第一次作业 吴飞：5120309243 李博森：5120309150 白轩然：5120309645 刘宗林：5120809046 甘宇翔：5120309660 1.北美大停电回顾： 2003年8月14日，美国现代文明的脆弱无情地暴露在世人的面前。 北美地区发生有史以来最严重的大面积断电事故，造成国内生产总值每天损失达250亿 美元至300亿美元。这个发明电灯电话、百年前就把帝国大厦点亮的强国，电网安全形势同 样不容乐观。 根据事后统计，该次大停电，北美的纽约、底特律、克利夫兰、渥太华、多伦多等重要 城市及周边地区近5000万人口受到影响，部分经济活动也出现停滞。事故发生后，美国关 闭了位于纽约等四个州境内的九座核电站。停电当天，纽约市发生了60起严重火灾，电梯 救援行动多达800次，紧急求救电话接近8万次，急诊医疗服务求助电话也创记录的达到 5000次。美国三大汽车制造厂也停止生产、地铁停驶、交通阻塞、班机延误，民众生活面 临种种不便。 据当时纽约市政厅的估算，大面积停电引起地铁、隧道、桥梁关闭，商家停业，仅在税 费上就使纽约市政府少收了近5000万美元：同时，政府在大停电期间动用了上万名警察和 国民卫队执勤，需支付的加班费在500万一1000万美元之间：另外，市政府还要支付2000多 万美元垃圾清扫、修理受损公用设施的费用：而加上各行业的营业收入损失，按当时纽约市 审计长汤普森的估计，纽约市的各种损失总计将近8亿到10亿美元。 而由于停电波及美国1/4的地区，如果把这整个地区的损失加总的，据美林公司首席 经济学家戴维·罗森伯格当时的估计，整个经济损失大概在250亿一300亿美元之间。 2.大停电原因分析： 2.1直接原因 首先回顾事故的发展过程。美国东部时间2003年8月14日，俄亥俄州的主力电站一 Davis-Besse核电站因故早已停运。当日14：00，俄亥俄州的另一个主力火电站(680MW) -一东湖(East Lake)电厂5号机组强迫停运（原因不明），这两个电厂停运使该地区系统 减少15%的可用电量，电源严重不足，电网的脆弱性增加。15：06，克利夫兰市郊的一条 线路过载，电流加热导线，造成下垂，碰到一棵树上，线路跳闸。按设计，第1回线跳开后， 负荷自动转移到另4回线，从而使其他4回线路严重过载。15：32，第2回线路又因过载 使导线急剧升温软化，落在树上，引发线路短路跳闸。剩下3回线路承担了原来5回线路的 负荷，过载急剧上升，又相继跳闸。至16：06，这5回线路全部中断。若按线路长度在200 km~250km估算，大约失去了3GW的电力传输，从而引发新一轮连锁事故，使电力系统振 荡解列为几个孤岛：功率不足的电力系统频率急剧下降甩负荷装置切掉负荷，导致崩溃：功 率多余的电力系统频率急剧上升，发电机保护自动切机，也导致系统崩溃。16：08，美加 东部出现大范围的电压和频率摆动。实际的始作俑者在克利夫兰，它因缺少大量功率，先从 密歇根州，后从加拿大安大略省吸取大量功率，致使更多的线路不堪重负，相继跳闸，导 致系统崩溃：同时使连锁反应扩大到纽约州西北部。纽约州电力系统为了保护自己，切断与
第一次作业 吴 飞：5120309243 李博森：5120309150 白轩然：5120309645 刘宗林：5120809046 甘宇翔：5120309660 1.北美大停电回顾： 2003 年 8 月 14 日，美国现代文明的脆弱无情地暴露在世人的面前。 北美地区发生有史以来最严重的大面积断电事故，造成国内生产总值每天损失达250 亿 美元至300 亿美元。这个发明电灯电话、百年前就把帝国大厦点亮的强国，电网安全形势同 样不容乐观。 根据事后统计，该次大停电，北美的纽约、底特律、克利夫兰、渥太华、多伦多等重要 城市及周边地区近5000 万人口受到影响，部分经济活动也出现停滞。事故发生后，美国关 闭了位于纽约等四个州境内的九座核电站。停电当天，纽约市发生了60 起严重火灾，电梯 救援行动多达800 次，紧急求救电话接近8 万次，急诊医疗服务求助电话也创记录的达到 5000 次。美国三大汽车制造厂也停止生产、地铁停驶、交通阻塞、班机延误，民众生活面 临种种不便。 据当时纽约市政厅的估算，大面积停电引起地铁、隧道、桥梁关闭，商家停业，仅在税 费上就使纽约市政府少收了近5000 万美元；同时，政府在大停电期间动用了上万名警察和 国民卫队执勤，需支付的加班费在500 万－1000 万美元之间；另外，市政府还要支付2000 多 万美元垃圾清扫、修理受损公用设施的费用；而加上各行业的营业收入损失，按当时纽约市 审计长汤普森的估计，纽约市的各种损失总计将近8 亿到10 亿美元。 而由于停电波及美国 1/4 的地区，如果把这整个地区的损失加总的，据美林公司首席 经济学家戴维·罗森伯格当时的估计，整个经济损失大概在250 亿－300 亿美元之间。 2.大停电原因分析： 2.1直接原因 首先回顾事故的发展过程。美国东部时间2003 年8 月14 日, 俄亥俄州的主力电站——— Davis-Besse 核电站因故早已停运。当日14 :00 , 俄亥俄州的另一个主力火电站(680 MW) ———东湖(East Lake)电厂5 号机组强迫停运(原因不明), 这两个电厂停运使该地区系统 减少15 %的可用电量, 电源严重不足, 电网的脆弱性增加。15 :06 , 克利夫兰市郊的一条 线路过载, 电流加热导线, 造成下垂, 碰到一棵树上, 线路跳闸。按设计, 第1 回线跳开后, 负荷自动转移到另4 回线, 从而使其他4 回线路严重过载。15 :32 , 第2 回线路又因过载 使导线急剧升温软化,落在树上, 引发线路短路跳闸。剩下3 回线路承担了原来5 回线路的 负荷, 过载急剧上升, 又相继跳闸。至16 :06 , 这5 回线路全部中断。若按线路长度在200 km～ 250 km 估算, 大约失去了3 GW的电力传输, 从而引发新一轮连锁事故, 使电力系统振 荡解列为几个孤岛:功率不足的电力系统频率急剧下降甩负荷装置切掉负荷, 导致崩溃;功 率多余的电力系统频率急剧上升, 发电机保护自动切机, 也导致系统崩溃。16 :08 , 美加 东部出现大范围的电压和频率摆动。实际的始作俑者在克利夫兰, 它因缺少大量功率, 先从 密歇根州, 后从加拿大安大略省吸取大量功率, 致使更多的线路不堪重负, 相继跳闸, 导 致系统崩溃;同时使连锁反应扩大到纽约州西北部。纽约州电力系统为了保护自己, 切断与
加拿大的联系，导致纽约州电力系统功率过剩，发电机功率送不出去，也自动切机，从而相 继停电。至16：25,7个不同厂址的9个核电机组己全部跳闸。至此，美加东部大多数地 区无电可供。 从第1次扰动到系统崩溃的145min内，丧失了许多机会，未能及时采取措施把事故 限制在最小程度。原因就在于美国没有统一调度，美国电力系统由各区域的分系统组成，保 护、控制自成系统，发生事故时没有全局观念，信息不通，耽误了处理事故的时间。 2.2宏观原因 2.2.1民用和商业用电增加过快 人口增加，小电器增加，住房增加，使空调负荷大量增加。北美的人均用电量已在 10MW·h/年以上。每人增加用电量0.5%，总计就是11.5GW·h,相当于建一个容量为230MW 的火电厂。而美国的空调几乎是同一种效率不高的设备，夏天每个家庭把空调温度调低1℃， 就会给电网增加很大的压力。这个炎热的夏天，北美电网负荷过重。 2.2.2电网严重老化 自1993年以来，对电网的投资减少了50%。另外，美国的电网是逐个建立起来的，过 去按垄断方法来管理，不适应现在高度竞争的环境。美国电力科学研究院估计，过去10年 电力需求量增加了30%，而高压输电线的容量只增加了15%。输电线路投资回报过低也影响 投资者的积极性，过去输电线路投资回报率为10%~11%，布什政府把它提高到14%~ 15%,仍然偏低。 另外，居民和环境保护主义者反对建造输电线，输电公司要花很大精力与他们周旋。例 如，要建一回跨越南部的高压电缆线路，将新哈文的电力送到长岛，遭到康涅狄格州包括 新哈文市检察总长在内的官员强烈反对。他们试图通过法律文件阻止建电缆线路。前能源部 长理查森说：美国是一个超级大国，却拥有第三世界的电网。最终制约输电能力的瓶颈是老 化的输电网架。 2.2.3输电系统严重堵塞 输电系统本应成为美国现代电力市场的高速公路，然而它不是按此目的设计的，而是 一个一个地由各个州建立，然后连接起来的，反而成为制约把电能送到需要地方的瓶颈。特 别在炎热夏天高峰负荷的时候，输电系统严重堵塞和过载。 不完善的电力市场在一定程度上造成这种局面。华盛顿公共能源项目经理赫特说，以前 可靠性是电力系统运行的主要目标，现在目标是挣钱，为了挣钱，不惜让线路严重过负荷， 造成恶果。从表面看，2003年大停电似乎与1996年大停电差不多。其实不然，网络结线已 有很大变化，区域间的电力交换更是大得多。可以说，不完善的市场竞争导致输电能力接近 或超过稳定乃至发热极限，也是事故的诱发原因之一。 2.2.4没有统一的调度，管理体制有漏洞 美国电网的调度、负荷平衡、事故处理都是按协议进行的，在危急的情况下往往各自为 政，不利于事故时的协调处理。这在第3.1节事故直接原因分析中可见一斑。 3.北美大停电对中国的启示 3.1中国电力系统的相对优势 美国目前的全国输电系统是由一个个州的输电系统连接而成的，未经统一规划设计。中 国大区输电系统经统一规划设计，大区主网架较清晰，三峡水电站出现后，全国联网也是 有规划的。大停电后，美国要花500亿美元~1000亿美元来改造输电系统。可如何改造？ 需求是多少？如何分步实施？投入产出是多少？这些都要规划。现代化大电力系统没有规划
加拿大的联系, 导致纽约州电力系统功率过剩, 发电机功率送不出去,也自动切机, 从而相 继停电。至16 :25 , 7 个不同厂址的9 个核电机组已全部跳闸。至此, 美加东部大多数地 区无电可供。 从第1 次扰动到系统崩溃的145 min 内, 丧失了许多机会, 未能及时采取措施把事故 限制在最小程度。原因就在于美国没有统一调度, 美国电力系统由各区域的分系统组成, 保 护、控制自成系统, 发生事故时没有全局观念, 信息不通, 耽误了处理事故的时间。 2.2宏观原因 2.2.1 民用和商业用电增加过快 人口增加, 小电器增加, 住房增加, 使空调负荷大量增加。北美的人均用电量已在 10 MW·h/年以上。每人增加用电量0.5 %, 总计就是11.5 GW·h , 相当于建一个容量为230MW 的火电厂。而美国的空调几乎是同一种效率不高的设备,夏天每个家庭把空调温度调低1 ℃, 就会给电网增加很大的压力。这个炎热的夏天, 北美电网负荷过重。 2.2.2电网严重老化 自1993 年以来, 对电网的投资减少了50 %。另外, 美国的电网是逐个建立起来的, 过 去按垄断方法来管理, 不适应现在高度竞争的环境。美国电力科学研究院估计, 过去10 年 电力需求量增加了30 %,而高压输电线的容量只增加了15 %。输电线路投资回报过低也影响 投资者的积极性, 过去输电线路投资回报率为10 % ～ 11 %, 布什政府把它提高到14 %～ 15 %, 仍然偏低。 另外, 居民和环境保护主义者反对建造输电线,输电公司要花很大精力与他们周旋。例 如, 要建一回跨越南部的高压电缆线路, 将新哈文的电力送到长岛, 遭到康涅狄格州包括 新哈文市检察总长在内的官员强烈反对。他们试图通过法律文件阻止建电缆线路。前能源部 长理查森说:美国是一个超级大国, 却拥有第三世界的电网。最终制约输电能力的瓶颈是老 化的输电网架。 2.2.3输电系统严重堵塞 输电系统本应成为美国现代电力市场的高速公路, 然而它不是按此目的设计的, 而是 一个一个地由各个州建立, 然后连接起来的, 反而成为制约把电能送到需要地方的瓶颈。特 别在炎热夏天高峰负荷的时候, 输电系统严重堵塞和过载。 不完善的电力市场在一定程度上造成这种局面。华盛顿公共能源项目经理赫特说, 以前 可靠性是电力系统运行的主要目标, 现在目标是挣钱, 为了挣钱, 不惜让线路严重过负荷, 造成恶果。从表面看, 2003 年大停电似乎与1996 年大停电差不多。其实不然, 网络结线已 有很大变化, 区域间的电力交换更是大得多。可以说, 不完善的市场竞争导致输电能力接近 或超过稳定乃至发热极限, 也是事故的诱发原因之一。 2.2.4没有统一的调度, 管理体制有漏洞 美国电网的调度、负荷平衡、事故处理都是按协议进行的, 在危急的情况下往往各自为 政, 不利于事故时的协调处理。这在第3.1 节事故直接原因分析中可见一斑。 3. 北美大停电对中国的启示 3.1中国电力系统的相对优势 美国目前的全国输电系统是由一个个州的输电系统连接而成的, 未经统一规划设计。中 国大区输电系统经统一规划设计, 大区主网架较清晰, 三峡水电站出现后, 全国联网也是 有规划的。大停电后, 美国要花500 亿美元～ 1 000 亿美元来改造输电系统。可如何改造? 需求是多少? 如何分步实施? 投入产出是多少? 这些都要规划。现代化大电力系统没有规划
是难以想象的。 尽管中国输电系统规模比美国小，但美国的输电系统建设较早，己经处在寿命的老年 期，而中国输电系统建设较晚，处在寿命的有效期.2001年和2002年，中国在输电系统的 投资达2500亿元，占同期电力投资的一半。新增330kV及以上线路1.11万km,330kW以 上变压器容量47.2GVA。1998年开始的农村电网改造累计投资2800亿元，超过建国以来 50年投资的总和。中国电力科学研究院给出的统计数据（见：中国电力科学研究院 2000年《实用的概率稳定评估方法研究》)表明，中国电力系统稳定破坏的局部事故1970 年~1980年为219次，平均19.1次/年，1981年~1990年为84次，平均8.4次/年， 1991年~1997年为27次，平均3.85次/年。可见，随着中国电力系统容量不断扩大，技 术水平和管理水平己有大幅度提高。当然，输电网相对薄弱的问题尚未彻底解决，还要下大 功夫。 中国有国家电力调度中心和大区电力调度中心，生产指挥系统较强。只要我们吸取北美 大停电的教训，防患于未然，就可避免类似事件在中国重演。 3.2提高对电力系统可靠性的认识 一个国家电力系统的主网架的可靠性是其持续发展的物质基础，也是国家安全的重要 内容。电力系统可靠性是一项复杂的系统工程，既要国家和地方的领导重视，又要在设计、 运行、管理、实验和用电过程各个环节精心筹划，让可靠性始终保持在较高水平。近年来，电 力系统可靠性无论在研究、教学和工程应用方面，都取得了显著进步。在三峡工程、龙滩水 电站设计、田湾核电站外电网可靠性评价、东北与华北联网可靠性评价等课题中都取得重要 成果，开发了一批有独立知识产权的应用软件。 3.3加强电力系统可靠性的科学研究 目前，建议做好以下工作：①应用现有应用软件对设计的工程项目进行可靠性评价：② 每月对大区跨省电力系统进行充裕性和安全性评估，找出瓶颈，提出对策：③有核电站的系 统，应研究核电站突然停机后的系统供电方案，并做可靠性评价；④开展系统解列为孤岛后 电力系统可靠性评价的研究：⑤开展停电损失计算方法的研究：⑥开展可靠性与经济性的协 调的研究：⑦开展危急情况下计算机系统（软件、计算机、通信系统）安全性的研究：⑧开展电 力市 场中可靠性准入制度的理论和实施方案的研究：⑨开展旧输电网残存寿命评估及更新策略的 研究。 3.4尽快制定一批电力系统可靠性标准 建议尽快制定一批有中国特色的、与国际接轨的电力系统可靠性标准，用以指导电力系 统的运营。建议尽快修改我国的电力法，加入电力系统可靠性语言， 3.5建立有效的社会应急机制 现代大都市都应考虑完备的应急机制，一旦发生恐怖袭击或类似大停电的严重自然灾 害，能在极短的时间内将其启动，把灾害造成的损失降到最低。在“8·14”大停电这场突 发事故中，纽约市政府、公共和私营部门都分别采取了应急措施，成功地度过了危机。以下 3条经验具有借鉴意义： A:,及时公布有关信息，稳定民心。 B:民防部门迅速启动应急计划。 C:紧急事务电话系统和便民电话系统始终保持畅通
是难以想象的。 尽管中国输电系统规模比美国小, 但美国的输电系统建设较早, 已经处在寿命的老年 期, 而中国输电系统建设较晚, 处在寿命的有效期。2001 年和2002 年, 中国在输电系统的 投资达2 500 亿元, 占同期电力投资的一半。新增330 kV 及以上线路1.11 万km , 330 kV 以 上变压器容量47.2 GVA 。1998 年开始的农村电网改造累计投资2 800 亿元,超过建国以来 50 年投资的总和。中国电力科学研究院给出的统计数据(见:中国电力科学研究院 2000 年《实用的概率稳定评估方法研究》)表明, 中国电力系统稳定破坏的局部事故1970 年～ 1980 年为219 次, 平均19.1 次/年, 1981 年～ 1990 年为84 次, 平均8.4 次/年, 1991 年～ 1997 年为27 次, 平均3.85 次/年。可见, 随着中国电力系统容量不断扩大, 技 术水平和管理水平已有大幅度提高。当然,输电网相对薄弱的问题尚未彻底解决, 还要下大 功夫。 中国有国家电力调度中心和大区电力调度中心, 生产指挥系统较强。只要我们吸取北美 大停电的教训, 防患于未然, 就可避免类似事件在中国重演。 3.2提高对电力系统可靠性的认识 一个国家电力系统的主网架的可靠性是其持续发展的物质基础, 也是国家安全的重要 内容。电力系统可靠性是一项复杂的系统工程, 既要国家和地方的领导重视, 又要在设计、 运行、管理、实验和用电过程各个环节精心筹划, 让可靠性始终保持在较高水平。近年来, 电 力系统可靠性无论在研究、教学和工程应用方面, 都取得了显著进步。在三峡工程、龙滩水 电站设计、田湾核电站外电网可靠性评价、东北与华北联网可靠性评价等课题中都取得重要 成果, 开发了一批有独立知识产权的应用软件。 3.3加强电力系统可靠性的科学研究 目前, 建议做好以下工作:①应用现有应用软件对设计的工程项目进行可靠性评价;② 每月对大区跨省电力系统进行充裕性和安全性评估, 找出瓶颈,提出对策;③有核电站的系 统, 应研究核电站突然停机后的系统供电方案, 并做可靠性评价;④开展系统解列为孤岛后 电力系统可靠性评价的研究;⑤开展停电损失计算方法的研究;⑥开展可靠性与经济性的协 调的研究;⑦开展危急情况下计算机系统(软件、计算机、通信系统)安全性的研究;⑧开展电 力市 场中可靠性准入制度的理论和实施方案的研究;⑨开展旧输电网残存寿命评估及更新策略的 研究。 3.4尽快制定一批电力系统可靠性标准 建议尽快制定一批有中国特色的、与国际接轨的电力系统可靠性标准, 用以指导电力系 统的运营。建议尽快修改我国的电力法, 加入电力系统可靠性语言. 3.5建立有效的社会应急机制 现代大都市都应考虑完备的应急机制, 一旦发生恐怖袭击或类似大停电的严重自然灾 害, 能在极短的时间内将其启动, 把灾害造成的损失降到最低。在“8·14”大停电这场突 发事故中, 纽约市政府、公共和私营部门都分别采取了应急措施, 成功地度过了危机。以下 3 条经验具有借鉴意义: A：.及时公布有关信息, 稳定民心。 B: 民防部门迅速启动应急计划。 C: 紧急事务电话系统和便民电话系统始终保持畅通