美加8.14大停电“初步分析与各方评论.doc

“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 MWNERC2002年夏季装机电 网损失分区最大负荷容量负荷MAAC5257064000PJM电网（宾西法尼亚州、新泽西州）4200ECAR96330122990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）1300010020000NPCC101150133460新英格兰电网（台萨诸塞州和康涅狄格州）纽约电网（纽约州）250022000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；15：4115：46，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，截止日：（事故发生后72h49min）表2 美国、加拿大电网事故恢复情况电 网事故发生8月16日11：008月17日17：008时14日16：118时14日19：308时15日5：00损失负荷恢复负荷恢复比恢复负荷恢复比电网运行恢复正常；大多数事故中停产的机组已恢复运行，受发电容量限制，实行分区轮流停电。除密电码歇根-安大略线外，所有的输电线路已恢复运行，大多数机组已恢复运行，仍有21台机组未投入运行，不再实行分区轮流停电。/MW/MW1%/MW1%PJM电网420080019.0400095.2中西部电网1300000.0770059.2魁北克水电系统1004040.0100100.0安大略电网2000000.0850042.5新英格兰电网250050020.0240096.0纽约电网2200000.01840083.6总计6180013402.24110066.5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-WestISOAEP 、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）保护装置和安全装置可靠性不高 停电地区的保护装置和安全自动装置可靠性不高，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5001000亿美元，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。3.3运行调度不统一美国电力系统电各区域的分系统组成，区域内各系统运行自成体系，系统间采用协议运行模式，相互间缺乏经常性的沟通，没有统一的电网调度与管理机构协调跨地区电网，俄罗斯统一电力公司董事长丘拜斯认为，