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。
（5）电力市场化体制方面
电力市场化也存在一些负面影响，例如电力放松管制后，电网设备方面的投资相应减少。
据美国有关方面的统计资料显示，在过去10年内，美国负荷需求增加了30%，但输电能力仅增加了15%，由此使高压线路的功率输送裕度减少，电网常常工作在危险区或边缘区。
此外，在现有电网条件下虽可以采用一些新技术来提高电网输送容量，以防止事故扩展到全网，但这种投资回报率低，难以吸引足够的投资。
（6）厂网协调方面
由于未建立起厂网协调的继电保护和安全稳定控制系统，使得在系统电压下降时，许多发电机组很快退出运行，加剧了电压崩溃的发生。
（7）系统计算分析和仿真试验方面
此次事故从第一回线路跳开至系统崩溃历时1个多小时，由于未及时采取措施而导致了事故扩大。
如果事先对这类运行方式作好充分的系统计算分析或仿真试验，采取相应的防
范措施，是可以防止事故扩大的。
但由于计算分析和仿真试验方面存在不足，未能作好充分的反事故预案准备。
（8）经济性和安全性统筹考虑方面
本次大停电根本原因在于：美国社会以追求经济利益的最大化为唯一目标。
尽管也有保证电网安全的呼声，但是比较微弱。
而具有公用事业性质的电网公司只能在现有的条件下来管理，在安全性方面存在较多的隐患。
这次大停电给社会、经济秩序造成的损失使公众加深了对电网安全重要性的认识，将引起各方面的深刻反思。
由美加电网停电事故得到的启示
从上述三次大停电事故可以得到如下启示：
（1）美国在电网建设和管理中缺乏统一规划、协调管理，电网网架结构存在不合理的薄弱环节，抗故障能力差。
（2）美国没有一个能够协调组织各地区电网的统一电力调度中心，不能做到对大电网的协调控制，容易造成运行调度和事故处理过程的盲目性，贻误时机，导致事故扩大。
（3）电网公司没有自己的调峰和调频电厂，电网运行备用不足，缺乏调控手段。
（4）美国大部分电网建于20世纪50年代，由于片面追求经济效益，对变电站和输配电系统的维护和改造投入不足，造成高峰时线路负荷过重。
（5）在厂网协调方面存在问题，未建立起厂网协调的保护和安全稳定控制系统。
（6）各独立系统运行部门（ISO）自成体系，自我防护，相互之间缺乏沟通，对整个电网情况了解不够，因而不能及时采取有效措施，制止事故的蔓延。
从美加大停电事故中应吸取的教训
（1）做好电力系统的统一规划
美国电网多次发生大面积停电事故，其主要内在原因是缺乏统一规划，电网结构没有做到合理的分层分区，抗干扰能力差。
在高峰负荷时线路负载重，发生“N-1”故障时极易导致相邻线路过载而相继跳闸。
在故障扩大时，也很难采取恰当的解列措施。
加上近年来对电网投资减少，电网发展滞后，使这一状况更为严重。
我国应吸取美国的教训，做好电源和电网的统一规划和建设，其要点是：坚持电源分散接入受端系统的原则；加强输电通道中间支撑和受端系统的主网架建设；电网要做到合理的分层分区，结构清晰。
（2）坚持统一调度的方针
美国没有一个能够协调组织各地区电网运行的统一电力调度中心，电网调度和运行缺乏统一有效的管理机制。
我国应坚持统一调度的方针，做到大电网的协调运行和控制，包括：运行方式的统一安排，电厂检修的统一安排，继电保护和安全自动装置的协调配置，事故处理的统一指挥等，确保整个电力系统的安全和稳定运行。
（3）电网运行要有足够的备用容量
美国这次事故与先前的一些事故一样，大多数发生在电网大负荷运行期间，电源备用不足。
一旦电网发生故障，大电源退出，就会因供电不足而产生连锁反应，使事故扩大。
当前我国部分地区供电形势紧张，电网运行处于备用不足或无备用的状态，因此要十分注意合理安排运行方式，采取各种有效措施，为电网的安全稳定运行提供可靠的保障。
（4）加强继电保护和安全稳定自动装置的优化配置
美国电网历次事故的扩大都与继电保护和安稳装置的配置有关系。
我国电网结构薄弱，对二次继电保护和安全自动装置的要求更高，需要发展先进、可靠的继电保护装置和稳定
控制技术，搞好三道防线的建设，防止事故扩大，避免大面积停电事故的发生。
（5）做好反事故预案和“黑启动”方案
大电网运行时，存在因各种原因导致事故扩大的可能性。
因此，做好电网事故发生后的处理预案和电网一旦崩溃后尽快恢复的“黑启动”方案十分重要。
（6）加强电力系统计算分析和仿真试验工作
坚持做好电力系统的计算分析和仿真试验工作。
通过事故预想分析，找出系统中存在的薄弱环节，对可能发生的事故作好预案，这对于防止大面积停电事故的发生是十分重要的。
（7）做好电力市场条件下的互联电网发展关键技术研究
目前我国电力体制改革进一步深化，西电东送、南北互供和全国电网互联工程逐步展开。
为了适应这种情况，应加强电力市场条件下的互联电网运行关键技术研究，包括：新电力体制下的电网运行规则、电网互联格局和方式、厂网协调运行、电网安全稳定特性和监测控制技术、系统调压控制技术和提高电压稳定性的控制措施、电力系统负荷模型的研究与完善、发电机组励磁系统及PSS、调速器及原动机模型及参数的研究与实测等等，并提出新形势下确保系统安全稳定运行，避免大面积停电事故的新技术和新措施。
