第27卷第10期 电网技术 Vol.27 No.10 2003年10月 Power System Technology 0ct2003 文章编号：1000-3673(2003)10-0008-04 中图分类号：TM7 文献标识码：A 美加“8·14大停电事故初步分析以及应吸取的教训 印永华，郭剑波，赵建军，卜广全 (中国电力科学研究院，北京100085) PRELIMINARY ANALYSIS OF LARGE SCALE BLACKOUT IN INTERCONNECTED NORTH AMERICA POWER GRID ON AUGUST 14 AND LESSONS TO BE DRAWN YIN Yong-hua,GUO Jian-bo,ZHAO Jian-jun,BU Guang-quan (China Electric Power Research Institute,Beijing 100085,China) 摘要：介绍了美加“814”大停电事故的发生、发展及恢复过 程，从电网结构、设备、调度运行、保护控制、管理体制、厂 网协调、系统计算和试验研究等方面分析了事故发生的原因， 指出了从美加大停电事故中应吸取的教训，并提出了保证我国 电网安全稳定运行应做好的工作。 关键词：美加大停电：电力系统：稳定 1事故概况及背景 纽约州 美国东部时间(EDT)2003年8月14日16：11（北 宾夕法尼亚 京时间2003年8月15日4：11)，以北美五大湖为中 AEP 心的地区发生大停电事故，包括美国东部的纽约、密 我亥俄 印第 歇根、俄亥俄、马萨诸塞、康涅狄格、新泽西州北部 安到 和新英格兰部分地区，以及加拿大的安大略等地区。 这是北美有史以来最大规模的停电事故，也是继1965 图1北美五大湖区5家电力公司供电区域 年、1977年以来的第三次大停电。停电涉及美国整个 以及正常状况下潮流方向 东部互联电网，但南部和西部电网未受影响。事故中 发生过程如下（采用美国东部时间-EDT): 至少有21座电厂停运，其中包括位于美国4个州的9 (1)8月14日15：06俄亥俄州 座核电厂，约5000万人受到影响，纽约州80%供电中 Chamberlain-Harding345kV线路跳闸，由此线路供电 断。 的克利夫兰地区用电受到影响。在此之前的14：00， 北美五大湖区由5家电力公司供电，分别是美 位于俄亥俄州北部的第一能源公司Eastlake电厂的 国电力(America Electric Power-AEP)、第一能源 550MW发电机组停运。 公司(First Energy-FE)、独立市场运营商 (2)15.32 Hanna--Juniper345kV线路跳闸，克 (Independent Market Operator-IMO)、国际输电公 利夫兰失去第二回电源线，电压降低：密歇根州内线 (International Transmission Company-ITC) 路潮流保持稳定。 密歇根输电公司(Michigan Electric Transmission (3)15:41Star-S.Canton345kV线路跳闸。 Company-METC),其供电区域以及正常状况下的潮流 (4)15:46Tidd-Canton Ctrl345kV线路跳闸。 方向如图1所示。事故前第一能源公司(E)的戴维 克利夫兰附近电压恶化，密歇根州内线路潮流仍保持 斯贝斯(Davis Besse)核电站因检修停运。 稳定。 (5)16:06 Sammis-Star345kV线路跳闸，由于 2事故的发生及发展情况 此线路向俄亥俄州北部供电，致使俄亥俄州北部供电 北美电力系统可靠性协会(NERC)于2O03年8 不足，俄亥俄州与密歇根州间潮流发生逆转，约 月14日发布了此次大停电事故的情况报告，事故 20OMW功率从密歇根州流向俄亥俄州。 C1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 27 卷 第 10 期 电 网 技 术 Vol. 27 No. 10 2003 年 10 月 Power System Technology Oct. 2003 文章编号：1000-3673（2003）10-0008-04 中图分类号：TM7 文献标识码：A 美加“8·14”大停电事故初步分析以及应吸取的教训 印永华，郭剑波，赵建军，卜广全 （中国电力科学研究院，北京 100085） PRELIMINARY ANALYSIS OF LARGE SCALE BLACKOUT IN INTERCONNECTED NORTH AMERICA POWER GRID ON AUGUST 14 AND LESSONS TO BE DRAWN YIN Yong-hua，GUO Jian-bo，ZHAO Jian-jun，BU Guang-quan （China Electric Power Research Institute，Beijing 100085，China） 摘要：介绍了美加“8•14”大停电事故的发生、发展及恢复过 程，从电网结构、设备、调度运行、保护控制、管理体制、厂 网协调、系统计算和试验研究等方面分析了事故发生的原因， 指出了从美加大停电事故中应吸取的教训，并提出了保证我国 电网安全稳定运行应做好的工作。 关键词：美加大停电；电力系统；稳定 1 事故概况及背景 美国东部时间（EDT）2003 年 8 月 14 日 16:11（北 京时间 2003 年 8 月 15 日 4:11），以北美五大湖为中 心的地区发生大停电事故，包括美国东部的纽约、密 歇根、俄亥俄、马萨诸塞、康涅狄格、新泽西州北部 和新英格兰部分地区，以及加拿大的安大略等地区。 这是北美有史以来最大规模的停电事故，也是继 1965 年、1977 年以来的第三次大停电。停电涉及美国整个 东部互联电网，但南部和西部电网未受影响。事故中 至少有 21 座电厂停运，其中包括位于美国 4 个州的 9 座核电厂，约 5000 万人受到影响，纽约州 80%供电中 断。 北美五大湖区由 5 家电力公司供电，分别是美 国电力（America Electric Power-AEP）、第一能源 公司（ First Energy-FE ）、独立市场运营商 （Independent Market Operator-IMO）、国际输电公 司（International Transmission Company-ITC）和 密歇根输电公司（Michigan Electric Transmission Company-METC），其供电区域以及正常状况下的潮流 方向如图 1 所示。事故前第一能源公司（FE）的戴维 斯贝斯（Davis Besse）核电站因检修停运。 2 事故的发生及发展情况 北美电力系统可靠性协会（NERC）于 2003 年 8 月 14 日发布了此次大停电事故的情况报告，事故 METC ITC IMO AEP 印第 安纳 俄亥俄 宾夕法尼亚 纽约州 多伦多 地区 密歇根 AEP FE 图 1 北美五大湖区 5 家电力公司供电区域 以及正常状况下潮流方向 发生过程如下（采用美国东部时间-EDT）： （ 1 ） 8 月 1 4 日 1 5 :06 俄亥俄州 Chamberlain–Harding 345kV 线路跳闸，由此线路供电 的克利夫兰地区用电受到影响。在此之前的 14:00， 位于俄亥俄州北部的第一能源公司 Eastlake 电厂的 550MW 发电机组停运。 （2）15:32 Hanna–Juniper 345kV线路跳闸，克 利夫兰失去第二回电源线，电压降低；密歇根州内线 路潮流保持稳定。 （3）15:41 Star–S. Canton 345kV 线路跳闸。 （4）15:46 Tidd–Canton Ctrl 345kV线路跳闸。 克利夫兰附近电压恶化，密歇根州内线路潮流仍保持 稳定。 （5）16:06 Sammis–Star 345kV线路跳闸，由于 此线路向俄亥俄州北部供电，致使俄亥俄州北部供电 不足，俄亥俄州与密歇根州间潮流发生逆转，约 200MW 功率从密歇根州流向俄亥俄州
第27卷第10期 电网技术 9 (6)16:08加拿大与美国东部发生明显的功率摇 于警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员， 摆。又有两回线(E.Lima-Fostoria和Muskingum-OH 15:32该线路因短路故障而跳闸，使得克利夫兰失去 Central)跳开，俄亥俄州北部功率严重不足，约 第二回电源线，系统电压降低。 2200MW功率从密歇根州流向俄亥俄州。密歇根州至 此后，发生了一系列连锁反应，包括：多回输电 安大略省的潮流发生逆转，约200MW功率从安大略 线路跳开、潮流大范围转移、系统发生摇摆和振荡、 省流向密歇根州。密歇根州电压下降，使密歇根州中 局部系统电压进一步降低，引起发电机组跳闸，使系 部两座电厂共计1800MW机组在15s内相继跳闸，导 统功率缺额增大，进一步发生电压崩溃，同时有更多 致密歇根州电压崩溃。 的发电机和输电线路跳开，造成大面积停电的发生。 (7)16:10 Campbell电厂3号机组跳闸： 在首先跳开的5回345kV线路中，除第4回属于 Hampton-Thetford345kV线路跳闸：Oneida-Majestic AEP公司外，其他4回均属于FE公司。他们认为，虽 345kV线路跳闸：TC系统电压崩溃，造成密歇根州 然有一些线路跳闸，系统也是安全的，因而未与其他 30条线路跳闸，METC℃与TC间的联络线断开，使 相连系统解列，导致事故扩大。 T℃成为孤岛。此时俄亥俄州仍从密歇根州吸取功率。 美国电科院(EPI)专家根据记录到的电压和电 从安大略省流向密歇根州的功率达到2800MW。 流波形，认为在事故过程中呈现出一种暂态电压崩溃 (8)16:11Avon电厂9号机组跳闸：Beaver-Davis (变化过程通常为010s)现象。这种情况往往出现 Besse线路跳闸：Midway-Lemoyne-Foster138kV线 在重负荷时，特别是在负荷以电动机为主的情况下 路跳闸：俄亥俄州Pemy核电站的1号机组跳闸。 (天气炎热，空调负荷增加)，当某种原因造成电压 (9)16:17Femi核电站全部机组跳闸。 很低时，电动机会抽取大量无功功率，导致电压崩溃。 (10)16:1716:21密歇根州许多线路跳闸，并 4.2事故原因分析 有以下发电机组退出运行：St.Clair7号机组，Judd 下面从八方面对事故原因作初步分析。 电站机组，Monroe 1、2、3号机组，Greenwood电 (1)电网结构方面 站机组，St.Clair2、4、6号机组，Trenton7、8、9号 美国存在200多个独立的电网。这次发生大面积 机组。 停电事故的东北部地区同样存在着众多的独立电网， (11)在此后的近2min内，安大略省的系统仍与 电网之间经多级电压和多点进行联网，增加了电网保 密歇根州相连，并试图支持密歇根州和俄亥俄州系 护和控制（包括解列）的难度。被认为造成大停电的 统，但未成功。 主要导火线是包括底特律、多伦多和克利夫兰地区 3事故损失负荷及造成的影响 的Eie湖大环网，沿该环网流动的潮流经常无任何预 此次事故共计损失负荷61800MW,受停电影响人 警地发生转向，造成下方城市负荷加重。此次系统潮 数5000万。各区域电网损失负荷见表1。 流突然发生转向时，控制室的调度员面对这一情况束 手无策。 表1截止到8月14日20：02各区域电网损失负荷 PM中西部魁北克安大略新英格兰纽约 (2)电网设备方面 区域电网 互联电网1S0水电局MOIS01S0 总计 美国高压主干电网至少已有四五十年的历史， 损失负荷 4200130001002000025002200061800 MW 些早期建设的线路及设备比较陈旧，而更新设备又需 要大量资金投入。投资电网建设的资金回报周期长、 4 对事故原因的推测 回报率低。例如在20世纪90年代，投资发电厂资金 4.1事故起因和发展过程 回报率常常在12%~15%，而投资输电线路只有8%左 根据北美电力可靠性协会(NERC)公布的有关事 右。因此，只有当供电可靠性问题非常严重，或是供 故资料，可看出事故起因和发展过程： 电要求迫切时，电力公司才会考虑投资修建输电线 在发生大停电事故前1h,即美国东部时间15：06， 美国俄亥俄州的一条345kW输电线路 路。另外，环保方面的限制也增加了输电线路建设的 (Camberlain-Harding)跳开，其输送的功率转移 难度。 到相邻的345kV线路(Hanna-Juniper)上，引起该 (3)电网调度方面 线路长时间过热并下垂，从而接触线下树木。当时由 由于没有统一调度的机制，各地区电网之间缺乏 C1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 27 卷 第 10 期 电 网 技 术 9 （6）16:08 加拿大与美国东部发生明显的功率摇 摆。又有两回线（E.Lima–Fostoria和 Muskingum–OH Central）跳开，俄亥俄州北部功率严重不足，约 2200MW功率从密歇根州流向俄亥俄州。密歇根州至 安大略省的潮流发生逆转，约 200MW 功率从安大略 省流向密歇根州。密歇根州电压下降，使密歇根州中 部两座电厂共计 1800MW机组在 15s 内相继跳闸，导 致密歇根州电压崩溃。 （7）16:10 Campbell 电厂 3 号机组跳闸； Hampton–Thetford 345kV线路跳闸；Oneida–Majestic 345kV 线路跳闸；ITC 系统电压崩溃，造成密歇根州 30 条线路跳闸，METC 与 ITC 间的联络线断开，使 ITC 成为孤岛。此时俄亥俄州仍从密歇根州吸取功率。 从安大略省流向密歇根州的功率达到 2800MW。 （8）16:11 Avon电厂 9 号机组跳闸；Beaver–Davis Besse 线路跳闸；Midway–Lemoyne–Foster 138kV线 路跳闸；俄亥俄州 Perry 核电站的 1 号机组跳闸。 （9）16:17 Fermi 核电站全部机组跳闸。 （10）16:17~16:21 密歇根州许多线路跳闸，并 有以下发电机组退出运行：St. Clair 7 号机组，Judd 电站机组，Monroe 1、2 、3 号机组，Greenwood 电 站机组，St.Clair 2、4、6 号机组，Trenton 7、8、9 号 机组。 （11）在此后的近2min内，安大略省的系统仍与 密歇根州相连，并试图支持密歇根州和俄亥俄州系 统，但未成功。 3 事故损失负荷及造成的影响 此次事故共计损失负荷61800MW，受停电影响人 数 5000 万。各区域电网损失负荷见表 1。 表1 截止到8月14日20:02各区域电网损失负荷 区域电网 PJM 互联电网 中西部 ISO 魁北克 水电局 安大略 IMO 新英格兰 ISO 纽约 ISO 总计 损失负荷 MW 4200 13000 100 20000 2500 22000 61800 4 对事故原因的推测 4.1 事故起因和发展过程 根据北美电力可靠性协会（NERC）公布的有关事 故资料，可看出事故起因和发展过程： 在发生大停电事故前1h，即美国东部时间15:06， 美国俄亥俄州的一条 345 kV 输电线路 （Camberlain–Harding）跳开，其输送的功率转移 到相邻的 345kV 线路（Hanna–Juniper）上，引起该 线路长时间过热并下垂，从而接触线下树木。当时由 于警报系统失灵没能及时报警并通知运行人员， 15:32 该线路因短路故障而跳闸，使得克利夫兰失去 第二回电源线，系统电压降低。 此后，发生了一系列连锁反应，包括：多回输电 线路跳开、潮流大范围转移、系统发生摇摆和振荡、 局部系统电压进一步降低，引起发电机组跳闸，使系 统功率缺额增大，进一步发生电压崩溃，同时有更多 的发电机和输电线路跳开，造成大面积停电的发生。 在首先跳开的 5 回 345kV线路中，除第4 回属于 AEP 公司外，其他 4 回均属于 FE 公司。他们认为，虽 然有一些线路跳闸，系统也是安全的，因而未与其他 相连系统解列，导致事故扩大。 美国电科院（EPRI）专家根据记录到的电压和电 流波形，认为在事故过程中呈现出一种暂态电压崩溃 （变化过程通常为 0~10s）现象。这种情况往往出现 在重负荷时，特别是在负荷以电动机为主的情况下 （天气炎热，空调负荷增加），当某种原因造成电压 很低时，电动机会抽取大量无功功率，导致电压崩溃。 4.2 事故原因分析 下面从八方面对事故原因作初步分析。 （1）电网结构方面 美国存在 200 多个独立的电网。这次发生大面积 停电事故的东北部地区同样存在着众多的独立电网， 电网之间经多级电压和多点进行联网，增加了电网保 护和控制（包括解列）的难度。被认为造成大停电的 主要导火线是包括底特律、多伦多和 克利夫兰地区 的 Erie 湖大环网，沿该环网流动的潮流经常无任何预 警地发生转向，造成下方城市负荷加重。此次系统潮 流突然发生转向时，控制室的调度员面对这一情况束 手无策。 （2）电网设备方面 美国高压主干电网至少已有四五十年的历史，一 些早期建设的线路及设备比较陈旧，而更新设备又需 要大量资金投入。投资电网建设的资金回报周期长、 回报率低。例如在 20 世纪 90 年代，投资发电厂资金 回报率常常在 12%~15%，而投资输电线路只有 8%左 右。因此，只有当供电可靠性问题非常严重，或是供 电要求迫切时，电力公司才会考虑投资修建输电线 路。另外，环保方面的限制也增加了输电线路建设的 难度。 （3）电网调度方面 由于没有统一调度的机制，各地区电网之间缺乏
10 Power System Technology Vol.27 No.10 及时有效的信息交换，因此在事故发展过程中，无法 而具有公用事业性质的电网公司只能在现有的条件 做到对事故处理的统一指挥，导致了事故蔓延扩大。 下来管理，在安全性方面存在较多的隐患。这次大停 国际电网公司(TC)追踪到大停电以前1h5min的数 电给社会、经济秩序造成的损失使公众加深了对电网 据，认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异 安全重要性的认识，将引起各方面的深刻反思。目前 常信号，就可能及时采取应急措施，制止大停电事故 美国有关方面正在对事故进行深入调查。 的发生。 (4)保护控制技术方面 5事故的恢复过程 美国电网结构复杂，容易造成运行潮流相互窜 截止到8月14日19：30，共恢复负荷1340MW, 动，增加了电网保护、控制以及解列的难度。这次停 其中PM电网80OMW、魁北克水电局4OMW、新英 电事件中，在事故发生初期FE与AEP公司的多条联 格兰500MW。 络线跳闸（有些在紧急额定容量以下），对事故扩大 截止到8月14日23：00，共恢复负荷21300MW, 起到推波助澜的作用。ERC在对事故记录的调查中 其中PM电网1400MW、魁北克水电局10OMW、新 发现许多“时标”不准确，原因是记录信息的计算机 英格兰1200MW、纽约13600MW、安大略5000MW。 发生信息积压，或者是时钟没有与国家标准时间校 截止到8月15日5：00，共恢复负荷41100MW, 准。 其中PM电网4000MW、魁北克水电局100MW、新 (5)电力市场化体制方面 英格兰2400MW、纽约18400MW、安大略8500MW、 电力市场化也存在一些负面影响，例如电力放松 其他地区7700MW。 管制后，电网设备方面的投资相应减少。据美国有关 截止到8月15日11：00，共恢复负荷48600MW。 方面的统计资料显示，在过去10年内，美国负荷需 大部分跳闸线路和停运机组都恢复了运行，绝大部分 求增加了30%，但输电能力仅增加了15%，由此使高 受影响的居民恢复了正常用电。 压线路的功率输送裕度减少，电网常常工作在危险区 或边缘区。 2003年8月17日17：00，除了密歇根至安大略的 此外，在现有电网条件下虽可以采用一些新技术 线路外，所有在大停电中停运的线路都投入了运行。 来提高电网输送容量，以防止事故扩展到全网，但这 需要指出的是：退出运行的核电站需要几天时间 种投资回报率低，难以吸引足够的投资。 才能逐步并网运行，其它一些退出运行的火电机组在 (6)厂网协调方面 几个小时内就可以并网运行。 由于未建立起厂网协调的继电保护和安全稳定 6历史上美加东北部电网发生的两次大停电 控制系统，使得在系统电压下降时，许多发电机组很 事故 快退出运行，加剧了电压崩溃的发生。 (7)系统计算分析和仿真试验方面 6.11965年美加东北部电网11.9大停电事故 此次事故从第一回线路跳开至系统崩溃历时1个 1965年11月9日17：16开始发生事故，影响范 多小时，由于未及时采取措施而导致了事故扩大。如 围包括美国纽约和东北部6个州以及加拿大安大略 果事先对这类运行方式作好充分的系统计算分析或 省。 仿真试验，采取相应的防范措施，是可以防止事故扩 (1)事故发生前电网情况 大的。但由于计算分析和仿真试验方面存在不足，未 美加东北部电网包括25家美国电力公司和加拿 能作好充分的反事故预案准备。 大安大略水电局，其南部通过6条230kV及115kV (8)经济性和安全性统筹考虑方面 线路与PM系统相连。东北部电网各公司电网间有 本次大停电发生后，在美国从政府、电力公司到 345kV、230kV和138kV联络线，但无联营组织，各 公众都在反省：电网到底出了什么问题？实际上电力 单位各自为政。事故前各地区发电及负荷基本平衡， 行业的人士对技术层次上的原因是清楚的，也曾经提 潮流流向为美国向加拿大送电310MW。 出了不少很好的建议，然而大都没能得到采纳。根本 (2)事故发生的原因 原因在于：美国社会以追求经济利益的最大化为唯一 事故起因是线路保护定值整定有误，当水电多 目标。尽管也有保证电网安全的呼声，但是比较微弱。 发，使线路潮流增大到36OMW时，后备保护动作， C1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
10 Power System Technology Vol. 27 No. 10 及时有效的信息交换，因此在事故发展过程中，无法 做到对事故处理的统一指挥，导致了事故蔓延扩大。 国际电网公司（ITC）追踪到大停电以前 1h 5min的数 据，认为如果能够早一点得到系统发生事故的一些异 常信号，就可能及时采取应急措施，制止大停电事故 的发生。 （4）保护控制技术方面 美国电网结构复杂，容易造成运行潮流相互窜 动，增加了电网保护、控制以及解列的难度。这次停 电事件中，在事故发生初期 FE与 AEP 公司的多条联 络线跳闸（有些在紧急额定容量以下），对事故扩大 起到推波助澜的作用。NERC 在对事故记录的调查中 发现许多“时标”不准确，原因是记录信息的计算机 发生信息积压，或者是时钟没有与国家标准时间校 准。 （5）电力市场化体制方面 电力市场化也存在一些负面影响，例如电力放松 管制后，电网设备方面的投资相应减少。据美国有关 方面的统计资料显示，在过去 10 年内，美国负荷需 求增加了 30%，但输电能力仅增加了 15%，由此使高 压线路的功率输送裕度减少，电网常常工作在危险区 或边缘区。 此外，在现有电网条件下虽可以采用一些新技术 来提高电网输送容量，以防止事故扩展到全网，但这 种投资回报率低，难以吸引足够的投资。 （6）厂网协调方面 由于未建立起厂网协调的继电保护和安全稳定 控制系统，使得在系统电压下降时，许多发电机组很 快退出运行，加剧了电压崩溃的发生。 （7）系统计算分析和仿真试验方面 此次事故从第一回线路跳开至系统崩溃历时1个 多小时，由于未及时采取措施而导致了事故扩大。如 果事先对这类运行方式作好充分的系统计算分析或 仿真试验，采取相应的防范措施，是可以防止事故扩 大的。但由于计算分析和仿真试验方面存在不足，未 能作好充分的反事故预案准备。 （8）经济性和安全性统筹考虑方面 本次大停电发生后，在美国从政府、电力公司到 公众都在反省：电网到底出了什么问题？实际上电力 行业的人士对技术层次上的原因是清楚的，也曾经提 出了不少很好的建议，然而大都没能得到采纳。根本 原因在于：美国社会以追求经济利益的最大化为唯一 目标。尽管也有保证电网安全的呼声，但是比较微弱。 而具有公用事业性质的电网公司只能在现有的条件 下来管理，在安全性方面存在较多的隐患。这次大停 电给社会、经济秩序造成的损失使公众加深了对电网 安全重要性的认识，将引起各方面的深刻反思。目前 美国有关方面正在对事故进行深入调查。 5 事故的恢复过程 截止到 8 月 14 日 19:30，共恢复负荷 1340MW， 其中 PJM电网 800MW、魁北克水电局 40MW、新英 格兰 500MW。 截止到 8 月 14 日 23:00，共恢复负荷 21300MW， 其中 PJM电网 1400MW、魁北克水电局 100MW、新 英格兰 1200MW、纽约13600MW、安大略5000MW。 截止到 8 月 15 日 5:00，共恢复负荷 41100MW， 其中 PJM电网 4000MW、魁北克水电局 100MW、新 英格兰 2400MW、纽约18400MW、安大略8500MW、 其他地区 7700MW。 截止到 8 月 15 日 11:00，共恢复负荷 48600MW。 大部分跳闸线路和停运机组都恢复了运行，绝大部分 受影响的居民恢复了正常用电。 2003 年 8 月 17 日 17:00，除了密歇根至安大略的 线路外，所有在大停电中停运的线路都投入了运行。 需要指出的是：退出运行的核电站需要几天时间 才能逐步并网运行，其它一些退出运行的火电机组在 几个小时内就可以并网运行。 6 历史上美加东北部电网发生的两次大停电 事故 6.1 1965 年美加东北部电网 11. 9 大停电事故 1965 年 11 月 9 日 17:16 开始发生事故，影响范 围包括美国纽约和东北部 6 个州以及加拿大安大略 省。 （1）事故发生前电网情况 美加东北部电网包括 25 家美国电力公司和加拿 大安大略水电局，其南部通过 6 条 230 kV 及 115kV 线路与 PJM 系统相连。东北部电网各公司电网间有 345kV、230kV和 138kV联络线，但无联营组织，各 单位各自为政。事故前各地区发电及负荷基本平衡， 潮流流向为美国向加拿大送电 310MW。 （2）事故发生的原因 事故起因是线路保护定值整定有误，当水电多 发，使线路潮流增大到 360MW 时，后备保护动作
第27卷第10期 电网技术 11 跳开了从安大略Bck水电厂至多伦多地区的5条 易造成运行调度和事故处理过程的盲目性，贻误时机， 230kV线路中的1条，当潮流在剩余4条线路中瞬间 导致事故扩大。 重新分配时，其余4条线路相继跳闸。此后Bck水 (3)电网公司没有自己的调峰和调频电厂，电网 电厂原来北送的1530MW功率突然改变方向，南送美 运行备用不足，缺乏调控手段。 国东北部电网，使南送功率突增至3340MW,经两条 (4)美国大部分电网建于20世纪50年代，由于 345kV线路及若干230kV线路送出，结果造成暂态稳 片面追求经济效益，对变电站和输配电系统的维护和 定破坏，电压和功率大幅度波动，联络线和发电机组 改造投入不足，造成高峰时线路负荷过重。 先后相继跳闸，从事故开始经过12min就扩大为美国 (5)在厂网协调方面存在问题，未建立起厂网协 东北部及加拿大安大略省大面积停电事故。 调的保护和安全稳定控制系统。 (3)事故造成的影响 (6)各独立系统运行部门(ISO)自成体系，自我 停电区域20万平方公里，损失负荷21000MW, 防护，相互之间缺乏沟通，对整个电网情况了解不够， 影响居民3000万人。在恢复供电过程中，由于缺乏 因而不能及时采取有效措施，制止事故的蔓延。 备用电源，电厂的辅机需靠外来电源供电，恢复较慢， 8从美加大停电事故中应吸取的教训 停电最长持续时间为13h。 (1)做好电力系统的统一规划 6.21977年纽约7.13大停电事故 美国电网多次发生大面积停电事故，其主要内在 1977年7月13日20：37，美国纽约发生了大面积 停电事故。 原因是缺乏统一规划，电网结构没有做到合理的分层 (1)事故发生前电网情况 分区，抗干扰能力差。在高峰负荷时线路负载重，发 1977年7月13日，负荷高峰出现在15：00-~16：00， 生“N1“故障时极易导致相邻线路过载而相继跳闸。 最大负荷达到7248MW。到20：30时负荷降至 在故障扩大时，也很难采取恰当的解列措施。加上近 年来对电网投资减少，电网发展滞后，使这一状况更 5868MW,其中2860MW由外部提供，另外3008MW 由爱迪生供电区域内部的发电机组提供。 为严重。我国应吸取美国的教训，做好电源和电网的 (2)事故发生的原因 统一规划和建设，其要点是：坚持电源分散接入受端 当天20：37至2124，大风暴横扫系统北部，一系 系统的原则：加强输电通道中间支撑和受端系统的主 列的故障导致6条345kV线路相继退出运行，从而使 网架建设：电网要做到合理的分层分区，结构清晰。 剩下的2条138kV线路也因严重过载而跳闸。爱迪生 (2)坚持统一调度的方针 公司的供电区域与系统解列，形成孤岛，系统频率急 美国没有一个能够协调组织各地区电网运行的 剧下降，低频减载装置动作切除了部分负荷，但发电 统一电力调度中心，电网调度和运行缺乏统一有效 机组仍然由继电保护跳闸。21：34爱迪生供电系统全 的管理机制。我国应坚持统一调度的方针，做到大电 部停电。 网的协调运行和控制，包括：运行方式的统一安排， (3)事故造成的影响 电厂检修的统一安排，继电保护和安全自动装置的协 事故总计损失负荷约6000MW,停电最长持续时 调配置，事故处理的统一指挥等，确保整个电力系统 间为25h,900万人受到影响。华尔街银行业在7月 的安全和稳定运行。 14日停业，影响到全美国的金融市场。 (3)电网运行要有足够的备用容量 7由美加东北部电网三次大停电事故得到的 美国这次事故与先前的一些事故一样，大多数发 启示 生在电网大负荷运行期间，电源备用不足。一旦电网 发生故障，大电源退出，就会因供电不足而产生连锁 从上述三次大停电事故可以得到如下启示： 反应，使事故扩大。当前我国部分地区供电形势紧张， (1)美国在电网建设和管理中缺乏统一规划、协 电网运行处于备用不足或无备用的状态，因此要十分 调管理，电网网架结构存在不合理的薄弱环节，抗故 注意合理安排运行方式，采取各种有效措施，为电网 障能力差。 的安全稳定运行提供可靠的保障。 (2)美国没有一个能够协调组织各地区电网的统 (下转第16页continued on page16) 一电力调度中心，不能做到对大电网的协调控制，容 C1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
第 27 卷 第 10 期 电 网 技 术 11 跳开了从安大略 Beck 水电厂至多伦多地区的 5 条 230kV线路中的 1 条，当潮流在剩余 4 条线路中瞬间 重新分配时，其余 4 条线路相继跳闸。此后 Beck 水 电厂原来北送的 1530MW功率突然改变方向，南送美 国东北部电网，使南送功率突增至 3340MW，经两条 345kV线路及若干 230kV线路送出，结果造成暂态稳 定破坏，电压和功率大幅度波动，联络线和发电机组 先后相继跳闸，从事故开始经过 12min就扩大为美国 东北部及加拿大安大略省大面积停电事故。 （3）事故造成的影响 停电区域 20 万平方公里，损失负荷 21000MW， 影响居民 3000 万人。在恢复供电过程中，由于缺乏 备用电源，电厂的辅机需靠外来电源供电，恢复较慢， 停电最长持续时间为 13h。 6.2 1977 年纽约 7.13 大停电事故 1977 年 7 月 13 日 20:37，美国纽约发生了大面积 停电事故。 （1）事故发生前电网情况 1977 年 7 月 13 日，负荷高峰出现在15:00~16:00， 最大负荷达到 7248MW。到 20:30 时负荷降至 5868MW，其中2860MW由外部提供，另外 3008MW 由爱迪生供电区域内部的发电机组提供。 （2）事故发生的原因 当天 20:37 至 21:24，大风暴横扫系统北部，一系 列的故障导致 6 条 345kV线路相继退出运行，从而使 剩下的 2 条 138kV线路也因严重过载而跳闸。爱迪生 公司的供电区域与系统解列，形成孤岛，系统频率急 剧下降，低频减载装置动作切除了部分负荷，但发电 机组仍然由继电保护跳闸。21:34 爱迪生供电系统全 部停电。 （3）事故造成的影响 事故总计损失负荷约 6000MW，停电最长持续时 间为 25h，900 万人受到影响。华尔街银行业在 7 月 14 日停业，影响到全美国的金融市场。 7 由美加东北部电网三次大停电事故得到的 启示 从上述三次大停电事故可以得到如下启示： （1）美国在电网建设和管理中缺乏统一规划、协 调管理，电网网架结构存在不合理的薄弱环节，抗故 障能力差。 （2）美国没有一个能够协调组织各地区电网的统 一电力调度中心，不能做到对大电网的协调控制，容 易造成运行调度和事故处理过程的盲目性，贻误时机， 导致事故扩大。 （3）电网公司没有自己的调峰和调频电厂，电网 运行备用不足，缺乏调控手段。 （4）美国大部分电网建于 20 世纪 50 年代，由于 片面追求经济效益，对变电站和输配电系统的维护和 改造投入不足，造成高峰时线路负荷过重。 （5）在厂网协调方面存在问题，未建立起厂网协 调的保护和安全稳定控制系统。 （6）各独立系统运行部门（ISO）自成体系，自我 防护，相互之间缺乏沟通，对整个电网情况了解不够， 因而不能及时采取有效措施，制止事故的蔓延。 8 从美加大停电事故中应吸取的教训 （1）做好电力系统的统一规划 美国电网多次发生大面积停电事故，其主要内在 原因是缺乏统一规划，电网结构没有做到合理的分层 分区，抗干扰能力差。在高峰负荷时线路负载重，发 生“N 1”故障时极易导致相邻线路过载而相继跳闸。 在故障扩大时，也很难采取恰当的解列措施。加上近 年来对电网投资减少，电网发展滞后，使这一状况更 为严重。我国应吸取美国的教训，做好电源和电网的 统一规划和建设，其要点是：坚持电源分散接入受端 系统的原则；加强输电通道中间支撑和受端系统的主 网架建设；电网要做到合理的分层分区，结构清晰。 （2）坚持统一调度的方针 美国没有一个能够协调组织各地区电网运行的 统一电力调度中心， 电网调度和运行缺乏统一有效 的管理机制。我国应坚持统一调度的方针，做到大电 网的协调运行和控制，包括：运行方式的统一安排， 电厂检修的统一安排，继电保护和安全自动装置的协 调配置，事故处理的统一指挥等，确保整个电力系统 的安全和稳定运行。 （3）电网运行要有足够的备用容量 美国这次事故与先前的一些事故一样，大多数发 生在电网大负荷运行期间，电源备用不足。一旦电网 发生故障，大电源退出，就会因供电不足而产生连锁 反应，使事故扩大。当前我国部分地区供电形势紧张， 电网运行处于备用不足或无备用的状态，因此要十分 注意合理安排运行方式，采取各种有效措施，为电网 的安全稳定运行提供可靠的保障。 （下转第 16 页 continued on page 16）
16 Power System Technology Vol.27 No.10 虑自身的安全经济效益，采取不同的报价方式将会 Hydroelectric Energy),2000,18(4):55-58. 影响全系统的资源最优配置和调峰能力（出现弃水 [B)陈雪青，郑形昕，石光，等(Chen Xueqing,Zheng Tongxin,Shi Guang eIal).有抽水蓄能电站的联合电力系统优化调度模型和算法(Model 调峰)。但是，可以通过调整价格政策及利用市场 and approach of optimal operation for hydrothemmal power system with 机制，达到整个系统的资源优化的目的。理论上， pumped-storage stations)).中国电机工程学报(Proceeding of the 三峡落地分时电价等于各省边际电价（或成本）， CSEE),1995,15(4):274-280. 而同一大区内各省边际电价接近相等时，可得到理 [4何光字，舒印彪，裴暂义，等(He Guangyu,Shu Yinbiao,PeiZheyi eral).三峡电力市场优化调度系统及算法(Algorithm and application 想最优解，同时也解决了调峰问题。 of optimal dispatching for Three Gorges Electricity Market).电力系统 自动化(Automation of Electric Power Systems),2003,27(6h42-46. 致谢 本课题采用了中南水电勘测设计研究院张名 收稿日期：2003-08-16。 作者简介： 炽高工的三峡电力系统多库联调的优化结果，特此 何光宇(1972-)，男，博士，讲师，研究方向为电力交易市场、电 致谢。 力系统经济调度、最优化方法和人工智能： 王稹(1978)，男，博士研究生，研究方向为电力交易市场，互 参考文献 联电力系统经济调度： 裴暂义(1963)，男，高工，从事水电系统优化调度管理、电力交 [)丁功扬(Ding Gongyang).三峡电站的特点、特性及其在系统中的 易市场的研究： 地位和作用(Features and characteristics of Three Gorges Plant and its 雷晓蒙(1953)，男，高工，从事电力系统自动化以及电网优化调 position and effect in Three Gorges Power System)[).电网技术 度管理、电力交易市场的研究。 (Power System Technology),2000,24(8):1-4. [2]夏才清(Xia Caiging).三峡电站对华中电网调峰的影响分析 (编辑陈定保) (Peak-load adjustment influence of Three Gorge Hydropower Plant to Central China Power Network)).水电能源科学(Intemational Joumal (上接第11页continued from page11) (4)加强继电保护和安全稳定自动装置的优化 目前我国电力体制改革进一步深化，西电东送、南 配置 北互供和全国电网互联工程逐步展开。为了适应这 美国电网历次事故的扩大都与继电保护和安 种情况，应加强电力市场条件下的互联电网运行关 稳装置的配置有关系。我国电网结构薄弱，对二次 键技术研究，包括：新电力体制下的电网运行规则、 继电保护和安全自动装置的要求更高，需要发展先 电网互联格局和方式、厂网协调运行、电网安全稳 进、可靠的继电保护装置和稳定控制技术，搞好三 定特性和监测控制技术、系统调压控制技术和提高 道防线的建设，防止事故扩大，避免大面积停电事 电压稳定性的控制措施、电力系统负荷模型的研究 故的发生。 与完善、发电机组励磁系统及PS$、调速器及原动 (5)做好反事故预案和“黑启动”方案 机模型及参数的研究与实测等等，并提出新形势下 大电网运行时，存在因各种原因导致事故扩大 确保系统安全稳定运行，避免大面积停电事故的新 的可能性。因此，做好电网事故发生后的处理预案 技术和新措施。 和电网一旦崩溃后尽快恢复的“黑启动”方案十分 收稿日期：2003-09-23。 重要。 作者简介： (6)加强电力系统计算分析和仿真试验工作 印水华，教授级高工，中国电力科学研究院副总工程师兼系统研究 坚持做好电力系统的计算分析和仿真试验工 所所长，长期从事电力系统规划和运行研究工作： 作。通过事故预想分析，找出系统中存在的薄弱环 郭剑波，教授级高工，中国电力科学研究院副总工程师兼科技部主 任，长期从事电力系统规划、运行和电网可靠性研究工作： 节，对可能发生的事故作好预案，这对于防止大面 赵建军，博士研究生，从事电力系统分析研究工作： 积停电事故的发生是十分重要的。 卜广全，高级工程师，中国电力科学研究院系统所副总工程师兼系 (7)做好电力市场条件下的互联电网发展关键 统规划与运行研究部主任，长期从事电力系统规划与运行研究工作。 技术研究 (编辑宋书芳) C1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
16 Power System Technology Vol. 27 No. 10 虑自身的安全经济效益，采取不同的报价方式将会 影响全系统的资源最优配置和调峰能力（出现弃水 调峰）。但是，可以通过调整价格政策及利用市场 机制，达到整个系统的资源优化的目的。理论上， 三峡落地分时电价等于各省边际电价（或成本）， 而同一大区内各省边际电价接近相等时，可得到理 想最优解，同时也解决了调峰问题。 致 谢 本课题采用了中南水电勘测设计研究院张名 炽高工的三峡电力系统多库联调的优化结果，特此 致谢。 参考文献 [1] 丁功扬（Ding Gongyang）．三峡电站的特点、特性及其在系统中的 地位和作用（Features and characteristics of Three Gorges Plant and its position and effect in Three Gorges Power System）[J]．电网技术 （Power System Technology），2000，24(8)：1-4． [2] 夏才清（Xia Caiqing）．三峡电站对华中电网调峰的影响分析 （Peak-load adjustment influence of Three Gorge Hydropower Plant to Central China Power Network）[J]．水电能源科学（International Journal Hydroelectric Energy），2000，18(4)：55-58． [3] 陈雪青，郑彤昕，石光，等（Chen Xueqing，Zheng Tongxin，Shi Guang et al）．有抽水蓄能电站的联合电力系统优化调度模型和算法（Model and approach of optimal operation for hydrothermal power system with pumped-storage stations）[J]．中国电机工程学报（Proceeding of the CSEE），1995，15(4)：274-280． [4] 何光宇，舒印彪，裴哲义，等（He Guangyu，Shu Yinbiao，Pei Zheyi et al）．三峡电力市场优化调度系统及算法（Algorithm and application of optimal dispatching for Three Gorges Electricity Market）．电力系统 自动化（Automation of Electric Power Systems），2003，27(6)：42-46． 收稿日期：2003-08-16。 作者简介： 何光宇（1972-），男，博士，讲师，研究方向为电力交易市场、电 力系统经济调度、最优化方法和人工智能； 王 稹（1978-），男，博士研究生，研究方向为电力交易市场，互 联电力系统经济调度； 裴哲义（1963-），男，高工，从事水电系统优化调度管理、电力交 易市场的研究； 雷晓蒙（1953-），男，高工，从事电力系统自动化以及电网优化调 度管理、电力交易市场的研究。 （编辑 陈定保） （上接第 11 页 continued from page 11） （4）加强继电保护和安全稳定自动装置的优化 配置 美国电网历次事故的扩大都与继电保护和安 稳装置的配置有关系。我国电网结构薄弱，对二次 继电保护和安全自动装置的要求更高，需要发展先 进、可靠的继电保护装置和稳定控制技术，搞好三 道防线的建设，防止事故扩大，避免大面积停电事 故的发生。 （5）做好反事故预案和“黑启动”方案 大电网运行时，存在因各种原因导致事故扩大 的可能性。因此，做好电网事故发生后的处理预案 和电网一旦崩溃后尽快恢复的“黑启动”方案十分 重要。 （6）加强电力系统计算分析和仿真试验工作 坚持做好电力系统的计算分析和仿真试验工 作。通过事故预想分析，找出系统中存在的薄弱环 节，对可能发生的事故作好预案，这对于防止大面 积停电事故的发生是十分重要的。 （7）做好电力市场条件下的互联电网发展关键 技术研究 目前我国电力体制改革进一步深化，西电东送、南 北互供和全国电网互联工程逐步展开。为了适应这 种情况，应加强电力市场条件下的互联电网运行关 键技术研究，包括：新电力体制下的电网运行规则、 电网互联格局和方式、厂网协调运行、电网安全稳 定特性和监测控制技术、系统调压控制技术和提高 电压稳定性的控制措施、电力系统负荷模型的研究 与完善、发电机组励磁系统及 PSS、调速器及原动 机模型及参数的研究与实测等等，并提出新形势下 确保系统安全稳定运行，避免大面积停电事故的新 技术和新措施。 收稿日期：2003-09-23。 作者简介： 印永华，教授级高工，中国电力科学研究院副总工程师兼系统研究 所所长，长期从事电力系统规划和运行研究工作； 郭剑波，教授级高工，中国电力科学研究院副总工程师兼科技部主 任，长期从事电力系统规划、运行和电网可靠性研究工作； 赵建军，博士研究生，从事电力系统分析研究工作； 卜广全，高级工程师，中国电力科学研究院系统所副总工程师兼系 统规划与运行研究部主任，长期从事电力系统规划与运行研究工作。 （编辑 宋书芳）