastlake5)的停运,进一步耗尽了克力夫兰-阿克伦地区的无功功率,使该系统电压进一步降低。
(2)短路引起的线路开断阶段。
15∶05俄亥俄州的一条345kV(Chamberlin-Harding)输电线路在触树短路后跳闸(线路开断前潮流仅为正常裕量的43.5%),致使由南部向克力夫兰-阿克伦地区送电的另外3条345kV线路(Hanna-Juniper、Star-South Canton和Sammis-Star,如图2所示)的负荷加重(其中Hanna-Juniper线路上增加的负荷最多,同时向该地区送电的138kV线路的潮流也随之增加,如图3所示。
美加大停电事件体制根源探析美、加“8〃14”大停电事件,再次引发了人们对电力体制改革的思考。
停电事件的发生有一定的偶然性,原因也是多方面的,不能因此一概否定美国的电力体制改革,但美国近年来的几起事件,比如:加州电力危机,几次电价的急剧上涨,大面积停电事故频发等等,与其电力体制也存在必然的联系。
加州电力危机,从某种程度上使人们对电力改革的长期性和复杂性有了新的认识,改革举措的出台也因此变得比较谨慎了。
美、加“8〃14”大停电事件的发生,对其改革的决策和推进势必产生深刻的影响。
同时对美加停电事件进行分析,可以给我们许多启示。
1、美加停电事件给予我们最直接的警示是:改革应当重视电网安全问题。
在美国推行电力改革伊始,就有专家警告,如果不予以高度重视,放松管制就可能变成灯火管制。
“8〃14”大停电事件,不是第一次,也不会是最后一次。
根据ABB专家的介绍,在世界各国电力改革的初期,电网的可靠性都不同程度有所降低。
专家认为,该事件之前,有些人处在一种感觉良好的环境中,事件后,发现所谓的安全环境并不存在。
改革与安全应当是并行不悖、相辅相成的,电力体制改革的推进不是以牺牲电力系统的安全、可靠性为代价,相反,改革和发展的目的之一就是要实现更高的安全、可靠性这一目标。
同时,电力系统的安全也是电力改革能否顺利进行的重要条件和成功与否的重要标志。
因此,改革必须高度重视安全问题。
电力体制改革对电网安全稳定的影响是多方面的。
如果把电网公司视为监管下的普通经营性企业,那么,必然使各电网企业的成本压力与日俱增。
七年改革,促使美国各电网企业普遍削减成本,因为削减成本可直接使企业自身受益,并使股东满意。
在“避免法律指控”的前提下,降低成本的一般性措施包括使电网在较低的稳定裕度水平下运行,减少维修次数,缩减或者取消投资,这意味着减少电网设施的投入量。
许多电力公司现在仅维持最少的常规维护,因此降低了设备的可靠性,许多偏远的设施出于成本原因而采用无人值守、远方操作,增加了外力破坏的可能性等等。
8.14美加大停电事故原因分析及启示美加大停电事故原因作初步分析(1)电网结构方面北美电网包括三个独立电网①东部互联电网,包括美国东部的地区和加拿大从萨斯喀彻温省向东延伸至沿海省份的地区②西部互联电网,包括美国西部的地区不含阿拉斯加州和加拿大阿尔伯达省、不列颠哥伦比亚省以及墨西哥的一小部分③相对较小的德克萨斯州电网。
这三个互联系统在电气上相互独立,通过少数几条输送容量较小的直流联络线相连。
这次发生大面积停电事故在东部地区。
被认为造成大停电的主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区的Erie 湖大环网,沿该环网流动的潮流经常无任何预警地发生转向,造成下方城市负荷加重。
此次系统潮流突然发生转向时,控制室的调度员面对这一情况束手无策。
(2)电网设备方面美国高压主干电网至少已有四五十年的历史,一些早期建设的线路及设备比较陈旧,而更新设备又需要大量资金投入。
投资电网建设的资金回报周期长、回报率低。
例如在20世纪90年代,投资发电厂资金回报率常常在12%~15%,而投资输电线路只有8%左右。
因此,只有当供电可靠性问题非常严重,或是供电要求迫切时,电力公司才会考虑投资修建输电线路。
另外,环保方面的限制也增加了输电线路建设的难度。
(3)电网调度方面由于没有统一调度的机制,各地区电网之间缺乏及时有效的信息交换,因此在事故发展过程中,无法做到对事故处理的统一指挥,导致了事故蔓延扩大。
国际电网公司(ITC)追踪到大停电以前1h 5min的数据,认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异常信号,就可能及时采取应急措施,制止大停电事故的发生。
(4)保护控制技术方面美国电网结构复杂,容易造成运行潮流相互窜动,增加了电网保护、控制以及解列的难度。
这次停电事件中,在事故发生初期FE与AEP公司的多条联络线跳闸(有些在紧急额定容量以下),对事故扩大起到推波助澜的作用。
NERC在对事故记录的调查中发现许多“时标”不准确,原因是记录信息的计算机发生信息积压,或者是时钟没有与国家标准时间校准。
8.14美加大停电事故原因分析及启示8.14美加大停电事故原因分析及启示美加大停电事故原因作初步分析(1)电网结构方面北美电网包括三个独立电网①东部互联电网,包括美国东部的地区和加拿大从萨斯喀彻温省向东延伸至沿海省份的地区②西部互联电网,包括美国西部的地区不含阿拉斯加州和加拿大阿尔伯达省、不列颠哥伦比亚省以及墨西哥的一小部分③相对较小的德克萨斯州电网。
这三个互联系统在电气上相互独立,通过少数几条输送容量较小的直流联络线相连。
这次发生大面积停电事故在东部地区。
被认为造成大停电的主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区的Erie 湖大环网,沿该环网流动的潮流经常无任何预警地发生转向,造成下方城市负荷加重。
此次系统潮流突然发生转向时,控制室的调度员面对这一情况束手无策。
(2)电网设备方面美国高压主干电网至少已有四五十年的历史,一些早期建设的线路及设备比较陈旧,而更新设备又需要大量资金投入。
投资电网建设的资金回报周期长、回报率低。
例如在20世纪90年代,投资发电厂资金回报率常常在12%~15%,而投资输电线路只有8%左右。
因此,只有当供电可靠性问题非常严重,或是供电要求迫切时,电力公司才会考虑投资修建输电线路。
另外,环保方面的限制也增加了输电线路建设的难度。
(3)电网调度方面由于没有统一调度的机制,各地区电网之间缺乏及时有效的信息交换,因此在事故发展过程中,无法做到对事故处理的统一指挥,导致了事故蔓延扩大。
国际电网公司(ITC)追踪到大停电以前1h 5min 的数据,认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异常信号,就可能及时采取应急措施,制止大停电事故的发生。
(4)保护控制技术方面美国电网结构复杂,容易造成运行潮流相互窜动,增加了电网保护、控制以及解列的难度。
这次停电事件中,在事故发生初期FE与AEP公司的多条联络线跳闸(有些在紧急额定容量以下),对事故扩大起到推波助澜的作用。
NERC在对事故记录的调查中发现许多“时标”不准确,原因是记录信息的计算机发生信息积压,或者是时钟没有与国家标准时间校准。
美加8.14⼤停电“初步分析与各⽅评论“美加8.14⼤停电初步分析”美国东部夏令时间(EDT)2003年8⽉14⽇16:11(北京时间15⽇4;11),美国、加拿⼤发⽣北美历史上规模最⼤的停电事故,停电区域涉及美国俄亥俄州,密歇根州,纽约州等8个州以及加拿⼤魁北克省,安⼤略省2个省,根北美电⼒可靠性协会(NERC)统计,此次停电事故累计损失负荷 61800MW,超过5000多万⼈的⽣活受到影响,据美国经济专家预测,此次美国历史上规模最⼤的停电事故所造成的经济损失可能⾼达300亿美国/d,事故区域在16⽇11:00(即事故发⽣后的42h49min)基本恢复供电,到⽬前为⽌,有关各⽅均未公布事故发⽣的原因及事故原始资料。
我们根据收集的有关资料,对停电做了初步的分析,并介绍了以美国为主的各界对此停电事故的评论和反思。
1、停电事故发⽣的过程和恢复情况受本次停电事故影响最严重的地区是NERC的NPCC(东北电⼒协调委员会)分区,MAAC(⼤西洋中区委员会)分区和ECAR(东部中区可靠性协调组织)3个分区,包括PJM电⽹、中西部电⽹、魁北克⽔电系统、安⼤略电⽹、新英格兰电⽹和纽约电⽹,发⽣事故的电⼒系统基本情况、负荷损失情况见表1。
表1 事故发⽣的电⽹及负荷损失情况 MWNERC 2002年夏季装机电⽹损失分区最⼤负荷容量负荷MAAC 52570 64000 PJM电⽹(宾西法尼亚州、新泽西州)4200ECAR 96330 122990 中西部电⽹Midwcst ISO(俄亥俄州,密歇根州、威斯康星州)魁北克⽔电系统(加拿⼤魁北克省)安⼤略电⽹(加拿⼤安⼤略省)1300010020000NPCC 101150 133460 新英格兰电⽹(台萨诸塞州和康涅狄格州)纽约电⽹(纽约州)2500 22000合计损失负荷618001.1停电事故发⽣的过程综合北美电⼒右靠性协会(NERC)、美联社和美国电⼒公司(AEP)、国际输电公司(ITC )、剑桥能源研究协会(CERA)等机构的资料、事故的发⽣过程(参见图1如下)8⽉14⽇14:00左右,俄亥俄州FirstEnergy的E5号680MW燃煤机组退出运⾏;15.06 ~15:32,向克⾥夫兰供电的两条输电线路(Chamberlin-Harding345KV输电线和Hanna-Juniper345KV输电线)相继跳闸,克⾥夫兰出现低电压;15:41~15:46,向北部俄亥俄电⽹供电的连接FirstEmergy和美国电⼒公司(AEP)的两条输电线路(Star-South Canton345KV输电线路和Tidd-Canton Control 345KV输电线)跳闸;16:06向北部俄亥俄电⽹供电的1条输电线(Sammis-Star 345KV 输电线)跳闸,FirstEnergy向密歇根ITC电⽹拉电200MW,密歇根电⽹出现低电压,加拿⼤和美国东部电⽹出现功率摇摆;16:09,连接俄亥俄南北电⽹的两条联络线(Galion-Mushingum River-Ohio Central 345KV线路)East Lima-Fostoria Cenrtal 345KV 线路跳闸,俄亥俄南北电⽹解列,FirstEnergy(北⽹)向密歇根ITC 电⽹拉电2200MW,IPC与安⼤略电⽹的潮流反转,密歇根电⽹电压下降,密歇根中部两座总容量1800MW的电⼚Kinder-Mor-gan和MCV在15s 内相继停运;16:10,密歇根ITC电⽹电压崩溃,在8s内密歇根30条输电线停运,ITC 电⽹与密歇根其它电⽹解列,俄亥俄北⽹从安⼤略和密电码歇根拉电,潮流达到2800MW,事故波及安⼤略和纽约电⽹,纽约电⽹切断与安⼤略电⽹的连接以⾃保,但电⽹很快崩溃,由此⾃16:11爆发了⼤⾯积停电事故,在事故发⽣后,AEP电⽹和PJM电⽹分别阻⽌了停电向印第安纳、PJM南部发展。
第一部分案例描述摘要:2003年8月14日下午,美国东北部和加拿大安大略省电网发生大面积停电事故。
事故原因为一系列偶然事件的叠加,该事故是北美历史上最大规模的停电事故,经济损失高达300亿美元,5000万人的生活受到影响,大停电至少造成8人死亡,21座发电站受损。
一、背景信息在美国东北部地区,这里是美国的心脏,是全美工商业最为发达的地区,拥有世界上最大的都市群——纽约市。
在其北部的加拿大安大略省,这里是加拿大的制造业中心,是加拿大工业的命脉,并且有着渥太华等大都会。
电力能源是21世纪最重要的能源,美国是世界上最大的电力消费国。
在美国,有着不同于中国的电网运营模式,美国没有所谓的公有制的“国家电网”公司,只有2家大型电网和3个小型电网组成,分别是北美东部电网、北美西部电网两大同步电网,德克萨斯州电网、阿拉斯加电网和加拿大魁北克电网三个规模较小的运营公司,这5大电网覆盖了本土48个州、超过3200套配电设施、1万多个发电机组、数十万里的输配电线和数百万用电客户,而这5大网络又存在为数众多的运营管理者。
国电网的运行主要是由电力可靠性组织(Electric Reliability Organization, ERO)统筹。
ERO是电力行业的自律机构,受联邦能源调整委员会 (Federal Energy Regulatory Commission, FERC)委托实施对电网的监管职能,它有美电力可靠性委员会(NERC)等下设机构来加强电网的可靠性和安全性,北美电力可靠性委员会(NERC)在北美设立了18个可靠性协调员,如MISO。
二、情境导入俄亥俄州的克利夫兰市与阿克伦市这两个地方,在2003年夏天有一个共同点,即该地区的电压异常不稳定,而负责运营这一地区电力的第一能源公司对此事无动于衷。
判断一个地区的电力供应是否处于可靠状态是十分重要的,美国电网在设计之初就考虑到了未来可能面临的意外状况,制定了一整套机制与标准来对抗意外情况(如大型发电机组或者关键变电设备的故障)。
美加8.14大停电电力实09马剑2003年8月14日,美国中西部、东北部及加拿大安大略省遭受了大面积停电事件。
事故开始于美国东部时间16时左右,在美国部分地区,电力供应在4日后仍未恢复,而在全部电力供应恢复之前,安大略省部分地区的停电持续了一个多星期。
一、事件全过程1、事故的发展过程[1]:事件发生前,停电地区中西部正值高温天气,电网负荷很大。
潮流方向是从印第安纳州和俄亥俄州南部通过密歇根州和俄亥俄州北部向底特律地区送电,并通过底特律地区送往加拿大的安达略省。
14时左右,俄亥俄北部属FE电网公司的Eastlake5号机组(597MW)跳闸。
15时05分,俄亥俄南北联络断面上送克里夫兰的一条345千伏线路跳闸,其输送的功率转移到相邻的345kV线路(Hanna–Juniper)上。
15时32分,俄亥俄另一条南北联络线Ohio Hanna—Juniper345千伏线路因对树放电跳闸,这是因为上一事件引起该线路长时间过热并下垂,从而接触线下树木。
当时由于警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员,15:32该线路因短路故障而跳闸,使得克利夫兰失去第二回电源线,系统电压降低。
[2] 15时41分,俄亥俄又有两条南北联络线相继跳闸,克里夫兰地区出现严重低电压。
16时06分,俄亥俄南北联络断面又有一条345千伏线路跳闸。
此时潮流反向从底特律地区向俄亥俄州北部送电。
16时09分,俄亥俄南北联络最后两条345千伏联络线跳闸。
俄亥俄州南北联络断面全部断开,潮流发生大范围转移,通过印第安纳州经密歇根州与底特律地区向俄亥俄州北部送电。
大约30-45秒后,因电压下降,密歇根州中部电网大约180万千瓦机组相继跳闸,密歇根州中部电网电压开始崩溃。
16时10分,底特律地区电压全面快速崩溃,在8秒钟之内约30条密歇根州和底特律间的联络线跳闸,潮流再次发生大范围转移,从俄亥俄州南部经宾西法尼亚、纽约州、安达略、底特律向克里夫兰送电。
美国东北部和加拿大联合电网停电事故案例分析1500字2003-08-14美国、加拿大电网事故的发展过程2003-08-14,美国东部时间16:11开始,美国东北部电网和加拿大联合电网发生了有史以来影响最大的电网停电事故(以下简称"8·14"事故),事故波及美国东部电网和加拿大电网,美国的密西根州、纽约州、新泽西州、马萨诸塞等八个州和加拿大的安大略、魁北克省都受到了严重的影响。
"8·14"停电事故的发展过程为:15:06,处于俄亥俄州Chambeilain至Harding的一条345kV线路不明原因跳闸;15:32,由于负荷过重,Hanna至Juniper又一条345kV的线路下垂并放电跳闸;15:41,Star至S.canton的又一条345kV的线路跳闸;15:46,Tidd至CantonCtrl的一条345kV的线路跳闸;16:06,Sammis至Star的一条345kV的线路跳闸并重合成功;以上线路位于俄亥俄州克利夫兰市附近。
16:08,美国东部电网和加拿大电网发生振荡;16:10,Cambell3号机跳闸;16:10,Hampton至Thenford的一条345kV线路跳闸;16:10,Oneida至Majestic的一条345kV线路跳闸;16:11,Avon9号机组跳闸;16:11,Beaver至DavisBesse的一条345kV线路跳闸;16:11,Midway至Lemoyne/Foster的一条138kV线路跳闸;16:11,Perr1号机组跳闸;16:11,美国东北部电网与加拿大解列;16:15,Sammis至Star的一条345kV线路跳闸并重合成功;16:17,Fermi核电站停机;16:17~16:21,密西根州数条线路跳闸。
事故共计损失负荷6180万kW。
事故中,美、加共有超过100座电厂停机,其中包括22座核电站。
美国加州“8.14”大停电事故学习及对电网安全运行的思考发表时间:2020-11-20T14:25:24.987Z 来源:《中国电业》2020年7月第19期作者:杨军[导读] 2020年8月14日-15日,美国加州发生大规模停电事故,期间超过60万用户受到影响。
本文在介绍美国加州电网的杨军国网安徽省电力有限公司宿州市供电公司安徽省宿州市 234000摘要: 2020年8月14日-15日,美国加州发生大规模停电事故,期间超过60万用户受到影响。
本文在介绍美国加州电网的基本情况的基础上,对本次大停电事故发展的各个阶段进行了分析,总结了大停电事故的原因,并以此对电网安全运行提出了一些想法和措施。
关键词:大停电;美国加州;安全运行1美国加州电网概况美国电网按地理分为三大系统:东部电网、西部电网和德州电网。
加州电网位于美国最西部,主要由圣地亚哥电气公司、南加州爱迪生公司、太平洋电气公司等三大供电公司供电,由加州电力调度控制中心统一调度。
加州电网与美国西部电网其他部分通过7回500千伏交流和1回500千伏直流互联,有10个负荷中心,其中洛杉矶盆地和大湾区负荷约占加州电网总负荷的61%。
2“8.14”大停电事故过程2.1加州电网运行情况。
美国加州近20年内最大负荷处于4000~5000万千瓦左右,历年中2006年负荷最大,达到5027万千瓦;可再生能源持续增长,2019年5月5日占总负荷比例峰值达到80.3%;2020年6月29日光伏峰值达1201万千瓦(占总负荷51%)。
2020年8月14日,加州电网最大负荷4678万千瓦,当天可再生能源峰值占总发电的31%,燃机出力占总发电的57%。
2.2事故发展过程(1)8月14日14点56分,一台燃机跳闸,装机49.4万千瓦,当时出力47.5万千瓦,之后加州电力调度控制中心紧急恢复事故备用;15点20分,因所有可用措施用尽之后,系统仍然不能提供满足预期的发电需求,加州电力调度控制中心启动二级紧急状态,请求区外支援。
美加大停电及加州电力危机的深层教训2511203077崔荣坤本文介绍了2003年8月14日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电。
这次历史上最大规模的停电波及美国纽约等许多城市,加拿大安大略省的部分城市也受到影响。
停电影响了地铁、电梯以及机场的正常运营,在一些地方造成交通拥堵,影响了5000万人口的正常生活,损失达300亿美元。
他反映出许多共性的教训是深刻而沉重的【关键词】电力危机停电深层分析如果没有加州电力危机,如果没有美加大停电,我们很有可能对某些问题的认识还统一不起来,并为此支付学费。
我们必须改革和发展电力工业,我们希望少走弯路,少付点学费。
2003年8月14日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电。
这次历史上最大规模的停电波及美国纽约等许多城市,加拿大安大略省的部分城市也受到影响。
停电影响了地铁、电梯以及机场的正常运营,在一些地方造成交通拥堵,影响了5000万人口的正常生活,损失达300亿美元。
美国从20世纪60年代以来,大停电至少有6次,其中5次都是美加大停电。
1965年11月9日发生的美国纽约市、加拿大安大略省等地的大停电,影响了3000万个用户,持续时间13个小时;1977年7月13日纽约市大停电,影响了900万人口,持续时间达26小时;1996年7月2日美国加利福尼亚等西部与加拿大艾伯特等地的大停电,影响200万人口,持续时间从几分钟到几个小时;1996年8月10日几乎与上次停电同样的地方,影响人口750万,持续时间长达9小时;1998年6月25日美国明尼苏达州等地和加拿大的安大略等地又发生大停电,影响15.2万人,持续19小时。
除了这些大停电事故外,还有为数众多的事故和故障,美国能源部在2000年曾对以上各次停电事故和故障作过研究,提出了不少有见地的措施,但都没有能够阻止停电事故的发生。
联系美国加州电力危机,它反映出许多共性的教训是深刻而沉重的。
一、对加州电力危机教训的深层分析1. 经过近年来的反思和调查研究,发现加州所发生的电力危机不是偶然的,而是许多因素集合促成的,这些因素有:(1)电力需求预测严重偏低,发输电设施没有增长,造成严重缺电。
美加大停电及加州电力危机的深层教训2511203077崔荣坤本文介绍了2003年8月14日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电。
这次历史上最大规模的停电波及美国纽约等许多城市,加拿大安大略省的部分城市也受到影响。
停电影响了地铁、电梯以及机场的正常运营,在一些地方造成交通拥堵,影响了5000万人口的正常生活,损失达300亿美元。
他反映出许多共性的教训是深刻而沉重的【关键词】电力危机停电深层分析如果没有加州电力危机,如果没有美加大停电,我们很有可能对某些问题的认识还统一不起来,并为此支付学费。
我们必须改革和发展电力工业,我们希望少走弯路,少付点学费。
2003年8月14日美国东北部和加拿大部分地区发生大面积停电。
这次历史上最大规模的停电波及美国纽约等许多城市,加拿大安大略省的部分城市也受到影响。
停电影响了地铁、电梯以及机场的正常运营,在一些地方造成交通拥堵,影响了5000万人口的正常生活,损失达300亿美元。
美国从20世纪60年代以来,大停电至少有6次,其中5次都是美加大停电。
1965年11月9日发生的美国纽约市、加拿大安大略省等地的大停电,影响了3000万个用户,持续时间13个小时;1977年7月13日纽约市大停电,影响了900万人口,持续时间达26小时;1996年7月2日美国加利福尼亚等西部与加拿大艾伯特等地的大停电,影响200万人口,持续时间从几分钟到几个小时;1996年8月10日几乎与上次停电同样的地方,影响人口750万,持续时间长达9小时;1998年6月25日美国明尼苏达州等地和加拿大的安大略等地又发生大停电,影响15.2万人,持续19小时。
除了这些大停电事故外,还有为数众多的事故和故障,美国能源部在2000年曾对以上各次停电事故和故障作过研究,提出了不少有见地的措施,但都没有能够阻止停电事故的发生。
联系美国加州电力危机,它反映出许多共性的教训是深刻而沉重的。
一、对加州电力危机教训的深层分析1. 经过近年来的反思和调查研究,发现加州所发生的电力危机不是偶然的,而是许多因素集合促成的,这些因素有:(1)电力需求预测严重偏低,发输电设施没有增长,造成严重缺电。
“美加8.14大停电初步分析”美国东部夏令时间(EDT)2003年8月14日16:11(北京时间15日4;11),美国、加拿大发生北美历史上规模最大的停电事故,停电区域涉及美国俄亥俄州,密歇根州,纽约州等8个州以及加拿大魁北克省,安大略省2个省,根北美电力可靠性协会(NERC)统计,此次停电事故累计损失负荷 61800MW,超过5000多万人的生活受到影响,据美国经济专家预测,此次美国历史上规模最大的停电事故所造成的经济损失可能高达300亿美国/d,事故区域在16日11:00(即事故发生后的42h49min)基本恢复供电,到目前为止,有关各方均未公布事故发生的原因及事故原始资料。
我们根据收集的有关资料,对停电做了初步的分析,并介绍了以美国为主的各界对此停电事故的评论和反思。
1、停电事故发生的过程和恢复情况受本次停电事故影响最严重的地区是NERC的NPCC(东北电力协调委员会)分区,MAAC(大西洋中区委员会)分区和ECAR(东部中区可靠性协调组织)3个分区,包括PJM电网、中西部电网、魁北克水电系统、安大略电网、新英格兰电网和纽约电网,发生事故的电力系统基本情况、负荷损失情况见表1。
表1 事故发生的电网及负荷损失情况 MWNERC 2002年夏季装机电网损失分区最大负荷容量负荷MAAC 52570 64000 PJM电网(宾西法尼亚州、新泽西州)4200ECAR 96330 122990 中西部电网Midwcst ISO(俄亥俄州,密歇根州、威斯康星州)魁北克水电系统(加拿大魁北克省)安大略电网(加拿大安大略省)1300010020000NPCC 101150 133460 新英格兰电网(台萨诸塞州和康涅狄格州)纽约电网(纽约州)2500 22000合计损失负荷618001.1停电事故发生的过程综合北美电力右靠性协会(NERC)、美联社和美国电力公司(AEP)、国际输电公司(ITC )、剑桥能源研究协会(CERA)等机构的资料、事故的发生过程(参见图1如下)8月14日14:00左右,俄亥俄州FirstEnergy的E5号680MW燃煤机组退出运行;15.06 ~15:32,向克里夫兰供电的两条输电线路(Chamberlin-Harding345KV输电线和Hanna-Juniper345KV输电线)相继跳闸,克里夫兰出现低电压;15:41~15:46,向北部俄亥俄电网供电的连接FirstEmergy和美国电力公司(AEP)的两条输电线路(Star-South Canton345KV输电线路和Tidd-Canton Control 345KV输电线)跳闸;16:06向北部俄亥俄电网供电的1条输电线(Sammis-Star 345KV 输电线)跳闸,FirstEnergy向密歇根ITC电网拉电200MW,密歇根电网出现低电压,加拿大和美国东部电网出现功率摇摆;16:09,连接俄亥俄南北电网的两条联络线(Galion-Mushingum River-Ohio Central 345KV线路)East Lima-Fostoria Cenrtal 345KV 线路跳闸,俄亥俄南北电网解列,FirstEnergy(北网)向密歇根ITC 电网拉电2200MW,IPC与安大略电网的潮流反转,密歇根电网电压下降,密歇根中部两座总容量1800MW的电厂Kinder-Mor-gan和MCV在15s 内相继停运;16:10,密歇根ITC电网电压崩溃,在8s内密歇根30条输电线停运,ITC 电网与密歇根其它电网解列,俄亥俄北网从安大略和密电码歇根拉电,潮流达到2800MW,事故波及安大略和纽约电网,纽约电网切断与安大略电网的连接以自保,但电网很快崩溃,由此自16:11爆发了大面积停电事故,在事故发生后,AEP电网和PJM电网分别阻止了停电向印第安纳、PJM南部发展。
1.2停电事故发生后电网的恢复情况在停电事故发生3h19min后的美国东部时间14日19:30,负荷恢复66.5%,其中魁北克水电系统已完全恢复;16日11:00(事故发生后42h49min),北美东部电网基本恢复正常,但仍采取分区轮流停电措施,截止17日17:00(事故发生后72h49min)表2 美国、加拿大电网事故恢复情况绝大多数机组恢复运行,不再实行分区轮流停电,电网详细恢复情况如表2所示。
为确保电网的安全恢复,在电网恢复的过程中,运行机构采取了分区停电措施,同时呼吁用户节约用电。
1.3停电事故的初步定性分析综合收集到的资料,由事故过程中的事件发生顺序和过程中的潮流的变化,基本可以判断本次大停电属于潮流大范围转移导致的快速电压崩溃,同时,系统中还伴有大潮流在断面间来回窜动造成的大量线路相继跳闸以及局部系统和大网解列后因频率和电压崩溃导致局部系统全停现象。
2、停电事故发生原因初步分析目前相关权威机构仍未对事故的过程和原因作出说明,根据国外媒体上公开发表的有关报道,对停电事故发生的原因初步分析如下:(1)缺乏统一电网规则,电磁环网普遍存在北美国电力系统缺乏统一的电网规划,普遍存在复杂的电磁环网可能是造成大停电事故频发的结构原因,(例如,从电网地理接线图看,除安大略电网主网架为230KV外,事故地区其它电网网架以345KV 为主)。
一个结构合理的电网,应是便于调度和事故处理的电网,它是电网安全稳定运行的物质基础。
(2)调度不力此次事故的诱因可能是环伊利潮(ErieLake)大环网的潮流过载和不恰当的调度措施,环伊利湖大环网的线路减载(TransmissionLonding Rdlief)调度程序是靠由Nyiso Mid-WestISO\AEP 、MichinganTranscoLLC、Intcrma-tional Transmission (ITC)\FE 、PJM 、JMA等组成lake Erie Energengcy Redispatch Agree-ment(LEER)来协调处理的,其调度权力和效率是否足以应付大事故的处理值得怀疑。
(3)无功电源不足和调节手段缺乏在事故初期,Ohio 州克里夫兰地区就显示了存在地区低压现象,历史上该地区也曾发生过多起低电压事故,在夏季重载情况下,无功电源的不足和调节手段的匮乏也有可能是此次停电事故的根源,它导致地区系统电压崩溃事故,进而祸及整个互联系统稳定运用行。
(4)保护装臵和安全装臵可靠性不高停电地区的保护装臵和安全自动装臵可靠性不高,没能有效地阻止事故的蔓延也是造成本次大面积停电事故的一个重要因素。
3、事故发生后各方的评论与反思3.1电力管理体制和市场监管美国国会分别于1978年和1992年通过了公用事业管理政策法(PURPA)和能源政策法(EPA ),启动了美国公用事业的放松管制,自此,美国大部分州都不同程度地进行了行业体制改革,一些州在实施中遇到了很多问题,如架利福尼亚州,放松管制的改革引起了争议。
美国经济学家罗伯特〃库特纳(Robert Kuttner)在16日的《纽约时报》(News York times )刊文认为,电力与普通商品不同,不能大量储存,需要规划和协调,还需要采取鼓励措施促进输电线路的维修和更新,因此,放松管理的理论是失败的,相比之下,美国东南部许多地方却保留了传统的管理规定,目前那里的电价便宜,电力供应也有保证。
美国没一个制定强制性系统运行规则并负责互联系统安全的机构,NERC作为北美电力系统的可靠性协调机构,虽然有权制定系统运行和规划可能性标准并对系统可靠性进行评估,但只能给出建议,没有强制实施和惩处违规行为(这次事件的主角FirstEnergy就有违反可靠性标准的记录)的权力,要求美国联邦立法机构通过立法,成立带有法定权力的电力可靠性组织以迫使所有的市场参与者执行可靠性标准,但有关建立强制性可靠性组织的立法遇到了困难,布什政府倾向于行业自律。
目前,美国输电服务分别由100多个输电公司来承担联邦政府和州政府有一定的管理权限,美国联邦能源管理委会员(FERC)认为美国电网管理分散,不利于电网稳定高效运行,提出建立区域输电组织(RTO ),旨在建立一个更加高效的区域系统,在此系统中采用单一的输电费,实施更好的阻塞管理。
RTO计划是针对伴随电力市场而来的系统安全问题制定的,是在ISO基础上发展而成的输电管理组织,它减少了发电到用户间的组织机构数量,同时促进发电竟争,提高输电效率和电网运行的可靠性,FERC鼓励各输电公司加入RTO,将其输电运行交给RTO,以促进跨地区联合运行。
3.2 输电网建设这次停电事故,暴露出北美电网存在严重的薄弱环节,美国的输电网在许多地方容易形成阻塞,例如美国东部的186条输电线路中,去年有50条曾经达到容量极限,有21条线路至少有10%的时间处于超负荷状态,其中宾夕法尼亚州西部一条线路情况最严重,一些线路一年中有80%以上时间处于阴塞状态。
电网建设滞后于电力市场的发展,根据美国电力研究(EPRI)的一份报告,在过去的12年里,美国大宗电力交易的数值增长了4倍,这种增长是在北美电网已经在接近稳定极限的情况下发生的。
电网的建设投资没有与经济增长保持协调发展。
根据爱迪生电力研究所(EEI)的研究,从1975年到现在,美国的经济翻一番,而同期的电网投资却从每年50亿美元下降到20亿美元,平均每年减少1亿美元,另据RPRL的研究,在过去的10多年中,美国的用电负荷增长了30%,而同期的高压输电线路容量仅增长了15%,EPRT主席兼CEO Kurt Yeager认为,美国未来几年电网升级将需要500~1000亿美元,以下原因的存在限制了对输电网建设的投资。
(1)和发电侧不同,输电线路仍然处于政府严格管制下,回报率低(平均4%)。
(2)电网法规不一致,损害了输电公司投资电网的兴趣,,美国剑桥能源研究协会(CERA)认为,各大公司缺乏加大投资以扩充并更新设备的动力,加拿大西安大略大学电气与计算机工程系主任Tarlochan Sidhu 说,政府给安大略输电网的输电费用规定发上限,提高输电费用要得到安大略有Hydro Ona 公司联络部主任Anne CeightonYU ,过去5年的输电投资达到35亿加元,未来5年也将达到这一数字,为提高电网可靠性,该公司每年的改造投入需要3亿加元,Dominon债券评级服务公司副总经理说,政府应去除输电费用上限,否则Hydro One 的财务状况将变差。
输电网建设中的选址和环保问题是影响输电网建的一个重要原因,输电设施选址时遇到压力很大。
美国各州担心建立输电设施污染当地环境,反对修建输电线路,另外,作为“公共物品”,在解除管制的情况下,输电网开放,各电力公司可以使用彼此的网络,在这种情况下,没有任何公司愿意投巨资改造电网,因为这将有利于其竟争对手。