西班牙大停電事故對高比例新能源電網穩定性的啟示
2025年4月28日當地時間12點30分左右，一場大范圍停電事故席卷了西班牙和葡萄牙，伊比利亞半島數千萬人受到影響，靠近西班牙邊境的法國巴斯克區域也出現了短暫停電現象。
全球大規模停電事件相對少見，平均每幾年發生一次，通常源于單點故障在高互聯、高負載的電網中迅速擴散，導致系統級崩潰。全國或跨國停電大約每1至3年出現一次，而大洲級連鎖停電約每十年才發生一次，極為罕見。相比之下，城市或地區級的局部停電則幾乎每天都在世界各地發生，多由極端天氣、設備故障或電網調度失誤所致。
此次西班牙大停電事故暴露出的重大問題是高比例新能源電力系統的電壓調節能力不足。從事故過程來看，事前未能成功平抑電網頻率振蕩，事中傳統發電廠未能按指令響應，事后恢復停電速度緩慢，具體原因可初步歸納為電網安全管理體系不完善、電網穩定控制技術單一、黑啟動能力不足和電網互聯程度偏低。吸取此次事故的經驗教訓，未來高比例新能源電力系統需要在資源規劃、電網韌性提升、新能源技術升級、風險管控等方面降低停電的可能性和負面影響。
圖一：近年全球停電事故及長短（年份，地點，事故原因，受影響的人口，停電時間）。事故原因以技術故障居多（紅色），少數為天氣（綠色），極少為人為破壞（黑色）停電多在幾小時左右。
01
事故時間軸
根據提交給西班牙電力危機分析委員會的報告，本次大停電事故的時間線梳理如下：
第0階段“電壓不穩”：在4月25日至27日左右，電網已觀測到明顯的電壓波動和振蕩現象。4月28日早上9點左右電壓不穩定的情況更加強烈，但是在系統可控范圍內。目前頻率波動的初始原因還在調查中。
圖二：區域間相角差（Angle Difference）變化。相角差通常用于描述兩個域之間的電壓向量角度差，反映電網的功率流動方向（正向或逆向）及同步狀態（大角差可能表示失穩）。
第1階段“系統中的電壓與振蕩”：4月28日12:00-12:30期間，電壓異常升高，進而觸發了頻率的快速下降，隨后產生系統級別的振蕩（指電力系統中電壓、頻率等各個變量出現不穩定的振蕩現象）。12點03分，記錄到0.64Hz的非典型振蕩（有專家指出由光伏電站引起的強制振蕩，可能是由于內部控制故障造成的），持續4.42分鐘，引起了較大的電壓波動。這種振蕩迫使系統運營商采取協議措施，增強電網的網狀結構（也就是重新連接10條400kV線路）或減少對法國的電力輸送。所有這些動作抑制了振蕩，但也產生電壓增加的副作用，使得穩定電壓的難度增大。12點16分，再次記錄到相同的振蕩，規模較小。12點19分時，強迫振蕩以較小幅度激發了頻率為0.21Hz的東西中區域間振蕩模式，該模式體現了歐洲電網的典型特性。系統操作員采用相同的措施來緩沖，也使得電壓增加。此外，與法國的高壓直流連接的聯絡線也改為固定功率模式，出口減少到1000兆瓦，這對抑制振蕩具有顯著效果。但是這樣做的一個副作用是，即使西班牙在多次發電中斷后出現巨大電力缺口，也無法改變對法國出口變化。為了恢復電壓，在振蕩過程中電壓瞬時降至較低值時，采取了并聯電抗器的操作措施。
第2階段“傳統機組沒有及時矯正”：28日12:32:57-12:33:18期間，系統振蕩導致電壓迅速穩定地上升，引起發電廠自動保護裝置的誤判，進而觸發保護動作（被稱為“保護裝置誤動作”），斷開與電網的連接，導致大量的發電負荷損失。在這一時刻，由于無功功率失衡，關鍵的220千伏和400千伏輸電線路的電壓開始異常上升，至少有9臺發電機未能提供正確的電壓或無功支撐（AVR調節性能不足）。AVR（自動電壓調節器）是發電機上用于自動調節輸出電壓的裝置，通過調節勵磁系統來保持電壓穩定，確保電網中的電壓和無功功率正常運行。這些發電機未能按照西班牙和歐盟電網規范的要求履行實時電壓控制義務，導致電網無法有效控制電壓突然升高。9臺傳統發電機組未能履行電壓調節職責的問題，成為12:32:57第一輪發電機跳閘時的關鍵技術故障點。
第3階段“連鎖反應導致系統崩潰”：28日12:33:18-12:33:30期間，每個發電廠的斷開都會導致電壓進一步升高，而電壓升高又會觸發發電廠的自動保護裝置斷開，形成無法控制的連鎖反應。9臺傳統發電機組未能履行電壓調節職責嚴重削弱了電網的電壓控制能力，導致電壓異常上升，頻率下降至49.2Hz（法定下限為49.5Hz），引發逆變器停機以及傳統電廠的斷電，同時頻率下降導致西班牙電網與法國電網的同步性喪失，與歐洲大陸主網解列，最終電力系統崩潰，半島電力為零。
第4階段“黑啟動供電”：28日12:33-29日3:30期間。在停電高峰期間，電力需求下降了40%。在接下來的12小時內，具備黑啟動能力的電站陸續啟動，形成首批黑啟動孤島，水電和燃氣發電支撐了系統的穩定恢復。互聯線路也發揮了重要作用，12:44PM與法國的電力互聯恢復，1:07PM摩洛哥通過兩條海底高壓直流電纜向西班牙南部電網提供關鍵啟動電力（部分發電廠完全停運以后，需要外部電力“點火”重啟控制系統和渦輪機）。之后，法國也通過歐洲互聯電網輸送電力，幫助恢復電網穩定。由于安全協議的限制，核電站恢復較慢。
第5階段“供電恢復正常”：電力需求到午夜已恢復至88%，29日早上7:00，電力需求已恢復至99%，到上午11:00全面恢復完成，并恢復向法國的電力出口。
02
西班牙官方調查報告公布
援引西班牙媒體的報道，西班牙政府將4月28日大停電的責任指向國家電網公司（Red Eléctrica de España, REE）和發電公司。當地時間6月17日，生態轉型副首相兼大臣薩拉·阿赫森（Sara Aagesen）在內閣會議后的新聞發布會上指出，大停電事故源于電網中的一個過電壓問題，并指出REE當天的計劃可能存在失誤，且本應幫助控制電壓的電廠出現了明顯異常的操作。REE根據當天的負荷預測和發電預測，已安排十座常規發電廠待命，以控制電壓，這一數量本已低于此前月調度水平。然而，其中一座發電廠在前一天下午通知REE將無法運行，REE在計算之后決定不額外啟用其他電廠。雖然系統當時擁有足夠的發電能力來做出反應，但剩下的九座發電廠并未按預期運行，無法有效應對導致系統崩潰的電壓尖峰。
第二個責任點是發電廠自動保護裝置，以及系統運營商為緩解振蕩所采取的操作也導致了電壓進一步升高。猶如堵住一個漏水點，卻打開了另一個。為了控制頻率振蕩采取的一些措施反而使系統電壓更高，從格拉納達（Granada）、巴達霍斯（Badajoz）、塞哥維亞（Segovia）、韋爾瓦（Huelva）、卡塞雷斯（Cáceres）開始，風光發電機組相繼脫網。部分發電廠的斷電發生在電壓超過規定閾值（輸電網電壓在380千伏—435千伏之間）之前，而其他一些斷電是電壓超過規定閾值之后觸發了發電廠的自動保護裝置引起的。原本這些自動跳閘裝置的目的是保護設施，但是這里卻適得其反，因為有些跳閘增加了系統中的無功功率，進一步提高了電壓，導致更多電廠自動跳閘，從而加劇了事故的嚴重程度。阿赫森強調，這些出于保護的跳閘動作中，有些跳閘是不當的。這些從12:33:16到12:33:17的接連跳閘事件的具體原因還在由專門負責組進行調查中。從技術層面來看，電壓穩定性要求整個系統中的無功功率保持平衡，可以通過使用自動電壓調節器（AVR）、加裝同步調相機、配置無功補償裝置[如靜止無功發生器（SVG）或靜止同步補償器（STATCOM）]、 優化電網結構等手段來實現。根據政府副首相的說法，此次事故的過電壓問題在于可供電網調度的同步發電不足。4月28日上午，同步發電不足已經引發過電壓現象，但系統運營商為控制頻率振蕩，采取了一些使系統電壓升高的措施，同時那些本應控制電壓、并因此獲得經濟補償的火電機組，并未在高壓環境下吸收全部無功功率。由此可以看出，西班牙電力系統缺乏足夠的動態電壓控制能力。
過去五年，西班牙多次成功利用自動電壓調節器（AVR）維持電網電壓穩定，尤其是在可再生能源接入不斷增長的背景下。例如，西班牙針對低電壓穿越（LVRT）問題采取了有效措施，提升了可再生能源在電壓下跌時支撐電網的能力。然而，此次事故暴露出AVR應用仍存在明顯不足。尤其值得注意的是，盡管儲能等新能源具備通過AVR調節電壓的潛力，但當前西班牙電網管理規則尚不允許其參與這類調控，導致大量新能源雖參與發電，卻無法參與電網電壓穩定的響應中。
03
辯證思考與討論
（1）高比例新能源不是此次事故的核心因素
在西班牙官方調查報告公布之前，多方猜測是西班牙高比例新能源（2024年底光伏裝機占比為25%、風電裝機占比為24.4%）因某些原因導致了此次大停電事故，因為光伏及風電設備本身不具備旋轉備用和慣量支撐能力，無法對頻率擾動做出有效反應，且間歇性特征會導致功率輸出劇烈波動。這引發了“西班牙是否因過度依賴可再生能源（而非核電或燃氣發電）導致電網脆弱”的激烈辯論，一些批評者順勢將矛頭指向了西班牙政府力推的“100%可再生能源”轉型戰略。在事發前的發電結構中，風能和太陽能占比較高（如下圖三所示）。太陽能貢獻了近一半的發電量。僅在2024年，太陽能和風能發電量相當且達到事發前水平的時間累計超過14%，約1200多個小時。這表明，風光發電受天氣波動影響的特性并非此次事件的根本原因，歷史經驗顯示西班牙電網具備足夠的韌性來應對高比例風光發電的情況。
圖三：事發時風光占比：68.53%，值得注意的是，由于電價低（-1歐元/MWh)，當時核電僅以一半功率運行。
圖四：在事故發生前(左），西班牙是凈電力出口國，當時的發電量高于其國內用電需求。在事故發生后(右），由于西班牙具有自啟動能力的發電機組或構網型逆變器不足，所以需要利用摩洛哥和法國境內的傳統機組進行電網同步的恢復。
雖然新能源發電的波動性會影響電網電壓的穩定性，尤其是分布式新能源大量接入引起末端配電網電壓升高，但是從西班牙電網以往的運行經驗及此次事故發生的時間軸來看，西班牙電力系統是有能力且有時間來處理電網過電壓的問題，而電網公司的計劃失誤和常規發電廠的不當操作錯失了處理過電壓問題的時機，顯然是更為關鍵的事故原因。在本次事故中，得益于部分電網具備孤網運行能力，即便主網崩潰，仍有約30%的新能源保持發電，并在整個恢復過程中起到了助推器作用（見下圖）。新能源的并網處理不當會導致嚴重事故的發生，但是如果處理得當，可以提高電網整體的韌性。如果說對未來電網的要求是短時間快速恢復供電，新能源占比多的孤網比有傳統發電機組的大電網更有優勢。
圖五：事故過程4月28日發電和用電的演變圖。在啟動電網的過程中，新能源起到了快速恢復供電的作用。中午12:00后，即便主網崩潰，仍有約30%的新能源保持發電。（圖標：橘黃:光伏；淺綠：風能；淺藍：水利；淺粉:熱電聯產；黃色:聯合循環燃氣輪機發電；深紫：核能。）
德國經驗顯示：只要有戰略性投資與技術支撐，高比例可再生能源并不會削弱電網穩定，反而能提升其韌性。盡管可再生能源占比持續上升，德國在2024年通過多項舉措顯著提升了電網的可靠性和穩定性。德國電網公司一直在改進電網硬件設施方面進行大量投資。輸電系統運營商TenneT投資超過46億歐元，加固高壓輸電網結構；輸電系統運營商50Hertz區域內73%的電力來自可再生能源，并新建了約900公里的輸電線路。這使再調度（Redispatch）成本減少約12%，反映了電網調控效率的提升。德國電網發展計劃（NEP）提出新增4800公里輸電線路及多條高壓直流（HVDC）工程，同時，區域電網數字化投資達4.26億歐元，支持電動車、熱泵和儲能系統的接入。盡管北部風能激增，再調度干預需求下降了20–30%，2023年平均停電時間僅為12.8分鐘，顯示出德國電網依然保持世界領先的可靠性。
（2）電力安全需要從電力系統整體的角度統籌分析
電力系統是一個極其復雜的大規模系統，涵蓋發電、輸電、變電、配電和用電等全鏈條環節，事故的發生不能簡單歸咎于發電、輸電、負荷或儲能中的某個單一環節。就像當年將2003年美國東北大停電歸咎于市場化改革，或將2021年得克薩斯州大停電歸咎于風電，都是對復雜系統問題的過度簡化。此次西班牙大停電，無論是發電側還是電網環節，都需要通過謹慎、中立的分析才能得出合理結論。西班牙官方調查報告目前給出了一些成熟的結論：首先，新能源高滲透率下的電網運行特性比傳統電網更為復雜，而電網本身缺乏充分的應對預案，技術設計存在滯后，這是首要的管理失誤；其次，9個傳統機組在關鍵時刻未能提供有效的電壓或頻率響應，構成次要責任。但仍有若干關鍵細節尚未厘清，例如，在停電發生前的30分鐘內，相量測量單元（PMU）記錄到電網頻率出現約0.2Hz 的低頻振蕩，雖然隨后被阻尼抑制，但表明系統已有不穩定征兆。這種振蕩似乎發生在伊比利亞半島與歐洲大陸主電網之間，兩者處于相反的電網相位，說明可能存在區域間的耦合問題。值得注意的是，2016年12月與2021年7月，西班牙曾經歷過類似的振蕩和斷電事件，當時的影響較輕。當時歐洲南北的電網頻率差約為0.25Hz，而本次事故中降至約0.217Hz，這或與波羅的海國家和烏克蘭近期并入歐洲大陸同步電網（CESA）有關。我們目前只知道停電的核心原因是振蕩和電壓控制之間意外的相互作用。為應對振蕩而采取的措施（通過重新連接斷開的線路和減少對法國和葡萄牙的出口來穩定電網）產生了降低輸電線路負荷的效果，從而減少了無功功率消耗，因此提高了電壓。隨著調查的深入，事件背后的系統性原因或許會更清晰地披露出來。
（3）電網供電安全需要制定完備的技術體系
此次事件曝露出西班牙電網安全技術體系的三個不足之處：
一是應對電網不穩定問題的手段單一，主要依靠傳統發電廠的同步發電能力，在傳統發電廠未能按需響應時無法阻止電壓失穩風險的擴散。實際上，前文提到的靜止同步補償器可實現動態電壓控制，具有調節連續、諧波小、損耗低、運行范圍寬、可靠性高、調節速度快等優點；當系統缺乏無功功率時，并聯電抗器是經典且非常有效的手段。目前的風能與太陽能大多采用“跟網型”并網技術，即依賴現有電網的電壓與頻率運行，缺乏自身提供慣性的能力；如果借助“構網型”并網技術，風電、光伏配置了儲能系統也可以主動支撐電網頻率和電壓，提供慣性支持，從而提升系統穩定性。為應對未來潛在風險，電網運營商可能需要具備更高的調度靈活性，以便在緊急情況下動用市場外的發電資源，同時強化系統的平衡服務與備用容量，確保電網在高比例可再生能源背景下仍能穩定運行。
二是停電重啟所需的黑啟動能力不足。黑啟動是指整個系統因故障停運后，系統全部停電（不排除孤立小電網仍維持運行），處于全“黑”狀態，不依賴別的網絡幫助，通過系統中具有自啟動能力的發電機組啟動，帶動無自啟動能力的發電機組逐漸擴大系統恢復范圍，最終實現整個系統的恢復。西班牙和葡萄牙可快速黑啟動的電源規模較少，恢復供電的效率受到影響，在摩洛哥和法國的幫助下，耗時10多個小時才全面恢復供電。實際上，黑啟動并不是必須由傳統發電機來實現，比如構網型逆變器可以使新能源、儲能電站具備傳統發電機組一樣的慣性，實現黑啟動。
三是西班牙電網與鄰國之間的網對網互聯不足以及穩定電壓的操作導致西法傳輸不靈活，降低了電網的韌性。法國以核電機組為主，而西班牙和葡萄牙具備快速黑啟動能力的電源較少，恢復供電的效率受限。這說明風光資源豐富但傳統機組不足的地區，應加強與傳統機組充足的鄰近區域之間的電網互聯，以保障整體電網的韌性和運行效率。
04
政策建議與啟示
停電風險不可能被完全消除，因為將其降為零所需的代價是無限高的。但通過加強電網硬件建設和完善市場管理機制，可以在電力轉型過程中有效降低停電發生的概率。面對停電風險，應以科學、理性的態度進行分析，用現代化的管理手段進行風險控制，并將風險應對措施經濟化，通過科學評估來平衡風險防范成本，避免因過度反應而將電網改革“情緒化”“危機化”甚至“災難化”，從而影響新能源正常發展。
（1）隨著電力市場的發展，電源、電網的規劃建設越來越傾向于市場價格信號的指引。但是電網規劃要考慮多方面因素，僅靠價格信號指導規劃和調度存在很多潛在風險。需要警惕的是，價格信號是優化資源配置、提高運行效率的重要工具，但絕不能成為唯一指南。電網規劃必須將儲能和構網型變流器占比，安全裕度、N-1甚至N-2準則、抗災能力等作為衡量電網穩定的準則，不能完全寄希望于市場在價格驅動下“自動”提供足夠的系統韌性。電網的公共基礎設施屬性決定了其發展不能完全交由市場這只“看不見的手”，還需要看得見的“規則之手”（監管）和“引領之手”（戰略規劃）共同作用，才能平衡效率、安全、公平和可持續發展的多重目標。參與市場改革的機構應了解電網韌性和穩定性的來源，與電網公司一起找到風險管理和成本控制的平衡點。
（2）此次西班牙大停電的案例表明，新能源在經過電網與發電側的技術改造后，完全有能力提升電網的韌性。盡管新能源接入比例較高的電網相較傳統電網在運行上更為復雜，但從多個國家的實踐經驗來看，新能源的可變性并不是電網穩定性的根本障礙。相反，問題更多源于現有電網設施和傳統機組在頻率、電壓變化應對方面準備不足，以及技術設計存在偏差或已過時，導致在關鍵時刻無法做出有效響應。美國和德國等國的經驗也進一步證明，新能源比例的提升并不必然削弱電網韌性，關鍵在于是否具備相應的制度、技術和管理支撐。
要實現未來電網的安全穩定，必須進行系統性的技術革新。例如，核心硬件方面，大力發展并強制應用構網型變流器技術、支撐系統強度的大型儲能、新型無功補償與振蕩抑制裝置；技術標準方面，全面更新涵蓋系統強度評估、故障穿越能力、慣量/頻率響應、電壓支撐能力、振蕩風險防控、模型驗證等關鍵領域的技術標準和并網導則，使其適應電力電子設備的特性；規劃方面，必須將“系統強度”和“穩定性硬件配置（如構網型資源比例、儲能）”作為核心約束；運行范式方面，從依賴同步機物理特性的“被動穩定”，轉向基于電力電子主動控制能力的“主動支撐”和“協同穩定”。
（3）正確處理傳統能源和新能源“破”與“立”的關系，不僅意味著新能源逐步替代傳統機組的發電功能，同樣重要的是在替代過程中同步加強新能源對電網韌性的支撐能力。新能源不應只是被動地跟隨電網頻率運行，在電壓頻率波動時自動脫網切斷，反而可能加劇系統風險；而應通過構網型逆變器實現主動調頻，在電壓波動時與儲能系統協同參與調壓，在極端情況下甚至能參與電網的黑啟動過程。唯有讓新能源真正成為電網管理的“主動構成”，而不僅是電源替代，才能實現從“可接入”到“可支撐”的根本性轉變，讓新能源成為強韌電網的一部分。
（4）強化電網運行的風險管控機制，做到“防為上、救次之、戒為下”。此次西班牙大停電事故是“灰犀牛”事件，局部未知來源的風險未得到及時且有效的處理，處理方式有的適得其反，最終演變為系統性崩潰。極端天氣、高比例新能源、微電網、新興用電負荷等使得電網的運行風險更加復雜，電網安全體系需要從“被動響應”升級為“主動免疫”，繪制氣象災害、設備老化、調度指令、保護動作、用戶響應等全鏈條風險圖譜，識別關鍵脆弱節點；通過大數據、數字孿生、傳感終端等技術整合發/輸/配/儲電數據，實現全網運行狀態可視化，在緊急情況下自動執行預控措施（如檢測到頻率驟降速率>1Hz/s時立即啟動儲能放電），以算力提升電網快速響應性能；建立全局風險協同聯防機制，靠機制約束力填補風險責任真空，做好風險應對的預演，避免部分風險管控淪為“三不管地帶”。風險管理多元化，避免穩定電網措施本身給電網帶來不穩定。
作者：龔晨 張浩楠 來源：中國南方電網 責任編輯：jianping
全球大規模停電事件相對少見，平均每幾年發生一次，通常源于單點故障在高互聯、高負載的電網中迅速擴散，導致系統級崩潰。全國或跨國停電大約每1至3年出現一次，而大洲級連鎖停電約每十年才發生一次，極為罕見。相比之下，城市或地區級的局部停電則幾乎每天都在世界各地發生，多由極端天氣、設備故障或電網調度失誤所致。
此次西班牙大停電事故暴露出的重大問題是高比例新能源電力系統的電壓調節能力不足。從事故過程來看，事前未能成功平抑電網頻率振蕩，事中傳統發電廠未能按指令響應，事后恢復停電速度緩慢，具體原因可初步歸納為電網安全管理體系不完善、電網穩定控制技術單一、黑啟動能力不足和電網互聯程度偏低。吸取此次事故的經驗教訓，未來高比例新能源電力系統需要在資源規劃、電網韌性提升、新能源技術升級、風險管控等方面降低停電的可能性和負面影響。
圖一：近年全球停電事故及長短（年份，地點，事故原因，受影響的人口，停電時間）。事故原因以技術故障居多（紅色），少數為天氣（綠色），極少為人為破壞（黑色）停電多在幾小時左右。
01
事故時間軸
根據提交給西班牙電力危機分析委員會的報告，本次大停電事故的時間線梳理如下：
第0階段“電壓不穩”：在4月25日至27日左右，電網已觀測到明顯的電壓波動和振蕩現象。4月28日早上9點左右電壓不穩定的情況更加強烈，但是在系統可控范圍內。目前頻率波動的初始原因還在調查中。
圖二：區域間相角差（Angle Difference）變化。相角差通常用于描述兩個域之間的電壓向量角度差，反映電網的功率流動方向（正向或逆向）及同步狀態（大角差可能表示失穩）。
第1階段“系統中的電壓與振蕩”：4月28日12:00-12:30期間，電壓異常升高，進而觸發了頻率的快速下降，隨后產生系統級別的振蕩（指電力系統中電壓、頻率等各個變量出現不穩定的振蕩現象）。12點03分，記錄到0.64Hz的非典型振蕩（有專家指出由光伏電站引起的強制振蕩，可能是由于內部控制故障造成的），持續4.42分鐘，引起了較大的電壓波動。這種振蕩迫使系統運營商采取協議措施，增強電網的網狀結構（也就是重新連接10條400kV線路）或減少對法國的電力輸送。所有這些動作抑制了振蕩，但也產生電壓增加的副作用，使得穩定電壓的難度增大。12點16分，再次記錄到相同的振蕩，規模較小。12點19分時，強迫振蕩以較小幅度激發了頻率為0.21Hz的東西中區域間振蕩模式，該模式體現了歐洲電網的典型特性。系統操作員采用相同的措施來緩沖，也使得電壓增加。此外，與法國的高壓直流連接的聯絡線也改為固定功率模式，出口減少到1000兆瓦，這對抑制振蕩具有顯著效果。但是這樣做的一個副作用是，即使西班牙在多次發電中斷后出現巨大電力缺口，也無法改變對法國出口變化。為了恢復電壓，在振蕩過程中電壓瞬時降至較低值時，采取了并聯電抗器的操作措施。
第2階段“傳統機組沒有及時矯正”：28日12:32:57-12:33:18期間，系統振蕩導致電壓迅速穩定地上升，引起發電廠自動保護裝置的誤判，進而觸發保護動作（被稱為“保護裝置誤動作”），斷開與電網的連接，導致大量的發電負荷損失。在這一時刻，由于無功功率失衡，關鍵的220千伏和400千伏輸電線路的電壓開始異常上升，至少有9臺發電機未能提供正確的電壓或無功支撐（AVR調節性能不足）。AVR（自動電壓調節器）是發電機上用于自動調節輸出電壓的裝置，通過調節勵磁系統來保持電壓穩定，確保電網中的電壓和無功功率正常運行。這些發電機未能按照西班牙和歐盟電網規范的要求履行實時電壓控制義務，導致電網無法有效控制電壓突然升高。9臺傳統發電機組未能履行電壓調節職責的問題，成為12:32:57第一輪發電機跳閘時的關鍵技術故障點。
第3階段“連鎖反應導致系統崩潰”：28日12:33:18-12:33:30期間，每個發電廠的斷開都會導致電壓進一步升高，而電壓升高又會觸發發電廠的自動保護裝置斷開，形成無法控制的連鎖反應。9臺傳統發電機組未能履行電壓調節職責嚴重削弱了電網的電壓控制能力，導致電壓異常上升，頻率下降至49.2Hz（法定下限為49.5Hz），引發逆變器停機以及傳統電廠的斷電，同時頻率下降導致西班牙電網與法國電網的同步性喪失，與歐洲大陸主網解列，最終電力系統崩潰，半島電力為零。
第4階段“黑啟動供電”：28日12:33-29日3:30期間。在停電高峰期間，電力需求下降了40%。在接下來的12小時內，具備黑啟動能力的電站陸續啟動，形成首批黑啟動孤島，水電和燃氣發電支撐了系統的穩定恢復。互聯線路也發揮了重要作用，12:44PM與法國的電力互聯恢復，1:07PM摩洛哥通過兩條海底高壓直流電纜向西班牙南部電網提供關鍵啟動電力（部分發電廠完全停運以后，需要外部電力“點火”重啟控制系統和渦輪機）。之后，法國也通過歐洲互聯電網輸送電力，幫助恢復電網穩定。由于安全協議的限制，核電站恢復較慢。
第5階段“供電恢復正常”：電力需求到午夜已恢復至88%，29日早上7:00，電力需求已恢復至99%，到上午11:00全面恢復完成，并恢復向法國的電力出口。
02
西班牙官方調查報告公布
援引西班牙媒體的報道，西班牙政府將4月28日大停電的責任指向國家電網公司（Red Eléctrica de España, REE）和發電公司。當地時間6月17日，生態轉型副首相兼大臣薩拉·阿赫森（Sara Aagesen）在內閣會議后的新聞發布會上指出，大停電事故源于電網中的一個過電壓問題，并指出REE當天的計劃可能存在失誤，且本應幫助控制電壓的電廠出現了明顯異常的操作。REE根據當天的負荷預測和發電預測，已安排十座常規發電廠待命，以控制電壓，這一數量本已低于此前月調度水平。然而，其中一座發電廠在前一天下午通知REE將無法運行，REE在計算之后決定不額外啟用其他電廠。雖然系統當時擁有足夠的發電能力來做出反應，但剩下的九座發電廠并未按預期運行，無法有效應對導致系統崩潰的電壓尖峰。
第二個責任點是發電廠自動保護裝置，以及系統運營商為緩解振蕩所采取的操作也導致了電壓進一步升高。猶如堵住一個漏水點，卻打開了另一個。為了控制頻率振蕩采取的一些措施反而使系統電壓更高，從格拉納達（Granada）、巴達霍斯（Badajoz）、塞哥維亞（Segovia）、韋爾瓦（Huelva）、卡塞雷斯（Cáceres）開始，風光發電機組相繼脫網。部分發電廠的斷電發生在電壓超過規定閾值（輸電網電壓在380千伏—435千伏之間）之前，而其他一些斷電是電壓超過規定閾值之后觸發了發電廠的自動保護裝置引起的。原本這些自動跳閘裝置的目的是保護設施，但是這里卻適得其反，因為有些跳閘增加了系統中的無功功率，進一步提高了電壓，導致更多電廠自動跳閘，從而加劇了事故的嚴重程度。阿赫森強調，這些出于保護的跳閘動作中，有些跳閘是不當的。這些從12:33:16到12:33:17的接連跳閘事件的具體原因還在由專門負責組進行調查中。從技術層面來看，電壓穩定性要求整個系統中的無功功率保持平衡，可以通過使用自動電壓調節器（AVR）、加裝同步調相機、配置無功補償裝置[如靜止無功發生器（SVG）或靜止同步補償器（STATCOM）]、 優化電網結構等手段來實現。根據政府副首相的說法，此次事故的過電壓問題在于可供電網調度的同步發電不足。4月28日上午，同步發電不足已經引發過電壓現象，但系統運營商為控制頻率振蕩，采取了一些使系統電壓升高的措施，同時那些本應控制電壓、并因此獲得經濟補償的火電機組，并未在高壓環境下吸收全部無功功率。由此可以看出，西班牙電力系統缺乏足夠的動態電壓控制能力。
過去五年，西班牙多次成功利用自動電壓調節器（AVR）維持電網電壓穩定，尤其是在可再生能源接入不斷增長的背景下。例如，西班牙針對低電壓穿越（LVRT）問題采取了有效措施，提升了可再生能源在電壓下跌時支撐電網的能力。然而，此次事故暴露出AVR應用仍存在明顯不足。尤其值得注意的是，盡管儲能等新能源具備通過AVR調節電壓的潛力，但當前西班牙電網管理規則尚不允許其參與這類調控，導致大量新能源雖參與發電，卻無法參與電網電壓穩定的響應中。
03
辯證思考與討論
（1）高比例新能源不是此次事故的核心因素
在西班牙官方調查報告公布之前，多方猜測是西班牙高比例新能源（2024年底光伏裝機占比為25%、風電裝機占比為24.4%）因某些原因導致了此次大停電事故，因為光伏及風電設備本身不具備旋轉備用和慣量支撐能力，無法對頻率擾動做出有效反應，且間歇性特征會導致功率輸出劇烈波動。這引發了“西班牙是否因過度依賴可再生能源（而非核電或燃氣發電）導致電網脆弱”的激烈辯論，一些批評者順勢將矛頭指向了西班牙政府力推的“100%可再生能源”轉型戰略。在事發前的發電結構中，風能和太陽能占比較高（如下圖三所示）。太陽能貢獻了近一半的發電量。僅在2024年，太陽能和風能發電量相當且達到事發前水平的時間累計超過14%，約1200多個小時。這表明，風光發電受天氣波動影響的特性并非此次事件的根本原因，歷史經驗顯示西班牙電網具備足夠的韌性來應對高比例風光發電的情況。
圖三：事發時風光占比：68.53%，值得注意的是，由于電價低（-1歐元/MWh)，當時核電僅以一半功率運行。
圖四：在事故發生前(左），西班牙是凈電力出口國，當時的發電量高于其國內用電需求。在事故發生后(右），由于西班牙具有自啟動能力的發電機組或構網型逆變器不足，所以需要利用摩洛哥和法國境內的傳統機組進行電網同步的恢復。
雖然新能源發電的波動性會影響電網電壓的穩定性，尤其是分布式新能源大量接入引起末端配電網電壓升高，但是從西班牙電網以往的運行經驗及此次事故發生的時間軸來看，西班牙電力系統是有能力且有時間來處理電網過電壓的問題，而電網公司的計劃失誤和常規發電廠的不當操作錯失了處理過電壓問題的時機，顯然是更為關鍵的事故原因。在本次事故中，得益于部分電網具備孤網運行能力，即便主網崩潰，仍有約30%的新能源保持發電，并在整個恢復過程中起到了助推器作用（見下圖）。新能源的并網處理不當會導致嚴重事故的發生，但是如果處理得當，可以提高電網整體的韌性。如果說對未來電網的要求是短時間快速恢復供電，新能源占比多的孤網比有傳統發電機組的大電網更有優勢。
圖五：事故過程4月28日發電和用電的演變圖。在啟動電網的過程中，新能源起到了快速恢復供電的作用。中午12:00后，即便主網崩潰，仍有約30%的新能源保持發電。（圖標：橘黃:光伏；淺綠：風能；淺藍：水利；淺粉:熱電聯產；黃色:聯合循環燃氣輪機發電；深紫：核能。）
德國經驗顯示：只要有戰略性投資與技術支撐，高比例可再生能源并不會削弱電網穩定，反而能提升其韌性。盡管可再生能源占比持續上升，德國在2024年通過多項舉措顯著提升了電網的可靠性和穩定性。德國電網公司一直在改進電網硬件設施方面進行大量投資。輸電系統運營商TenneT投資超過46億歐元，加固高壓輸電網結構；輸電系統運營商50Hertz區域內73%的電力來自可再生能源，并新建了約900公里的輸電線路。這使再調度（Redispatch）成本減少約12%，反映了電網調控效率的提升。德國電網發展計劃（NEP）提出新增4800公里輸電線路及多條高壓直流（HVDC）工程，同時，區域電網數字化投資達4.26億歐元，支持電動車、熱泵和儲能系統的接入。盡管北部風能激增，再調度干預需求下降了20–30%，2023年平均停電時間僅為12.8分鐘，顯示出德國電網依然保持世界領先的可靠性。
（2）電力安全需要從電力系統整體的角度統籌分析
電力系統是一個極其復雜的大規模系統，涵蓋發電、輸電、變電、配電和用電等全鏈條環節，事故的發生不能簡單歸咎于發電、輸電、負荷或儲能中的某個單一環節。就像當年將2003年美國東北大停電歸咎于市場化改革，或將2021年得克薩斯州大停電歸咎于風電，都是對復雜系統問題的過度簡化。此次西班牙大停電，無論是發電側還是電網環節，都需要通過謹慎、中立的分析才能得出合理結論。西班牙官方調查報告目前給出了一些成熟的結論：首先，新能源高滲透率下的電網運行特性比傳統電網更為復雜，而電網本身缺乏充分的應對預案，技術設計存在滯后，這是首要的管理失誤；其次，9個傳統機組在關鍵時刻未能提供有效的電壓或頻率響應，構成次要責任。但仍有若干關鍵細節尚未厘清，例如，在停電發生前的30分鐘內，相量測量單元（PMU）記錄到電網頻率出現約0.2Hz 的低頻振蕩，雖然隨后被阻尼抑制，但表明系統已有不穩定征兆。這種振蕩似乎發生在伊比利亞半島與歐洲大陸主電網之間，兩者處于相反的電網相位，說明可能存在區域間的耦合問題。值得注意的是，2016年12月與2021年7月，西班牙曾經歷過類似的振蕩和斷電事件，當時的影響較輕。當時歐洲南北的電網頻率差約為0.25Hz，而本次事故中降至約0.217Hz，這或與波羅的海國家和烏克蘭近期并入歐洲大陸同步電網（CESA）有關。我們目前只知道停電的核心原因是振蕩和電壓控制之間意外的相互作用。為應對振蕩而采取的措施（通過重新連接斷開的線路和減少對法國和葡萄牙的出口來穩定電網）產生了降低輸電線路負荷的效果，從而減少了無功功率消耗，因此提高了電壓。隨著調查的深入，事件背后的系統性原因或許會更清晰地披露出來。
（3）電網供電安全需要制定完備的技術體系
此次事件曝露出西班牙電網安全技術體系的三個不足之處：
一是應對電網不穩定問題的手段單一，主要依靠傳統發電廠的同步發電能力，在傳統發電廠未能按需響應時無法阻止電壓失穩風險的擴散。實際上，前文提到的靜止同步補償器可實現動態電壓控制，具有調節連續、諧波小、損耗低、運行范圍寬、可靠性高、調節速度快等優點；當系統缺乏無功功率時，并聯電抗器是經典且非常有效的手段。目前的風能與太陽能大多采用“跟網型”并網技術，即依賴現有電網的電壓與頻率運行，缺乏自身提供慣性的能力；如果借助“構網型”并網技術，風電、光伏配置了儲能系統也可以主動支撐電網頻率和電壓，提供慣性支持，從而提升系統穩定性。為應對未來潛在風險，電網運營商可能需要具備更高的調度靈活性，以便在緊急情況下動用市場外的發電資源，同時強化系統的平衡服務與備用容量，確保電網在高比例可再生能源背景下仍能穩定運行。
二是停電重啟所需的黑啟動能力不足。黑啟動是指整個系統因故障停運后，系統全部停電（不排除孤立小電網仍維持運行），處于全“黑”狀態，不依賴別的網絡幫助，通過系統中具有自啟動能力的發電機組啟動，帶動無自啟動能力的發電機組逐漸擴大系統恢復范圍，最終實現整個系統的恢復。西班牙和葡萄牙可快速黑啟動的電源規模較少，恢復供電的效率受到影響，在摩洛哥和法國的幫助下，耗時10多個小時才全面恢復供電。實際上，黑啟動并不是必須由傳統發電機來實現，比如構網型逆變器可以使新能源、儲能電站具備傳統發電機組一樣的慣性，實現黑啟動。
三是西班牙電網與鄰國之間的網對網互聯不足以及穩定電壓的操作導致西法傳輸不靈活，降低了電網的韌性。法國以核電機組為主，而西班牙和葡萄牙具備快速黑啟動能力的電源較少，恢復供電的效率受限。這說明風光資源豐富但傳統機組不足的地區，應加強與傳統機組充足的鄰近區域之間的電網互聯，以保障整體電網的韌性和運行效率。
04
政策建議與啟示
停電風險不可能被完全消除，因為將其降為零所需的代價是無限高的。但通過加強電網硬件建設和完善市場管理機制，可以在電力轉型過程中有效降低停電發生的概率。面對停電風險，應以科學、理性的態度進行分析，用現代化的管理手段進行風險控制，并將風險應對措施經濟化，通過科學評估來平衡風險防范成本，避免因過度反應而將電網改革“情緒化”“危機化”甚至“災難化”，從而影響新能源正常發展。
（1）隨著電力市場的發展，電源、電網的規劃建設越來越傾向于市場價格信號的指引。但是電網規劃要考慮多方面因素，僅靠價格信號指導規劃和調度存在很多潛在風險。需要警惕的是，價格信號是優化資源配置、提高運行效率的重要工具，但絕不能成為唯一指南。電網規劃必須將儲能和構網型變流器占比，安全裕度、N-1甚至N-2準則、抗災能力等作為衡量電網穩定的準則，不能完全寄希望于市場在價格驅動下“自動”提供足夠的系統韌性。電網的公共基礎設施屬性決定了其發展不能完全交由市場這只“看不見的手”，還需要看得見的“規則之手”（監管）和“引領之手”（戰略規劃）共同作用，才能平衡效率、安全、公平和可持續發展的多重目標。參與市場改革的機構應了解電網韌性和穩定性的來源，與電網公司一起找到風險管理和成本控制的平衡點。
（2）此次西班牙大停電的案例表明，新能源在經過電網與發電側的技術改造后，完全有能力提升電網的韌性。盡管新能源接入比例較高的電網相較傳統電網在運行上更為復雜，但從多個國家的實踐經驗來看，新能源的可變性并不是電網穩定性的根本障礙。相反，問題更多源于現有電網設施和傳統機組在頻率、電壓變化應對方面準備不足，以及技術設計存在偏差或已過時，導致在關鍵時刻無法做出有效響應。美國和德國等國的經驗也進一步證明，新能源比例的提升并不必然削弱電網韌性，關鍵在于是否具備相應的制度、技術和管理支撐。
要實現未來電網的安全穩定，必須進行系統性的技術革新。例如，核心硬件方面，大力發展并強制應用構網型變流器技術、支撐系統強度的大型儲能、新型無功補償與振蕩抑制裝置；技術標準方面，全面更新涵蓋系統強度評估、故障穿越能力、慣量/頻率響應、電壓支撐能力、振蕩風險防控、模型驗證等關鍵領域的技術標準和并網導則，使其適應電力電子設備的特性；規劃方面，必須將“系統強度”和“穩定性硬件配置（如構網型資源比例、儲能）”作為核心約束；運行范式方面，從依賴同步機物理特性的“被動穩定”，轉向基于電力電子主動控制能力的“主動支撐”和“協同穩定”。
（3）正確處理傳統能源和新能源“破”與“立”的關系，不僅意味著新能源逐步替代傳統機組的發電功能，同樣重要的是在替代過程中同步加強新能源對電網韌性的支撐能力。新能源不應只是被動地跟隨電網頻率運行，在電壓頻率波動時自動脫網切斷，反而可能加劇系統風險；而應通過構網型逆變器實現主動調頻，在電壓波動時與儲能系統協同參與調壓，在極端情況下甚至能參與電網的黑啟動過程。唯有讓新能源真正成為電網管理的“主動構成”，而不僅是電源替代，才能實現從“可接入”到“可支撐”的根本性轉變，讓新能源成為強韌電網的一部分。
（4）強化電網運行的風險管控機制，做到“防為上、救次之、戒為下”。此次西班牙大停電事故是“灰犀牛”事件，局部未知來源的風險未得到及時且有效的處理，處理方式有的適得其反，最終演變為系統性崩潰。極端天氣、高比例新能源、微電網、新興用電負荷等使得電網的運行風險更加復雜，電網安全體系需要從“被動響應”升級為“主動免疫”，繪制氣象災害、設備老化、調度指令、保護動作、用戶響應等全鏈條風險圖譜，識別關鍵脆弱節點；通過大數據、數字孿生、傳感終端等技術整合發/輸/配/儲電數據，實現全網運行狀態可視化，在緊急情況下自動執行預控措施（如檢測到頻率驟降速率>1Hz/s時立即啟動儲能放電），以算力提升電網快速響應性能；建立全局風險協同聯防機制，靠機制約束力填補風險責任真空，做好風險應對的預演，避免部分風險管控淪為“三不管地帶”。風險管理多元化，避免穩定電網措施本身給電網帶來不穩定。
（龔晨 波茨坦氣候研究所研究員 張浩楠 華北電力大學）
作者：龔晨 張浩楠 來源：中國南方電網 責任編輯：jianping
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