2025从西班牙大停电看新型电力系统的内外生态势推演与安全防御

从西班牙大停电看新型电力系统的内外生态势推演与安全防御2025事故过程回顾与分析源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演新能源助力快速恢复0102030405

极端场景的主动防御06目录Contents事故过程回顾与分析源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演新能源助力快速恢复0102030405

极端场景的主动防御06目录Contents事故前系统网架及电源配置情况：（1）西-法双向输电能力均为380万千瓦，西-摩输电能力60-90万千瓦，与安道尔仅有部分低压线路互联欧洲电网间互联程度低火电,3243,27%水电,2034,17%太阳能,2905,24%核电,712,6%风电,3093,25%生物质能,71,0%其它,130,1%事件发生当日的发电电力结构为：太阳能占比55%，风能10%，核能10%，水电近10%，但西班牙政府表示该能源结构在过去几年中保持了安全运行，故障非高比例可再生能源诱发。恢复过程中的限制：西班牙储能容量仅2.1GWh（占电力需求0.3%）停电当日风电出力低（从8GW降至1.2GW)事故过程回顾4月28日，西班牙、葡萄牙发生遭遇欧洲近年来最严重的大停电事件，影响伊比利亚半岛5000万人，停电区域波及法国南部，对经济社会正常运转造成严重影响。本次事件中，西班牙在5秒内损失了15GW用电负荷，相当于全国60%的电力供应，西班牙一度进入国家紧急状态。停电直至4月29日11时恢复，停电时长接近23小时。阶段0（9:00–12:00）：电压不稳定4月28日早上以及之前的数日内，系统出现了包括剧烈波动的电压不稳定现象。尽管整体电压值未超出操作规范范围，但从06:00起就出现波动趋势，特别是在09:00后振荡加剧，09:02系统频率出现-148mHz偏移，系统虽仍保持在操作规定范围内，但电压不稳定已显著并引发部分运营商关注。西班牙-葡萄牙大停电事故过程回顾阶段0

400KV输电网电压波动西班牙-葡萄牙大停电事故过程回顾阶段1（12:00–12:30）：系统振荡第一次振荡（12:03）频率0.6Hz，幅度70mHz，历时约4分42秒；引发南部与西部地区剧烈电压摆动，振荡范围甚至影响法国及德国；调整HVDC运行模式、增开5条400kV线路，但副作用是增加了电压。西班牙电网采取措施：与法国RTE协调减少互联输电、西班牙电网采取措施：继续执行网间出口限制，计划第二次振荡（12:19）频率0.2Hz，幅度200mHz，持续3分20秒；触发全国多个区域电压快速波动，振幅可达23kV；属于“欧洲自然振荡模式”之一（东-中-西部模式）；启动更多控制能力电厂，但未能在事发前完成，该措施进一步导致了电压上升。阶段1

第一次振荡（12：03）阶段2

第二次振荡（12：19）西班牙-葡萄牙大停电事故过程回顾阶段2（12:32–12:33:18）：过电压导致发电损失电网电压线性上升至420

kV以上，分布式和大型机组累计脱网525

MW，其中317

MW为≤1

MW分布式。12:32:57：西班牙南部电网出现第1次机组脱网情况，电网频率突降约0.03Hz，之后维持在49.95Hz左右；12:33:16.5：西班牙南部电网出现第2次机组脱网情况，电网频率突降约0.05Hz，之后维持在49.9Hz左右；12:33:17.8：西班牙南部电网出现第3次机组脱网情况，电网频率突降约0.05Hz；至此，西班牙电网电源脱网量总计220万千瓦，引发西班牙、葡萄牙电网频率下降和电压上升。格拉纳达跳闸前后系统演变变压器跳闸时线路保护继电器示波图西班牙-葡萄牙大停电事故过程回顾阶段3（12:33:18–12:33:30）：系统崩溃直至零电压发电损失引发频率下降和电压异常扩展，局部失控传导至全网。电压升至部分节点450kV以上；进一步引发逆变器保护动作，导致更多发电单元脱网；从西南向东北部呈“级联崩溃”态势，系统无法恢复平衡。最终，全部电压归零，西班牙与葡萄牙电网自欧洲大陆同步电网中断连接，进入“全停状态”。12:33:18~12:33:21：西班牙、葡萄牙电网频率持续跌落至48.0Hz，触发西班牙和葡萄牙触发低频减载动作；12:33:21：西班牙-法国交流联络线失步保护装置动作，西葡电网与欧洲主网解列；12:33:24：西班牙、葡萄牙电网崩溃，西班牙与法国的直流线路停运。事故时段频率分析曲线事故前系统振荡阶段4（4月28日12:33:30–4月29日14:36）：供电恢复通过国内机组渐次并网和跨国互联最大化进口，至5月29日早7:00恢复99.95%负荷，14:36完成所有技术工作。西班牙-葡萄牙大停电事故原因分析根据西班牙电力危机分析委员会报告，事故原因分析主要归纳为以下三点：系统整体电压调控能力表现出明显不足。首先，事故发生前一日（即4月27日），调度部门虽已按照计划安排了10座具备动态电压调节功能的同步机组在次日（28日）并网运行，但实际投入运行的数量创下年度新低，导致系统初始电压支撑能力偏弱；其次，部分按照调控目标被激励性并网、具备电压调节义务的机组，未能有效响应调度中心下发的降压控制指令，甚至出现无功输出方向与要求相反的情况，从而在关键时段进一步推高系统电压，削弱了调控措施的实效性。西班牙、葡萄牙电网和欧洲电网互联情况西班牙-葡萄牙大停电事故原因分析（2）系统振荡问题进一步干扰了电压稳定控制。首轮显著振荡起源于伊比利亚半岛某局部电源，其扰动传播导致系统拓扑结构被迫调整，从而增加了电压调节的复杂度；第二次振荡发生后，调度机构虽计划启用一台对电压支撑具备关键作用的机组，但受制于起动条件及响应时间，该机组未能在系统解列前实现并网运行，错失了关键支撑窗口。（3）多个发电机组在事故演进过程中脱网，且部分跳闸行为存在合理性疑问。一方面，有机组在输电网电压尚处于规定运行范围（通常为380kV至435

kV）时即发生解列，反映出保护动作可能过于保守；另一方面，亦有机组在系统电压短时突破保护限值后才被迫脱网，表明其耐受特性或保护设定边界不足。在未实施时间延迟与电压容差机制的条件下，这些不当脱网行为放大了电压扰动的连锁效应。事故发生前系统两轮振荡欧洲互联电网低频减载策略各方观点围绕备用及控制哪个是主因争论不休事故过程回顾《关于2025.4.28电力危机的分析报告》1）系统电压调节能力不足。4月27日，运营商仅安排10座常规发电厂于次日投入运营，且1座发电厂发生停运，系统未安排电厂进行替代。故障时部分电厂没有及时响应甚至错误响应电压调节操作；

2）伊比利亚半岛一个电厂导致电网发生电压波动3）电厂低电压穿越策略导致脱网，事故范围扩大国家安全委员会（6月17日）《Blackout

in

panishPeninsular

Electrical

Systemthe

28th

of

April

2025》系统故障前出现多次振荡，为某光伏电厂导致，系统按规则抑制了振荡；故障发生时，配网变电站发生非计划性脱网，多个变电器未正确调整分接头，导致无功上升无法抑制；

并非系统配置不当，而是系统电厂未能跟踪系统指令国家电网运营商REE（6月18日）第三方测试报告-未公布支持政府结论，停电是由于REE错误计算导致的电厂联盟Aelec（6月23日）故障发生前多次产生不同性质的低电压问题电压波动：11:04-09，部分变压器误动作，REE怀 疑为设备未能完成规定动作的前兆，系 统出现多次0.2Hz振荡，但都在系统安全 范围内。振荡加剧：故障发生前，电力系统频繁（12:03， 12:19）出现0.2Hz及0.6Hz的低频振荡问 题，系统电压跌幅超30kV，多种管控措 施被实施，降低了系统吸收无功（抑过 电压）的能力。REE声称为南部一

250MW光伏电站导致事故过程分析事故过程分析1）电网调度中心始终未能完全掌握系统的响应情况REE在处理措施时仅依靠电压、频率等若干指标，在实时运行中未给出可信的0.2Hz振荡来源，且在事后分析中其颗粒度仅下沉到变电站侧，对12:22等时刻出现的负荷激增现象未进行深入分析；报告中出现多次系统变压器未按规定动作进行响应；系统在12:22安排两台启动超1小时的燃气机组提供无功支撑，未能及时补充电压服务。2）输电网和配电网之间协同能力低下中光伏、风电场采用固定功率因素角控制，系统无功支撑仅靠火电、燃气等少量机组支撑。3）对未来系统风险缺乏认知事后证明，系统采取的多次采用相同的抑制振荡措施（降联络线、脱开并联电抗器），实际降低了系统的电压稳定防御能力，叠加设备故障导致过电压脱网。REE在事前策略整定时缺乏足够风险认知。4）缺乏更灵活的主动防御能力系统措施单一，在低频振荡抑制采用单纯切功率策略，在出现过电压问题时各机组动作间缺乏协调，导致故障范围不断扩大。5）黑启动电源缺失全网仅配置有3GW的水电机组作为黑启动电源，联络线传输极限低，耗时约15小时才恢复供电P.O.

7.4

regulatesRoyal

Decree

413/2014看的清控的顺算的准防的全启的快源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演极端场景的主动防御新能源助力快速恢复事故过程回顾与分析源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演新能源助力快速恢复0102030405

极端场景的主动防御06目录Contents新能源场站运行方式固定为功率因数控制，无法根据电网实时状态，切换控制模式，支撑电网安全稳定运行Due

to

their

location

in

the

southern

region,the

reduction

in

load

on

the

transmission

lines

toward

France

affects

agreaternumberoflines,thereby

exerting

a

moresignificant

impacton

systemvoltage.These

are

plants

withinthe

RCW

group

that

comply

with

Royal

Decree

413/2014,wherevoltage

control

is

based

on

power

factor,with

reactive

power

absorption

proportional

to

the

active

power

generated.Therefore,when

active

powerproduction

decreases,reactive

power

absorption

is

also

de-

creased.4月28日，西班牙遭遇极端热浪，多地气温突破45摄氏度，用电负荷飙升至历史峰值。大规模发电功率损失，引起发电功率和负荷需求之间的不平衡，从而导致功率振荡。停电当天，西班牙风电、光伏出力波动，抽蓄及新型储能容量仅335.6万千瓦，常规可调电源占比过低，无法缓冲供需失衡。西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建具有电网稳定特性自适应能力的新能源参数优化1）新能源接入对功角稳定的影响根据加减速功率变化量的正负得到解析判据，不同系统参数，对应三种不同的影响结果（负面/正面/不定）。四个参数将不同接入场景划分为8个参数域，奇数编号的参数域可直接判定电力电子型电源接入对系统稳定性产生的影响；偶数编号的参数域不可判定，需要进一步进行详细分析。β101C区域5区域6区域7区域8区域1正面正面负面负面区域2

区域3不定区域4不定不定不定aM

–

β=

0wp1–

k

–

β=

0PG1

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βkwr

PL

–aM

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kwr

)PL

=

0PG1

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PL

=

0aM电力电子型电源接入可能导致：负面影响正面影响不定影响其他功角变化不同向加减速不确定简化和近似假设：直流潮流近似、两机系统等效故障期间��

≈�功角变化同向且加速功角变化同向且减速西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电源）kW

L

W

L

PCCk

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新能源近区节点电压Zk=Rk+jXkSL=PL+jQLIk..Ek.UPCCW并网点电压：U

PCC

=E

k

–(Rk

+j

X

k

)I

并网点注入系统的功率方程：具有电网稳定特性自适应能力的新能源参数优化2）新能源接入对电压稳定的影响对于高比例新能源并网后，严重交流故障下系统可能电压失稳，即使满足[10s,0.8p.u.]的电压稳定要求，若新能源并网点电压较长时间处于较低水平（低于0.9p.u.持续2s），会引起新能源脱网。若新能源无功支撑能力不足，会加剧电压失稳或脱网风险。典型场景新能源无功支撑不足导致电压失稳暂态电压失稳0.51.02.53.00.80.70.60.50.40.30.91.21.11.01.5

2.0时间/s电压/pu西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电源）典型场景1

2G1

G

2L1

L

2wP

PP

PPMM

M(ƒ

ƒ

P

=––

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T

M

M

(

12

)

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1 2

)

1(ƒ

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U

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x12

等值电磁功率极限等值机械功率abcdP0δ

a0δ

e213δ

δ

bdce1f

2

f

1δ

δ

emaxP

PT

fS减速面积Sdef电压跌落，等值电磁功率降低，减速面积减少新能源有功输出增大，等值机械功率增大，加速面积增大具有电网稳定特性自适应能力的新能源参数优化2）新能源接入对电压和功角耦合稳定的影响特别地，新能源与传统机组联合送出场景下，电压稳定问题和功角稳定问题耦合，电网电压跌落会导致送出通道最大电磁功率下降，相当于等值减速面积减小而威胁系统功角稳定性。若新能源有功输出较大，会导致等值机械功率较大，相当于等值加速面积较大而进一步增大功角失稳风险。加速面积西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电源）Δωr

1

(1–η)

MT

sΔPdmΔP(1–η)

Km

(1+

FHTRs)R

(1+

TRs)KLΔPa--ΔPLΔPW

=

0+

-计及电力电子型电源接入的系统频率响应模型s

+

1H

(s)

=1

TR(1–η)

MT

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2ωns

+

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1

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1

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K

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T

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()(+

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m

H

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η(()

)

02468

10

12time(s)频率偏差曲线1416182000.20.40.60.811.21.4f(Hz)K=0.1K=0.2K=0.3K=0.4K=0.5K=0.6K=0.7K=0.8K=0.9K=1K

=

1

−

y具有电网稳定特性自适应能力的新能源参数优化3）新能源接入对频率稳定的影响推导得到系统频率与功率缺额之间的闭环传递函数关系，进一步分析典型参数下的不同电力电子型电源接入比例对系统频率特性的影响，从频率偏差曲线来看，随着新能源渗透率的增大，系统的频率变化率、频率上升幅值以及稳态频率偏差均逐渐增大，而且是非线性增大的趋势。西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电源）并网点35kV并网点110kV光伏发电单元等值系统站内35kV机端0.4/0.69kV机端0.4/0.69kV35kV330/220kV站内35kV机端0.4/0.69kV并网点330/220kV750/500kV66kV站内35kV机端0.4/0.69kV并网点330/220kV750/500kV66kV光伏电站1光伏电站2光伏发电单元等值系统光伏电站3光伏发电单元等值系统光伏电站4光伏发电单元等值系统光伏汇集站2光伏汇集站3电网特高压直流22特高压直流故障主网交流故障光伏汇集站1

汇集站交流故障并网点/送出线交流故障（3）新能源控制参数对电网同步稳定性的影响规律以新能源接入电网的典型结构为例，如图光伏机组通过3/4级变压器连接至电网。系统的暂态稳定特性与新能源的故障穿越及恢复策略密切相关。西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电源）稳定问题关键参数电压稳定（电压失稳或暂态过电压）高/低电压穿越无功电流调整系数Kq高/低电压穿越无功电流最大限值Iqmax频率稳定一次调频系数kpf最大输出功率Pmax功角稳定低电压穿越有功电流比例系数Kp低电压穿越有功电流恢复斜率dI新能源控制参数对电网同步稳定性的影响规律西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电源）（3）新能源控制参数对电网同步稳定性的影响规律提出基于电网稳定性动态量化评估的新能源机组在线自适应优化控制方法，方法采用深度确定性策略梯度(Deepdeterministicpolicygradient，DDPG)算法，通过对电网场景不同新能源运行情况进行数据训练，实现新能源机组控制参数在线优化。012

3

4

56时间/s-20020406080100120140功角/°优化前优化后图14

火电机组功角曲线01

23

4

56时间/s00.20.40.60.811.2功角/°优化前优化后图15

WJ母线电压曲线01

2

3

4

5

6

7

8

9

10图19

WT时1间9/s

并网点电压曲线0.20.31.110.90.80.70.60.50.41.2电压/pu优化前优化后西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电源）离线辨识-小时级面向事故反演等离线应用场景最小二乘法+智能优化算法在线辨识-分钟级面向分钟级在线分析系统模式匹配+梯度校正在线校正-秒级面向秒级在线分析平台深度强化学习辨识效率提高电网层系统离线模型库生成在线模型模型及参数初始化模型关键环节/参数选取参数在线测辨校正设备层123电网模型参数辨识方法设想直流输电系统模型主导参数多时间尺度辨识框架首先依据不同需求确定合适的仿真模型，然后分析输电模型的主导环节和参数，最后通过对比仿真数据与实际数据，实现输电模型主导参数的多时间尺度辨识。西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电网）交直流互联电网环节-关键环节与主导参数将直流输电系统调节器不同的控制环节的启动条件作为判据，用以识别在不同场景下启动的关键环节；分析直流响应对关键环节内控制参数的时域轨迹灵敏度，判断具体场景下的主导参数。PSASP直流模型5型控制器控制环节关键环节判据主控一直启用VDCOLUd<Udhigh电流控制一直启用电压控制一直启用最小α控制Uac_R<K1_ra换相失败预测Uac_I<K_cf熄弧角控制一直启用γ0控制Ud<

0.6pu控制环节参数名参数灵敏度整流侧逆变侧熄弧角控制最大触发角控制增益0.092.80最大触发角控制时间常数0.095.95定电压控制定电压控制比例增益0.00.0定电压控制积分时间常数0.00.0最小触发角控制整流侧最小触发角控制角度下降速率0.00.0γ0

控制逆变侧γ0

控制启动延时时间0.00.0VDCOLVDCOL

电压上升滤波时间常数0.00.0VDCOL

电压下降滤波时间常数0.00.0定电流控制定电流控制电流滤波时间常数0.00.0定电流控制总增益3.060.0定电流控制比例增益258.380.0定电流控制积分时间常数948.790.0换相失败预测换相失败预测增益1492.250.0换相失败预测启动电压阈值0.00.0换相失败预测输出角度下降时间常数0.00.0西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电网）交直流互联电网环节-多时间尺度参数修正（分钟级）提出了基于改进进化策略算法的参数辨识方法离线辨识主导参数，在采用综合指标后，直流输电模型的主导参数离线辨识精度较高，相比于基于常规误差指标的参数测辨方法，具有更接近于实际模型的响应效果。参数评价辨识参数在可行域内随机生成主导参数组YN收敛?个体选择新种群生成交叉变异初始化仿真计算个体参数组的综合指标西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电网）说明参数相对误差熄弧角控制环节参数VDCOL参数定电流控制环节参数换相失败预测控制参数匹配参数10.66%18.77%20.75%25.16%18.77%22.15%20.75%17.87%校正参数3.64%14.16%18.91%18.94%10.80%13.43%8.79%13.07%匹配与匹配-校正参数辨识效果对比典型模式主导参数模式提取模式匹配样本生成离线仿真校正后的主导参数直流模型模式库直流模型场景数据库参数校正00.20.41190235230225220215210205200195时间/s逆变侧电压/kV待测逆变侧电压响应逆变侧电压响应(匹配参数)逆变侧电压响应(校正参数)0.6

0.80.090.10.11207.5208208.5209209.50.12

0.13

0.14

0.15时间/s逆变侧电压/kV待测逆变侧电压响应逆变侧电压响应(匹配参数)逆变侧电压响应(校正参数)交直流互联电网环节-多时间尺度参数修正（秒级）为实现在线辨识，提出了基于匹配校正的直流模型参数辨识方法，通过构建直流模型模式库，对待测辨响应进行模式匹配，匹配出典型模式参数，并进一步计算参数梯度，对主导参数进行校正以提升辨识精度。逆变侧电压响应对比28西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电网）29交直流互联电网环节-多时间尺度参数修正（亚秒级）提出了基于强化学习的直流模型参数在线校正方法，通过构建辨识结构，实现仿真环境与智能体的对接，采用DDPG强化学习方法，实现了对不同故障场景下直流模型参数的快速校正。基于DRL的直流模型参数校正方法直流输电系统模型DRL

Agent校正参数(P)

仿真数据(D)辨识模块接口模块动作/参数

奖励

数据/状态动作(A)

奖励(R)

状态(S)测试场景下直流电流响应对比测试场景下直流电压响应对比多场景训练，误差下降过程DRL

Agent在多场景训练集中训练完成后，对测试集中的场景进行参辨识，单步校正即可有效提高响应曲线拟合效果。西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电网）30辨识前后关键参数值直流电流响应对比直流电压响应对比交直流互联电网环节-测辨成效选取华中电网某直流落点近区故障进行仿真验证，直流输电系统模型测辨后暂态过程中直流电压、电流响应拟合精度明显提升，可以更好地反应直流输电系统动态特性。主导参数辨识前辨识后Kpvca2515.391Tivca0.0050.005Gain3040.047Kp2.83.629Ti0.0110.0128西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（电网）西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（负荷）16:0018:0020:0022:0024:0002:0004:0006:0008:001000200300空调功率(kW)16:0018:0020:0022:0024:0002:0004:0006:0008:00100500热水器功率(kW)16:0018:0020:0022:0024:0002:0004:0006:0008:004002000电动汽车功率(kW)16:0018:00

20:00

22:0006:0008:0024:00

02:00

04:00时间(h)2000400600总功率(kW)热水器电量(kWh)空调电量(kWh)

电动汽车电量(kWh)新型负荷出力随机性波动性较大综合负荷模型组成情况复杂多变含新型负荷的电力系统综合负荷模型，其内部分布式光伏、电动汽车、智能家电等多类型负荷出力的随机性和波动性较大，导致综合负荷模型中各类负荷的组成占比复杂多变，传统负荷模型分析方法难以适应这一新特征。负荷构成比例和变化情况如何？西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（负荷）某实际区域负荷模型典型参数辨识框架33基于改进量子粒子群算法（QPSO）的含分布式新能源等值模型参数辨识为验证所提策略，以某10kV节点典型线路为例，选取5组实际采集到的运行数据进行参数辨识。节点负荷拓扑图如左图所示，辨识框架如右图所示。根据上文灵敏度分析结果，本节主要辨识负荷模型中的３个构成参数，其他参数取典型值，QPSO算法设置与上文相同。负荷

模型参数实测

响应曲线故障类型、故障位置、持续时间故障时刻系统潮流分布暂态稳定仿真曲线10kv母线事件一事件三事件二辨识算法电力系统仿真模型S外部系统SS实际量测数据选取负荷构成及曲线拟合误差分析及算法修正10kv母线等值馈线高压母线分布光伏

充电桩

工业负荷某实际区域负荷构成拓扑民用负荷西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（负荷）基于改进量子粒子群算法（QPSO）的含分布式新能源等值模型参数辨识电气主接线图西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（负荷）综合考虑到负荷建模的可用性和实用性原则，将电网按电压等级划分层次，建立分类别、分区域、分层次的负荷聚合模型。对模型主导参数进行分层靶向聚合，建立不同电压等级的负荷分层聚合模型。不同时间断面下GEN1-110母线电压变化曲线分析系统结构图0.500.51

1.522.533.544.550.550.60.650.70.750.80.850.90.951额定5h实际5h聚合15h实际15h聚合-0.400.5

1

1.5

2

2.5

3

3.544.5

5-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.5额定5h实际5h聚合15h实际15h聚合不同时间断面下GEN1-110频率偏移变化曲线负荷模型实时变化，且与实际功率模型误差较小。西班牙大停电——看的清：源网荷实时模型构建（负荷）事故过程回顾与分析源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演新能源助力快速恢复0102030405

极端场景的主动防御06目录Contents看的清控的顺算的准防的全启的快源网荷实时模型构建主配微有序协同控制配网中大量无功注入主网，多区域间缺乏协同配网/微网中大量分布式电源出力下降无法被调度中心观测到配网变压器无法快速响应主网电压变化，分接头调节滞后，导致过电压。西班牙大停电——控的顺：主配微有序协同控制多元互动提升源荷储多元灵活资源的调配效率，最大程度发挥规模化调节资源的互动潜力，实现规模化灵活资源的协同互补和精细可靠调度。多层协同提升主配微各层级协调调控能力，支撑各层级间源网荷储资源的友好互动，融合边缘控制和计算，实现各层级电网一体化监视、分析、控制。多流耦合综合考虑能量流、信息流和碳流的多维度影响因素得到系统最优的调控策略，实现经济、低碳、精准调控。内/外生常规不确定性内/外生极端不确定性项目目标：建设主配微多层级协同的立体调度系统，并投入日常调度使用。基于主配微多层级资源的统一调度资源池，考虑内外生系统多维不确定影响，协同调用拓扑优化、机组控制等传统调度措施与虚拟电厂、负荷管理中心、储能、充电站等新兴主体，实现超大城市电网应对内外生不确定性、信息物理深度融合、极端风险场景的调度决策优化。内/外生常规不确定性内/外生极端不确定性调度对象：主配微一体化调度调度目标：安全、经济、低碳、保供、消纳调度等级：主网、配网、微网调度风险：稳定、市场、气象、网络、战争目标：建设主配微多层级协同的立体调度系统，并投入日常调度使用。基于主配微多层级资源的统一

调度资源池，考虑内外生系统多维不确定影响，协同调用拓扑优化、机组控制等传统调度措施与虚拟电厂、负荷管理中心、储能、充电站等新兴主体，实现电网应对内外生不确定性、信息物理深度融合、极端风险场景的调度决策优化。立体调度西班牙大停电——控的顺：主配微有序协同控制“源荷”调度资源范围层级当前可调容量(MW)2030可调容量（MW）电压等级资源种类主800018000±800kV±500kV±400kV特高压直流1200/500kV抽水蓄能860012600220kV煤电、气电24805480110kV气电配781108110kV集中式垃圾发电、小水电、光伏、储能微5002000380V分布式光伏7004000380V建筑楼宇空调、新能源汽车、5G基站、冰蓄冷空调系统等“无功”调度资源范围层级可调容量(MVar)2030可调容量（Var）电压等级资源种类主300670500kVSVG、STATCOM466600220kV144260110kV“拓扑”调度资源范围层级电压等级当前

线路数量2030线路数量当前变电站数量2030变电站数量主500kV3543911220kV22834069104110kV600850234334配10kV96631370099966142000主配微调度利用AI技术应对电力系统、电力市场、气象、网络、社会等内外生不确定性的高维调度决策问题。西班牙大停电——控的顺：主配微有序协同控制电力内外生系统多维不确定性耦合建模研究目标解决电力内外生系统的不确定性量化描述问题解决电网多层级多时间尺度在线状态感知问题解决海量异质资源调控能力特性统一评估问题①常规不确定性建模②极端不确定性建模➃主配微实时调度能力评估③在线状态感知①集中式资源最大调节潜力②分布式资源运行规律挖掘③多类型资源的交互影响➃主配微调度资源量化方法分布式资源的可响应能力建模用户画像和调控能力实时评估主配微立体调度协同效应实现考虑主配微各层级调度资源特点主配微多层状态参数联合优化机理引导的状态方程最佳似然估计多时间尺度数据融合技术典型极端事件集生成内外部系统耦合模型参数辨识历史事件统计分析半不变量法计算聚合概率密度函数状态变量相关性提取系统运行点聚类不确定性概率模型及参数不确定性量化

在线状态感知

调控能力评估42西班牙大停电——控的顺：主配微有序协同控制电力内外生系统耦合的主配微运行场景在线推演研究目标解决内外生系统耦合的电网不确定性参数实时生成问题解决多不确定性作用下电网态势演化路径概率推演问题解决主配微海量不确定性未来运行场景的智能分析问题①常规不确定性场景集构建②极端不确定性事件集构建➃主配微运行态势智能分析③多维不确定性电网运行态势推演基于主动学习的运行态势知识挖掘运行态势主导因素识别极端事件参数生成建立内外部要素关系矩阵复杂故障链逻辑推理高置信度电网故障集生成多系统耦合特性高性能仿真不确定性路径生成马尔可夫过程建模参数实时生成

演化路径推演

态势智能分析43西班牙大停电——控的顺：主配微有序协同控制多维不确定性下主配微立体协同智能调度研究目标解决多维常规不确定性下电网多目标优化调度问题。解决极端场景下的主配微多阶段协同应急调度问题。调度决策智能体 人机交互大模型电网实时状态感知 多维不确定性-时空图神经网络架构①常规优化调度智能体电网运行状态数据精调电网极端场景数据精调安全强化学习调度策略训练主配微序贯协同调度策略主配微立体调度大模型②应急调度智能体安全强化学习调度策略训练闭环控制模式专家引导模式安全审核机制自然语言理解智能体调用已有基础西班牙大停电——控的顺：主配微有序协同控制事故过程回顾与分析源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演新能源助力快速恢复0102030405

极端场景的主动防御06目录Contents看的清控的顺算的准防的全启的快源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演10:00-12:00出现多次价格负值，系统潮流发生巨大变化，系统电压发生显著波动2025年西班牙负电价时间预计达500小时，是2024年（247小时）的两倍。西班牙政府报告指出：有功的不断变动使得系统无功特性不断发生改变，而无功问题正式后续停电发生的核心原因。REE在12：00前未进行系统调控，声明电压等指标都位于合理的范围内西班牙国家安全委员会《关于2025.4.28电力危机的分析报告》Version

no

confidencial

del

informe

del

comite

parael

analisis

delas

circunstancias

que

concurrieron

en

la

crisis

deelectricidaddel

28

deabril

de2025（2025.6.17）西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演政府质疑REE未安排合理备用停电事故后成立的调查委员会认为此次停电事故主要由三个因素共同作用导致： 系统电压控制能力不足：根据西班牙国家电网公司(Red

Eléctrica

de

Espana,以下简称“REE”)的规划，4月28日接入的可以提供电压控制的机组数量不仅低于此前数月规划的平均水平，而且4月27日下午一台计划于4月28日发电的机组发生故障，但并未被替代。同时，事故当天有数座能够调节电压的发电厂，没有充分响应系统操作员降低电压的指令；有些发电厂甚至产生了与要求相反的无功功率(Reactive

Power)，加剧了事态的严重性。 发生振荡。这些振荡(首次出现的非典型振荡源自在伊比利亚半岛的一处电力设施)迫使电力系统进行调整，增加了稳定电压的难度。第二次振荡后，电网运营商要求启用一座能够帮助调节电压的电厂，但该电厂没有办法在电网全面崩溃前投入运行。 有一些发电机组疑似不合规脱网。一些发电机组的脱网发生在电压阈值超过法规规定(输电网为380千伏至435千伏)之前，另一些发电机组脱网则是在超过电压阈值后发生的。报告将停电事故归咎于发电厂和电网公司，因为一些传统发电厂，如核电厂和燃气电厂，在4月28日当天未能帮助电力系统维持电压水平。西班牙电网运营商Redeia(REE的母公司)总裁Beatriz

Corredor此前一直坚称在此次事故中电网公司没有过错。但调查结果认为REE在伊比利亚半岛大范围停电当天错误评估了电力容量需求。南方能源观察西班牙大停电调查报告公布，剑指发电、电网公司（2025年6月19日）西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演面向态势分析与安全防御能力提升需求，需刻画内外生不确定性与系统态势演化的耦合机理，提出多维不确定性态势推演方法，挖掘态势演化知识并态势趋优安全防御策略的在线生成。安全防御运行点调度安全域调整当前状态态势推演态势引导态势推演运行域扩散安全域变形运行域（常规不确定性）安全域（极端不确定性）西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演形成面向系统态势概率化演化的推演理论，为新型电力系统抵御内外生耦合不确定性安全事件提供理论依据。态势推演与安全趋优引导外生不确定性传导机制研究气象、市场、信息、交通等外生系统不确定性对电网内生系统不确定性传导机制不明晰。内生不确定性时序场景构建内外生不确定性共同作用下的电网状态变化、调控措施、运行约束的时序场景生成覆盖面不足。内外生态势推演与引导策略面向常规/极端不确定性事件安全防御需求，新型电力系统态势推演和趋优引导策略缺乏序贯决策优化。控制措施时间态势指标态势路径态概率小

大起点实时状态估计结果过程态势趋优调控策略结果态势推演结果不确定性时序场景新能源故障负荷新能源气象信息市场交通西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演Xi

∼

f(θi)ij

i

jC

(X

,

X

)=

ρiji,

j

=

1:

N调研预测概率分布形式Yk

∼

g(kk)ke

k

eC

(Y

,

Y

)=

ρkek,

e

=

1:

M依照相关性强弱对高相关性变量进行聚合，其规则为

Y=∑X,X∈

Ω(Y)1

M[yd,

…yd

],

pd∑pd

=

1d

=

1:

D按照相关性对独立的聚合样本进行组合，实现概率保全样本生成依照最大似然概率将聚合样本转化为原始样本概率模型（单断面）：使用相关性矩阵描述变量相关性；使用概率分布描述变量不确定性运行场景（单断面）：每个样本由各个变量的取值及该样本的出现概率表征；1245不确定性

表征调研建模变量聚合

不确定性建模聚合单元

高效状态抽样快速组合及缩减组合场景分解还原运行场景生成3按照聚合变量概率分布，实现独立聚合样本生成k

kYk=

{y

,

p

}for

k=1:M面向新型电力系统可再生能源、负荷等内外生变量不确定性维度的高维华，提出基于聚合分解的高维不确定性处理框架及相关关键技术。1

2

3

4

51

N[xd,

…xd

],

pd∑pd

=

1d

=

1:

D西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演为降低分析中的不确定性变量维度，提出基于地理位置与概率相关性的聚合变量分层分区方法，使得影响相似、变化相似的可再生能源场站、负荷等被合并为一个等效聚合变量；为保障聚合后系统不确定性特征得到保持，提出基于混合高斯模态分解的不确定性分布聚合方法，实现多维独立、相关任意分布的聚合概率分布模型的求解。相关性矩阵谱聚类输入15

0.

8664

0.

8709

0.

7785

0.

8586

1

0.

8399

0.

8213

0.

7125

0.

737

0.

7423

0.

6109

0.

6637

0.42341

0.

9065

0.

8808

0.

8756

0.

8664

0.

8641

0.

8606

0.

8467

0.

8131

0.

7828

0.

7538

0.

7039

0.

36637

0.

8606

0.

9483

0.

8976

0.

8796

0.

8213

0.

884

1

0.

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0.

8157

0.

858

0.

8098

0.

7547

0.

47756

0.

8641

0.

8671

0.

888

0.

8155

0.

8399

1

0.

884

0.

8814

0.

8991

0.

9272

0.

7885

0.

8523

0.

425213

0.

3663

0.

3982

0.

4274

0.

3212

0.

4234

0.

4252

0.

4775

0.

4014

0.

3524

0.

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0.

4095

0.

4857

11

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

1312

0.

7039

0.

7135

0.

7837

0.

6441

0.

6637

0.

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0.

7547

0.

7928

0.

7955

0.

8767

0.

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1

0.

4857

0.410

0.

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0.

7882

0.

8403

0.

71

0.

7423

0.

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0.

858

0.

8892

0.

829

1

0.

8136

0.

8767

0.

4908

0.511

0.

7538

0.

768

0.

8683

0.

6676

0.

6109

0.

7885

0.

8098

0.

8759

0.

8726

0.

8136

1

0.

7551

0.

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0.

8467

0.

8125

0.

8879

0.

7462

0.

7125

0.

8814

0.

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1

0.

8744

0.

8892

0.

8759

0.

7928

0.

4014

0.69

0.

8131

0.

7956

0.

8939

0.

7231

0.

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0.

8991

0.

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0.

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1

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0.

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0.

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0.

35240.74

0.

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1

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0.

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0.

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0.

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1

0.

8945

0.

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0.

8671

0.

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0.

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0.39820.93

0.

8808

0.

8945

1

0.

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0.

7785

0.

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0.

8976

0.

8879

0.

8939

0.

8403

0.

8683

0.

7837

0.42741相关性变量不确定性聚合不确定性分布模态分解模态分解和混合高斯表征聚合与原始变量参数映射关系不确定性聚合模型求解KP(X)

=

Σπk

k

(X;μk

,Σ

k

)k=1dμk,Y

=

Σµk,ii

=1d

d

j–1σ2

=

ΣK

+

2ΣΣKk,Y

k,ii

k,iji

=1

j

=2

i

=1KP(Y

)

=

Σπk

k

(Y

;μk,Y

,Σ

k,Y

)k=1地理位置/行政区域初步划分按照地理位置/行政区域初步划分相关性矩阵谱聚类分区根据内外部因素动态调整分区西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演作为不确定性下系统态势推演的基础，提出基于搜索排序树算法的独立变量组合场景按概率排序及快速生成方法，实现对系统不确定性特性的场景化刻画；进而提出了基于分布

矩阵重组的快速场景缩减策略，可实现百维变量下的相似场景合并，降低冗余计算。排序树模块�1��3�N�1��3�NC1C

C3CN��C排序得最值扩展节点选择节点联合概率密度矩阵目标序列离散化

Y

=

(x1,

x2,

⋯,

xN)

∈

Ω�,

Xk~�k,

k

=

1~N分布矩阵重组流程分布矩阵重组前需将概率矩阵矩阵按列降序排列。西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演针对关键风险场景，提出了基于条件生成网络的概率分解方法，实现从低维系统到高维系统的依概率还原。聚合关系不变概率特征保全1

2x

+

x

=

y*x1*1

1

2f

(x

;

x

+

x

=

y

)Niix

~

P

(x;

y

=

y*

), where

:

y

=

Σ

x约束1:聚合关系不变x2约束2:概率分解还原光伏站1光伏站1光伏站3光伏站4功率(p.u.)功率(p.u.)概率密度概率密度概率密度概率密度西班牙大停电——算的准：内外生系统态势推演事故过程回顾与分析源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演新能源助力快速恢复0102030405

极端场景的主动防御06目录Contents看的清控的顺算的准防的全启的快源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演极端场景的主动防御新能源场站广泛分布，网络安全风险依然存在。大停电发生后，气象因素也成为事故分析方向。近年来网络攻击已导致多次大停电事故，西班牙大停电事件发生后，网络攻击成为重要排查因素。西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御外生外部系统

不确定性叠加气象社会市场信息电网运行点弥散稳定性更为复杂极端灾害 网络攻击 战争威胁 供能中断风险来源复杂态势演化随机内生连锁故障外生极端事件内生高比例电力电子高比例新能源印巴网络战（2025年）西葡大停电（2025年）新型电力系统内部不确定性因素与气象、市场、信息等外部系统不确定性因素耦合叠加，使得系统运行特性和稳定机理发生深刻变化。内/外生常规不确定性 内/外生极端不确定性西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御习近平总书记指出“金融、能源、电力、通信、交通等领域的关键信息基础设施是经济社会运行的神经中枢，是网络安全的重中之重”。俄乌战争、伊朗震网、委内瑞拉大停电等事件表明，电力系统已成为网络战的首要打击目标。针对电力系统的网络攻击层出不穷高危网络攻击将使电网致毁致瘫攻击入侵

黑客网络攻击

故障注入攻击病毒植入攻击

变电站烧毁

误切机切负荷级联耦合网络安全功能安全电网解列大停电！物理安全电网信息物理系统跨域安全电力信息物理级联效应的推演，是应对物理系统毁伤型跨域攻击的迫切需求！西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御国家要求：电力系统仿真推演基础设施建设作为检验和提升电力系统网络安全防护能力的重要手段，是国家和电力行业“十四五规划”期间重点工作。现实需要：针对电网的网络攻击“高度专业、手段多样、破坏力强”，运行态电网无法开展攻击测试，国内外现有靶场技术“重信息、轻物理”，无法支撑针对跨域攻击过程路径和防御措施有效性的验证。2018年9月13日2021年3月11日2021年12月8日2022年1月29日2022年11月6日《国家能源局关于加强电力行业网络安全工作的指导意见》建立覆盖发、输、配、用、调度全环节的网络安全仿真验证环境《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》构建电力行业网络安全仿真验证环境和网络安全态势感知平台。建设行业侧网络安全仿真验证环境（靶场）。《电力安全生产“十四五”行动计划》建成电力行业全业务、分布式、高仿真的电力行业网络安全仿真验证环境。《“十四五”现代能源体系规划》推动网络安全仿真验证环境（靶场）建设。《电力行业网络安全管理办法》2024年11月25日运营者应当建立网络安全监测预警机制，实时监视分析电力监控系统网络安全运行状态及可疑行为告警。《电力监控系统安全防护规定》攻防靶场类型已有靶场建设网络安全DVWA、Pikachu、Wargames、Hack

TheBox、BUUCTF……网络安全+功能安全赛宁电力安全靶场、永信至诚电力网络靶场、科梁电力工控网络攻防靶场，南网国家级电力网络安全靶场……网络安全+功能安全+物理安全暂无西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御传统仿真推演复杂跨域攻击：“表征能力不足、防御靶标不强、仿真精度不高、攻防推演不精”；导致电力网络安全靶场“仿真对象失真、靶场强度脆弱、对抗模拟失准、推演评估失衡”。高维异构信息物理系统的数字孪生建模手段缺乏，难以表征跨域攻击在多时空尺度中的演化机制及作用机理。建模靶标

应对复杂跨域攻击的信息物理防御靶标缺失，难以实现高危攻击精准反制和全过程安全防御。

对攻击路径的动态模拟和前瞻性推演能力较弱，难以涵盖多样化、高度定制化的复杂跨域攻防场景。推演

大规模时空异构系统并发计算能力不足，难以应对攻防多场景、多节点信息物理实时高频交互需求。仿真攻防关键要素不清攻防靶场难以保真攻击危害评估不准攻防行为脱离实战西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御研究目标 掌握网络安全风险跨域传播演变为电网运行风险的分析方法及规律，并在实战中应用面向网络攻击的信息物理系统多层次建模大规模并发数据实时交互信息物理融合仿真混合智能驱动的信息物理协同安全感知与防御人智协同的跨域攻防场景生成与推演关键技术研究融合仿真与风险推演关键技术信息物理融合仿真验证网络安全攻击推演相互支撑电力信息物理系统跨域安全防护与攻防推演系统系统应用研究应用于江苏电网、广东电网、安徽电网、工信部一所等单位，产生显著效益应用成效长时间尺度特性多对象叠加特性广空间维度特性建模-仿真-推演-评估四大关键技术西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御电力信息物理系统跨域建模模块攻防博弈与策略自生成模块多模态攻防场景生成与智能推演模块混合智能推演平台人智协同的全景兵棋推演与资源调度模块国家重点研发—电网信息物理系统分析与控制的基础理论与方法南方电网公司重点项目—面向新型电力系统网络安全评估的信息物理混合仿真关键技术电力信息物理系统跨域安全风险混合智能推演关键技术西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御极端灾害：近年来，台风、雷电、地震等极端气象灾害有增多增强的趋势，对电网的安全稳定

运行造成了极大的威胁。频繁极端天气下电网非常规风险往往是具有明显因果序贯特征的连锁故障，需要进一步结合网架拓扑、气象信息、电网数据辨识高风险区域，根据潮流转移、交直流耦合等因素搜索潜在连锁故障演化路径，并通过交互设备呈现高风险非常规风险预警信息。1949年以来沿海省份台风登陆频次统计台风尼伯特

特大暴雨7基500kV杆塔损坏台风莫兰蒂

15基220kV杆塔损坏45座变电站停运2837条线路故障331.23万客户停电闽清84%用户停电永泰56%用户停电220kV线路故障1起110kV线路故障1起山洪等次生灾害影响6000户用电2016年2012年北京特大暴雨2016年台风、暴雨引发的电网事故辽宁：14；0.21天津：1；0.01山东：19；0.28江苏：7；0.10上海：9；0.13浙江：52；0.76福建：132；1.91注：黑色数字表示台风登陆次数（次）红色数字表示年平均登陆次数（次/年）广东：202；2.72台风“摩羯”海南省内35千伏及以上变电站停运79座；10千伏及以上线路836条。累计影响客户168.1万户。2024年西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御连锁故障风险辨识通过设置不同极端气象类型，包括台风、极寒、极热、暴雨等参数，结合电网基础运行数据

及地理信息数据，开展连锁故障风险辨识。用户可通过自动设置及用户自定义故障的模式进行连锁故障集设置，选择仿真的连锁故障集

级别。最后系统会生成电网受影响设备及线路信息。西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御连锁故障风险仿真推演通过仿真推演算法，计算出风险评估关键指标数据，如影响面积、最大失负荷量、设备故障总数、风险指标等。除了整体指标，还可以推演出高风险故障列表及不同故障条件下的不同分区负荷损失统计情况。西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御117E118E119E120E121E122E116E24N25N26N27N28N29N8GG1GG

2345679101112G131415161719

1820212223G24252627282930台风预警启动位置短时预报路径临近预报路径

台风实际路径(颜色深浅代表强度)9R微地形区域风险线路降雨区域Min

Max3PlP1gtt3Plt4Pgρ7LimittP1gP412434Pgρ7G

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LSTM实时数据…

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0非常规风险防控辅助决策西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御非常规风险防控辅助决策基于连锁故障集和系统可执行保护措施集进行仿真推演。将措施执行后的整体效果进行展示，对比分析措施执行前后的关键运行指标。西班牙大停电——防的全：极端场景的主动防御事故过程回顾与分析源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演新能源助力快速恢复0102030405

极端场景的主动防御06目录Contents看的清控的顺算的准防的全启的快源网荷实时模型构建主配微有序协同控制内外生系统态势推演极端场景的主动防御新能源助力快速恢复ENTSO-E

欧洲输电系统运营商联盟ENTSO-E

专家组启动伊比利亚停电原因调查[EB/OL]（2025-5-9）https://www.entsoe.eu/news/2025/05/09/entso-e-expert-panel-initiates-the-investigation-into-the-causes-of-iberian-blackout/第二天4:00分，西班牙输网恢复供电耗时约14小时网络恢复黑启动电源开机13:04分，西-摩联络线恢复工作13:30分，水电机组启动完成开始供电（距离12:33停电约1小时）13:35分，法-西联络线恢复工作西班牙大停电——启的快：新能源助力快速恢复从系统调节能力来看，故障发生后5分钟内，风电跌落1357MW、光伏光热共损失10253MW、水电功率下降1940MW，核电损失全部功率3387MW；随后当地时间15:45左右，各类电源逐步恢复电力供应，首先是水电和联合循环燃机，分别在事故后8小时内恢复发电功率4627MW和6333MW，另外，抽蓄发电提供了约1870MW。可见，西班牙在经历大规模系统崩溃时，煤电等常规可调电源开机较少，事