《Sustainable Energy, Grids and Networks》：The overvoltage-driven blackout of the Iberian Peninsula on 28th April 2025
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本研究针对2025年4月28日西班牙伊比利亚半岛因可再生能源级联断电引发的过电压驱动停电事件，提出首个概念模型，通过3节点小系统验证了过电压导致停电的机理，并定义了衡量系统抗风险能力的新指标。
L. Rouco|F.M. Echavarren|E. Lobato
科米利亚斯宗座大学技术研究所（IIT），阿尔贝托·阿吉莱拉23号，马德里28015，西班牙
摘要
2025年4月28日，伊比利亚半岛发生的大停电是由于具有功率因数控制功能的可再生能源发电设备相继断开造成的，这一现象是由过电压保护装置触发的。本文提出了一个概念模型来解释这一主要现象，我们将其称为“过电压驱动的大停电”。虽然电压崩溃（更准确地说是电压过低）现象在科学文献中已有广泛讨论，但“过电压驱动的大停电”这一现象尚属首次被提出。文中通过一个三母线的小规模电力系统示例，详细分析了过电压驱动大停电过程中母线电压的变化情况，并确定了可能导致系统因过电压而停电的关键因素。该概念模型被应用于2025年4月28日12:30时伊比利亚半岛电力系统的运行状态。研究表明，随着可再生能源发电的停止，母线电压的上升趋势与三母线系统中的情况完全一致。本文还定义并计算了一个新的安全指标（“过电压驱动大停电的裕度”），并说明了由于西班牙中部和南部地区同步无功功率吸收能力不足以及输电网络负荷较低，系统如何在安全裕度不足的情况下发生过电压驱动的大停电。
引言
2025年4月28日12:33，伊比利亚半岛的电力系统发生了大停电。4月30日，西班牙政府成立了一个委员会来分析这场电力危机，委员会由生态转型与人口挑战事务副首相担任主席。6月17日，部长会议通过了该委员会编制的报告[1]；6月18日，西班牙输电系统运营商（TSO）发布了自己的报告[2]；2025年5月1日，欧洲电网组织（ENTSO-e）成立了一个专家小组来调查该事件[3]，并于10月3日发布了事实报告[4]。
分析委员会将2025年4月28日和29日的电力危机过程分为五个阶段：
•第0阶段：事件发生前一周及当天上午9:00至12:00期间，电压不稳定。
•第1阶段：12:00至12:30期间系统出现振荡。
•第2阶段：12:32:00至12:33:18期间，由于过电压导致发电量减少。
•第3阶段：12:33:18至12:33:30期间，半岛电压降至零。
•第4阶段：从4月28日12:33:30开始，电力供应逐步恢复，到4月29日07:00时满足了99.95%的用电需求，尽管所有技术工作实际上在14:36才完成。
分析委员会将西班牙西南部（埃斯特雷马杜拉和安达卢西亚）的停电事件分为三个主要部分：格拉纳达省失去355兆瓦发电能力（事件1）、巴达霍斯省失去730兆瓦发电能力（事件2）以及塞维利亚省失去550兆瓦发电能力（事件3），总计1635兆瓦。TSO的报告[2]和ENTSO-e的事实报告[4]提供了更详细的信息，其中包括西班牙西南部以外的停电情况（导致总发电量减少了约1916兆瓦）。这些由于过电压引起的连锁式发电中断事件最终导致了系统失去同步性并脱离欧洲大陆电网。与法国的互联中断后，由于发电量与需求之间的不平衡导致频率下降，随后又因频率过低而引发更多发电设备断开，最终整个系统陷入停电。
本文提出了一个概念模型来解释这一现象，我们将其称为“过电压驱动的大停电”。虽然电压崩溃（或更准确地说电压过低）现象在科学文献中已被广泛讨论（[5]、[6]），但“过电压驱动的大停电”这一现象是首次被记录。2025年4月28日的伊比利亚半岛大停电是全球历史上首次由过电压引发的大停电。
通过一个三母线的小规模电力系统示例，本文定性地描述了2025年4月28日12:30时西班牙电力系统的运行状况，说明了由于无功功率吸收能力耗尽而导致的广泛过电压现象。这个案例研究揭示了导致系统发生过电压驱动大停电的关键条件。
文中将把该概念模型应用于2025年4月28日12:30时西班牙电力系统的运行情况。负荷流网络的数据来源于西班牙两大电力公司Endesa和Iberdrola提供的非公开信息。研究表明，随着可再生能源发电设备的相继跳闸，母线电压的上升趋势与三母线系统模拟结果一致。根据事件当天的规定[7]，可再生能源发电必须保持0.98（电感性）至0.98（容性）的固定功率因数。由于法律规定可再生能源发电必须使用固定功率因数（因此无法实现动态电压控制），本文指出西班牙南部和中部地区同步无功功率吸收能力不足以及输电网络负荷较低是导致过电压驱动大停电的主要因素。
本文还提出并计算了一个额外的指标（“过电压驱动大停电的裕度”，用于衡量在发电机过电压跳闸阈值之前可以允许中断的发电量。研究表明，系统在安全裕度不足的情况下运行，最终导致了过电压驱动的大停电。
本文的其余部分结构如下：第二节介绍了过电压驱动大停电的概念模型；第三节通过三母线小规模电力系统解释了这一现象；第四节描述了该概念模型在2025年4月28日12:30时西班牙电力系统运行中的应用以及防止过电压驱动大停电的安全裕度的计算方法；第五节总结了研究结果。
部分内容摘录
过电压驱动大停电的概念模型
2025年4月28日的伊比利亚半岛大停电是由于具有功率因数控制功能的可再生能源发电设备相继断开引起的，这一现象是由过电压保护装置触发的。我们将这种失控的电压现象称为“过电压驱动的大停电”，更准确地说，是由于系统元件无功功率吸收能力耗尽导致的系统崩溃。
三母线小规模电力系统的描述
该小规模电力系统模拟了两个可再生能源发电厂（分别为400兆瓦和600兆瓦）的发电情况，这些发电厂的电力输出被输送到一个远端的电力系统。系统中还包括一个具有不同无功功率吸收能力的同步发电厂。为便于解释过电压驱动大停电现象，假设电力系统的需求为零，此时同步发电机不产生有功功率。
2025年4月28日12:30时伊比利亚半岛电力系统情景的构建
该概念模型通过模拟模型进行了验证，该模型能够追踪在逐步切断具有恒定功率因数的可控发电设备时电压的变化情况，模拟起始时间为2025年4月28日12:30时伊比利亚半岛电力系统的运行状态（负荷流情况）。构建半岛电力系统情景的依据包括：(a) 当天12点前电力系统的原始PSS/e负荷流文件。
结论
2025年4月28日的伊比利亚半岛大停电是全球历史上首次由过电压引发的大停电，具体原因是具有功率因数控制功能的可再生能源发电设备相继断开，这一过程由过电压保护装置触发。本文提出了一个概念模型来解释这一新现象，并通过一个三母线小规模电力系统示例展示了过电压驱动大停电过程中电压的变化情况。文中指出了同步无功功率吸收能力的缺失是导致这一现象的关键因素。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究报告是Endesa和Iberdrola委托进行的独立研究项目。报告经过了同行评审，评审专家包括来自瑞士苏黎世联邦理工学院的G?ran Anderson教授、英国曼彻斯特大学和澳大利亚墨尔本大学的Pierluigi Mancarella教授。Endesa公司的J.J. Alba、E. Moreda和J. Rodríguez，以及Iberdrola公司的J. Archilla、M. Burgos、J. Castro、J. Pérez、A. Redondo、J. Ríos和J. Velayos在数据收集工作中发挥了重要作用。
