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。
（2）8月14日17点15分，在加州外部电网也无法支援的情况下，加州电力调度控制中心启动需求侧响应，相关用户根据市场约定规则，自愿减少用电约80万千瓦，来保证发用电平衡。
（3）8月14日18点36分，因事故备用已经低于6%，区外用电需求因高温无法支援，加州电力调度控制中心启动三级紧急状态，按比例切负荷50万千瓦；18点46分，再增加50万千瓦切负荷量；下午7点56分，负荷全部恢复，期间中断用户超过40万，持续了大约一个小时。
（4）8月15日下午因风电出力大幅波动，需要其它发电机组快速升降出力保持供电平衡，17点10分至18点05分，由于机组调节速度跟不上，加州电网交换缺口达到142万千瓦；18点25分，事故备用又低于6%，加州电力调度控制中心再次启动三级紧急状态，按比例切负荷47万千瓦，18点47分，负荷全部恢复， 期间超过20万用户受到影响。
3 “8.14”大停电事故原因分析
（1）美国各地区电网独立运营，停电事故发生时，各地区之间缺乏及时有效的信息交换，难以对突发状况统一指挥，并做出迅速响应。
（2）加州电网难以适应新能源发展需求。加州负荷峰值通常是从下午晚些时候开始的，这恰好是太阳能日供量开始下降的时段。与水火电机组相比，风光发电等新能源大量接入，降低了大电网等效转动惯量和抗扰动能力，影响电网安全稳定运行。
（3）因天气炎热、疫情等居家因素，加州用电需求陡增，进一步加剧电力供需矛盾。
加上美国西部持续高温，限制了加州通过从其他州输入电力来弥补其能源短缺的能力。
4美国加州大停电带来的启示
（1）电网分散难以优化配置。如前所述，美国电网由东部电网、西部电网和德州电网过程，多数变电站和线路都属于私营公司。美国加州电网系统亦是如此，线路及变电站管理负责，电网物理连接薄弱，没有统一的调度中心，各运营商管理的电网之间无法实现信息共享，出现事故时，容易出现推诿责任的情况，缺乏对整体电网的掌控。对突发的尖峰负荷、大规模停电等状况，无法实现统一调度、迅速响应。
（2）管理无序难以协调一致。从负荷预测到各运营企业间的沟通合作，再到危机处理的速度，不难窥见，加州电网管理制度的混乱。加州电力监管系统主要由加州能源委员会（负责需求预测）、加州公共公用事业委员会（负责需求响应，同时掌管公用事业买卖）、加州独立系统运营商（负责电网运营）等三方构成，没有实现统一管理。美国加州8月的持续高温带来的用电需求激增以及短时间内无法迅速调度电力资源等都是导致这次加州停电的原因。此外，加州电网没有能安全稳定地跨区域远程输电的直流输电技术，资源调度很大程度依靠电力市场“就近买卖”。周边地区的电力资源通过竞标的方式进入加州电力市场实现短期电力供需平衡。但由于没有签署长期合同，因此，当周边地区也出现电力短缺时，加州能源就供不上了，能源供应链断了，能源缺口只会越来越大。
（3）电力设施老旧满足不了需求。美国能源部的一组数据显示，美国70%的输电线路和电力变压器运行年限在25年以上，60%的断路器运行年限超过30年。由于联邦政府资金不足，滞后的基础设施建设不仅无法满足民众日益增长的用电需求，在遭遇突发状况时，电网设备老化的问题也一览无余。以加州最大的公用事业公司太平洋电气公司为例，其业务涵盖加州三分之二的地区。近年来，加州北部接连发生重大的森林火灾， 太平洋电气公司因“电力设备老化”“电线短路”等问题，一度被外界视为“火灾元凶”。
（4）电网难以适应新能源发展需求。
近几年，加州电网清洁能源发展快速发展。2018年，加州签署的气候法案中规划2026年可再生能源供电将占全州供电的50%；2030年之前，该比例将提高到60%；到2045年年底，要实现全行业的100%可再生能源和零碳能源供电。新能源看似为加州电网提供了不少支撑，然而以太阳能为首的新能源可能造成时间维度上的供应缺口。加州负荷峰值通常是从下午晚些时候开始的，这恰好是太阳能日供量开始下降的时段。供需时间的不匹配对于加州电网是一个可预见但是还亟待解决的问题。
5对电网安全运行的思考
（1）要做好电源和电网的统一规划和建设，加强输电通道中间支撑和受端系统的主网架建设，电网结构要进行合理的分层分区。???
（2）加快能源转型，支持电动汽车等新型负荷发展，推进风电、光伏、储能一体化，实现源网荷储协调发展，平滑风、光等新能源出力曲线，减少火电调峰压力。
（3）电网结构较为薄弱的地区对二次继电保护和安全自动装置的依赖度较高，为避免在事故发生引起连锁反应，造成更大范围的停电事故，需要发展科学、先进、可靠的继电保护和安全自动装置，将非故障区域与故障区域精准隔离。
（4）加强电力系统自动化新技术的研究与应用。利用计算机、通信技术，借助发达的网络系统，通过自动化的计算机系统进行信息数据的传输、共享、整理和管理，实现电力系统运行全过程检测和控制，及时掌握电网运行时的电压、周波浮动频率等数据，全面监控电网运行的状态，避免意外事故的发生，同时做好事故发生时的应急准备，保证整个电网始终处于良好的运行状态。通过不断发展电力系统自动化新技术，改善电力技术发展水平，减少电力事故发生，保证电力系统的安全稳定性。
参考文献
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[2]陈海波.国内外城市大面积停电分析及启示[J].广东电力,2008年2月:3439.