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【思考】欧洲大停电分析

       当地时间4月28日中午,西班牙和葡萄牙发生了大规模停电事故,两国多个地区的电力供应中断,波及超过5000万伊比利亚半岛民众,交通、通信、医疗等关键领域受到影响,马德里网球公开赛因停电被迫暂停,周边法国、意大利等国亦受影响。

       截至发稿,西班牙、葡萄牙电力供应尚未恢复,停电原因尚不明确。

       据西班牙国家电网公司Red Eléctrica官网的运行数据显示,当天中午十二点半左右,西班牙电网负荷从大约2500万千瓦骤降至约1400万千瓦,随后一小时内进一步下降至约1000万千瓦,截至发稿,负荷缓慢恢复至约1200万千瓦,仍有大量电力供应没有恢复。

                                西班牙电网负荷变化图来源:西班牙国家电网公司官网

        西班牙国家电网公司Red Eléctrica表示,恢复西班牙全国电力供应可能需要6小时至10小时,但停电原因目前尚未确定。Red Eléctrica在社交网站上发表公开消息称,“我们开始恢复北部和南部半岛的紧张局势,逐步满足电力供应的关键。”主管爱德华多·普列托(Eduardo Prieto)对媒体称,这次停电史无前例(unprecedented),异常且非同寻常(exceptional and extraordinary)。

       在西班牙巴塞罗那生活的当地华人赖忆告诉《财经》,中午十二点半左右,正在厨房做饭时发现突然停电,走出家门后发现整条街道都停电了,起初以为只是一条街受影响,后来发现城市几乎全部瘫痪,店铺都关门了,公交车站牌不再显示信息,地铁也停运了。

       赖忆在巴塞罗那最繁华的感恩大道看到,红绿灯停止了工作,交警在十字路口维持秩序。她的手机从停电时就没有信号,到下午两点多依然没有恢复,暂时依靠街边服装店的Wi-Fi和外界取得联系。

       正在西班牙莱昂旅行的中国游客刘女士告诉《财经》,十二点半左右发生了停电,当地教堂景点的工作人员开着手机的手电筒售票,公交车也停运了,手机没了信号,直到一个多小时后才恢复,但信号依然很不稳定,时断时续。

        莱昂作为旅游城市,突然的停电打断了许多游客的出行计划,刘女士告诉《财经》,自己听说火车停运,因此决定在当地多待一天,而入住的酒店已经接近满房,有后来的游客来询问房间,酒店已经无法接待。也有其他游客所住的酒店因为停电,大门无法上锁,前台还在苦恼晚上如何看门。

        据媒体报道,停电后,马德里和里斯本的地铁站紧急疏散人员,商店和公共场所关闭。医院转用备用电源,机场和地铁系统也出现了重大干扰。通信服务的中断也是此次停电事件的重要后果之一。大范围的停电导致移动通信网络出现问题,尤其是语音通话功能受限。

        通信受限的影响还在持续,据网络分析平台Cloudflare Radar的数据,停电后,葡萄牙的网络流量下降了多达30%,西班牙下降了37%。虽然部分地区的互联网数据服务在一定时间后恢复,但整体通信能力仍受到限制。

                          西班牙网络流量在停电事故后骤降来源:Cloudflare Radar

       西班牙首相佩德罗·桑切斯访问了国家电网控制中心,承诺动用所有资源迅速解决问题。葡萄牙政府也召开了紧急会议,评估局势并采取应对措施。西班牙马德里自治区主席阿尤索(Isabel Díaz Ayuso)要求政府启动3级应急响应,以便军队在必要时能够维持秩序。

       周边国家亦受影响,但事故暂未扩展至欧洲大陆。法国输电公司RTE在社交网站发布信息表示,当地时间12点38分,伊比利亚电网与欧洲电网断开链接,至下午1点30分,法国和西班牙加泰罗尼亚地区之间400千伏线路恢复供电,巴斯克地区法国境内的家庭停电了几分钟,但已经恢复供应。目前法国电网对西班牙实现了700兆瓦电力供应,一旦伊比利亚电网恢复,电力供应将增加至950兆瓦。

        事故的原因尚未明确,欧盟委员会表示,正在与西班牙、葡萄牙和欧洲电网运营商联系,以了解事件的根本原因和影响。

       为什么停电?

       葡萄牙方面认为,此次停电的源头在于西班牙。

       葡萄牙国家电网公司(Redes Energéticas Nacionais,REN)负责人康塞桑(João Faria Conceição)表示,由于西班牙时间比葡萄牙早一小时,该国每日上午都会从西班牙进口电力,西班牙太阳能发电厂生产的电力比葡萄牙国内发电更便宜。葡萄牙因此受到停电影响。

       西班牙国家电网运营商Red Eléctrica服务总监普里埃托(Eduardo Prieto)证实,电网出现“剧烈波动”,导致西班牙与欧洲大陆电网断开,引发系统崩溃,但并未透露具体原因。

       葡萄牙国家电网公司REN认为:“由于西班牙内陆地区极端温度波动,400千伏高压输电线路出现异常振荡,这种现象被称为‘大气诱导振荡’。这些振荡导致电力系统同步故障,进而引发欧洲互联电网的连锁扰动。”

       桑切斯则在当晚的发布会上表示,“造成这一情况的原因尚不明确”,具体原因仍在调查中,呼吁公众不要进行过多猜测。

       气象数据显示,当地时间中午至下午1点期间,西班牙南部气温急剧上升。不过,伦敦政治经济学院环境经济学助理教授贾维斯(Stephen Jarvis)认为,天气并未异常,系统故障更可能是罪魁祸首,供需失衡导致供电中断。这将停电原因指向西班牙的电网设施。

       能源数据专家蒙特尔公司(Montel)董事休伊特(Phil Hewitt)表示,西班牙高比例使用风能和太阳能,且与邻国连接有限,这可能使其难以应对电力波动。

        长期以来,由于与法国及其他欧盟国家之间的电网跨境连接较少,而西班牙和葡萄牙的电力系统高度互联,这两国一直被称为欧盟的“能源孤岛”。能源咨询公司Rystad资深电力分析师拉姆达斯(Pratheeksha Ramdas)也称,西班牙与法国的有限交易容量“在大型扰动期间限制了快速响应能力”。

        欧盟委员会长期以来一直希望改变这一现状,强烈鼓励欧盟各国建设更多互联线路。官员们认为这将提升能源安全并促进跨境电力流动。马德里、里斯本和巴黎已多次表示愿意推进该计划,但进展缓慢。欧盟能源监管还合作局去年警告称,西班牙和法国在巴斯克地区的互联项目释放的电力传输容量不足。

                        事故发生时西班牙电力结构示意图来源:ENTSO-E

       欧洲输电系统运营商联盟(ENTSO-E)发布的数据显示,在事故发生前,西班牙电力系统中光伏发电占主导地位。此前在4月16日,西班牙历史上首次实现100%的可再生能源供电,风电、光伏和水电满足了当天西班牙的全部电力需求。但随着新能源装机比例的不断扩大,其给电网安全运行带来的风险正引起更多关注。

        但对于重新恢复供电,电气分析师约翰·肯普也指出:“没有人尝试过在像伊比利亚这样高度依赖可再生能源的电网中进行黑启动。有限的热电机组将使恢复速度和频率控制变得困难。”

       此外,如果过快地连接大量负载,这些“岛屿”可能会使发电机过载并再次崩溃。向电网注入电力的速度也必须控制,因为如果速度过快,电力系统可能会再次不稳定。

        英国电气工程师西蒙·加拉赫表示,西班牙电力系统的一个问题是太阳能发电没有惯性,也就是说,它无法帮助稳定频率,这是必不可少的要求,也无法启动已断开的电网。因此,必须依赖天然气和煤炭发电厂,它们必须在没有其他帮助的情况下自行启动,这是一个缓慢且资源密集型的过程。

       ----------------

事故分析:

       事故发在中午12:45分,正是光伏大发时段, 常规机组已全部退出,100%由可再生能源供电。这时系统转动惯量基本为0,且失去一次调频和电压支撑(励磁),若系统发生任何N-1故障,如线路或变压器过载跳闸,则系统无法自动调节,必然崩溃。

        相比较于以煤电等为主的传统能源,可再生能源占比高的电网抗干扰性较差。“在一个由大型旋转机械(燃煤电厂、燃气轮机、核反应堆)主导的传统电网中,即使是来自恶劣天气的小干扰,也会被系统的纯粹物理惯性所吸收和消除。发电机沉重的旋转质量就像一个减震器,抵抗频率的快速变化,稳定电网。”美国加州的资深能源记者谢伦伯格(Michael Shellenberger)4月28日在社交平台撰文指出,但在一个由太阳能电池板、风力涡轮机和逆变器主导的电力系统中,几乎不存在物理惯性。以逆变器为基础的系统在现代可再生能源电网中占主导地位,虽然精确但也很脆弱。它们遵循电网的频率,而不是抵制突然的变化。

        在传统电网中,大型旋转机械确实起着重要的稳定作用。以下是对其原理的进一步解释:

  • 物理惯性的缓冲作用:大型旋转机械具有巨大的物理惯性。当电网受到如恶劣天气等因素引起的小干扰时,这种惯性使得发电机的旋转速度不会立刻发生明显变化。就像一个高速旋转的陀螺,由于其惯性,不容易受到轻微外力的影响而改变旋转状态。
  • 频率稳定机制:发电机的旋转速度与电网的频率紧密相关。大型旋转机械的旋转质量充当减震器,能够抵抗频率的快速变化。当电网负荷突然变化或出现其他干扰时,旋转质量的惯性会使发电机的输出频率保持相对稳定,避免频率大幅波动,从而稳定电网。例如,在燃煤电厂中,大型汽轮机的旋转质量很大,能够在电网出现小扰动时,维持电网频率在正常范围内。
  • 能量储存与释放:旋转机械在旋转过程中储存了大量的动能。当电网需要额外的能量来应对负荷增加或其他扰动时,旋转质量可以通过减速释放部分动能,为电网提供短期的能量支持。相反,当电网能量过剩时,旋转质量可以吸收多余的能量,通过加速来储存能量,起到平衡电网能量的作用。

   除了大型旋转机械,以下技术也可以提高电网的稳定性:

  • 灵活交流输电系统(FACTS)技术
    • 静止无功补偿器(SVC):能快速调节无功功率,维持电压稳定,增强电网的电压稳定性,提高输电线路的输送能力,阻尼功率振荡。
    • 静止同步补偿器(STATCOM):基于电力电子技术,动态响应速度更快,能更精确地控制无功功率,在改善电能质量、提高电网稳定性方面效果显著。
    • 可控串联补偿器(TCSC):通过调节串联电容的容抗,灵活控制输电线路的阻抗,提高电力系统的暂态稳定性和输电能力,有效阻尼功率振荡。
  • 高压直流输电(HVDC)技术
    • 功率快速调节:可以快速、精确地控制直流输电的功率大小和方向,在电网出现故障或功率不平衡时,迅速调整输送功率,实现电网的功率平衡和稳定运行。
    • 异步互联:能够实现不同频率交流电网之间的异步互联,避免交流系统之间的故障传播,提高电网的可靠性和稳定性,增强电网应对大规模故障的能力。
  • 电网自动化与智能控制技术
    • 能量管理系统(EMS):实时监测电网的运行状态,进行发电计划制定、负荷预测、调度决策等,通过优化调度实现电网的经济、稳定运行,及时发现并处理电网中的异常情况。
    • 分布式电源智能控制系统:对分布式电源进行有效的控制和管理,使其能够根据电网的需求调整出力,参与电网的电压和频率调节,提高分布式电源接入后的电网稳定性。
    • 智能变电站技术:实现变电站的自动化控制、保护和监测功能,具备更高的可靠性和灵活性,能快速响应电网故障,实现故障的快速隔离和恢复供电,提高电网的稳定性和供电质量。
  • 储能技术
    • 电池储能系统:如锂离子电池、铅酸电池等,可在电网负荷低谷时充电,在负荷高峰时放电,起到削峰填谷的作用,平滑电网功率波动,提高电网的稳定性和可靠性,还可用于电网的调频、调压等辅助服务。
    • 液流电池储能:具有储能容量大、循环寿命长、充放电效率高等优点,适合大规模储能应用,能在电网出现功率缺额或过剩时,快速进行能量的释放或存储,稳定电网运行。
    • 飞轮储能:利用高速旋转的飞轮储存动能,在需要时将动能转化为电能释放到电网中,响应速度快,可用于电网的短期功率调节和稳定性控制。
  • 柔性直流输电(VSC - HVDC)技术
    • 自换相能力:采用可关断电力电子器件,具有自换相能力,无需依赖交流系统的换相电压,能够独立控制有功和无功功率,对受端系统的电压和频率支撑能力强,提高了电网的稳定性。
    • 多端直流输电:便于构建多端直流输电系统,实现多个电源点和负荷中心之间的灵活互联,增强电网的灵活性和可靠性,在新能源接入、城市电网供电等方面具有独特优势,有助于提高电网的稳定性。

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JCRQ1河马算法+消融实验!HO-CNN-LSTM-Attention系列四模型多变量时序预测,作者:机器学习之心

JCRQ1河马算法消融实验&#xff01;HO-CNN-LSTM-Attention系列四模型多变量时序预测 目录 JCRQ1河马算法消融实验&#xff01;HO-CNN-LSTM-Attention系列四模型多变量时序预测预测效果基本介绍程序设计参考资料 预测效果 基本介绍 基于HO-CNN-LSTM-Attention、CNN-LSTM-Attent…...

vue elementui 去掉默认填充 密码input导致的默认填充

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Android学习总结之设计场景题

设计图片请求框架的缓存模块 核心目标是通过分层缓存策略&#xff08;内存缓存 磁盘缓存&#xff09;提升图片加载效率&#xff0c;同时兼顾内存占用和存储性能。以下是针对 Android 面试官的回答思路&#xff0c;结合代码注释说明关键设计点&#xff1a; 一、缓存架构设计&…...