Историческое отключение электроэнергии в Испании связано с плохим контролем напряжения

Джон Кемп из JKempEnergy.com

Массовое отключение электроэнергии в Испании было вызвано перенапряжением на газотранспортной системе и неспособностью генераторов страны компенсировать это, поглощая больше реактивной энергии.

Следователи не нашли никаких доказательств того, что кибератака способствовала общенациональному отключению электроэнергии, и напрямую не обвинили большую долю возобновляемой генерации в каскадном сбое в сети.

Но исследователи отметили, что не было достаточно синхронизированной генерации, подключенной к сети, для поддержания напряжения в допустимых пределах, и эти генераторы не вели себя так, как ожидалось.

Усилия по подключению дополнительного теплового генератора пришли слишком поздно, чтобы предотвратить ухудшение нестабильности и повторное перенапряжение.

Следователи рекомендовали более строгое соблюдение существующих обязательств по контролю напряжения для синхронизированных генераторов, а также развертывание синхронизированных компенсаторов по всей сети для повышения стабильности.

В докладе также сделан вывод о том, что несинхронные генераторы (включая ветровые и солнечные) должны быть стимулированы для содействия контролю напряжения в будущем.

Нестабильность, похоже, возникла в самой Испании, а не была импортирована из общеевропейской сети передачи, которая простирается от Иберии до Украины и Турции.

Тем не менее, исследователи отметили, что относительная изоляция Испании от континентальной системы передачи, возможно, усугубила нестабильность.

Взаимосвязи Испании через Францию составляют всего 3% пропускной способности сети страны, что значительно ниже 15%, рекомендованных правилами ЕС.

Более тесные связи с остальной частью европейской сети, вероятно, не предотвратили бы отключения электроэнергии, но это была давно ожидаемая цель, повторили следователи.

Чрезмерное волшебство

Спрос на электроэнергию утром 28 апреля был относительно низким, что способствовало повторному перенапряжению в сети передачи страны.

Общий спрос на сеть полуострова Испании до отключения электроэнергии составил всего 25 184 мегаватт, что значительно ниже исторического максимума в 44 876 мегаватт.

Погода (температура была умеренной), время суток (полдень) и день недели (понедельник) способствовали относительно низкому спросу.

Но низкий спрос может угрожать стабильности сети, потому что это может привести к тому, что напряжение будет дрейфовать выше безопасных рабочих пределов, установленных системой.

На основной системе электропередачи Испании целевой показатель составляет 400 киловольт, при этом правила предусматривают, что напряжение должно поддерживаться между 380 кВ и 435 кВ.

Утром 28 апреля напряжение несколько раз поднималось выше 400 кВ, хотя оно оставалось ниже максимального порога до отключения электроэнергии.

Повторные всплески были признаком проблем. Осадки были быстро подавлены. Но исследователи описали нестабильность как «нетипичную и экстраординарную». "

Контроллеры сети ответили подключением нескольких дополнительных цепей передачи к сети, чтобы уменьшить напряжение по всей системе.

Но с ухудшением стабильности контроллеры связались с одним из тепловых генераторов страны с просьбой запустить и синхронизироваться с сетью, чтобы улучшить управление напряжением.

Запрос был сделан в 12:26. Неопознанная теплоэлектростанция должна была соединиться как можно скорее в 14:00. Но вся сеть передачи через семь минут рухнула в 12:33.

Грязный обман

Согласно временной шкале, установленной в отчете, напряжение резко возросло в 12:05 и снова в 12:20, что побудило диспетчерскую связаться со следующим доступным тепловым генератором с просьбой выйти в интернет в 14:00.

Но напряжение снова начало расти и в 12:32 превысило максимальный эксплуатационный предел в 435 кВ в некоторых частях центральной и южной Испании.

Несколько небольших генераторов отреагировали на избыточное напряжение, отключившись от сети, что вызвало внезапное падение частоты.

В ответ больше генераторов отключились — либо потому, что напряжение было слишком высоким, либо потому, что частота была слишком низкой.

Всего за 20 секунд отключилось столько генераторов, что система оказалась на пути к полному отказу.

Как и напряжение, частота должна поддерживаться близко к цели, чтобы избежать повреждения дорогостоящего оборудования, работающего с генераторами и клиентами.

В Европе целевая частота составляет 50 циклов в секунду (Герц), и реле устанавливаются для автоматического сброса нагрузки поэтапно, когда частота падает до 49,0, 48,8, 48,6, 48,4, 48,2 и 48,0 Гц.

Сбрасывание нагрузки предназначено для защиты стабильности сети путем отключения пользователей и снижения спроса в соответствии с доступной генерацией.

В этом случае быстро падающая частота вызвала все шесть стадий снижения нагрузки менее чем за 1,5 секунды, отключив пользователей в последней попытке стабилизировать сеть.

Менее чем через секунду частота упала до более низкого предела 47,5 и продолжила падать до чуть более 46,1. К этому времени напряжение выросло до 470 кВ.

Загрузка, возможно, усугубила проблему перенапряжения, увеличив, а не уменьшив нестабильность.

Столкнувшись с серьезным перенапряжением и экстремальной недостаточной частотой, все оставшиеся генераторы мчались, чтобы отключиться от сети, и сеть рухнула.

Столкнувшись с потерей устойчивых внешних соединений с сеткой, ядерные генераторы автоматически отключаются в качестве меры предосторожности при вставке управляющих стержней в ядра реактора, чтобы остановить реакцию.

БЕСПЛАТНОСТЬ И ИНЕРТИЯ

После отключения многие комментаторы, включая меня, спрашивали, вызван ли сбой чрезмерной зависимостью от возобновляемых источников энергии на основе инвертора и недостаточной вращательной инерцией от синхронизированных тепловых генераторов.

Но следователи пришли к выводу, что передаточная система имела достаточную инерцию до инцидента, чтобы соответствовать требованиям планирования и пережить разумно предсказуемую крупномасштабную потерю генерации.

Вместо этого исследователи определили проблемы с контролем напряжения, а не с частотным контролем. первопричина отключения света.

Утром отклонения частоты были относительно небольшими, и частота оставалась близкой к цели, пока каскадный сбой не начался.

Напряжение и частота являются как аспектами качества мощности, так и внутренне связанными, но обычно рассматриваются отдельно при проектировании и эксплуатации систем передачи.

В этом случае перенапряжение вызвало первый отключения, которые затем Это вызвало проблемы с недостаточной частотой и большим количеством отключений.

Следователи определили, что первоначальный шок, который вызвал каскадный сбой, произошел от отключения стороны поколения в ответ на перенапряжение.

Имелись достаточные уровни инерции и более чем достаточное дополнительное поколение, удерживаемое в резерве непосредственно перед отключением электроэнергии.

Следователи пришли к выводу, что никакая дополнительная инерция не могла позволить системе предотвратить каскадный сбой, первоначально вызванный перенапряжением.

ТЕМНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Непосредственно перед отключением электроэнергии большая часть генерации на испанском полуострове приходилась на возобновляемые источники энергии (82%) с небольшими долями от ядерной энергии (10%), газа (3%), угля (1%) и когенерации и отходов (4%).

К системе было подключено только 11 тепловых электростанций с особым обязательством по регулированию напряжения (6 газовых установок, 4 атомных и одна угольная).

С технической точки зрения солнечные и ветровые генераторы также могут способствовать регулированию напряжения, но на них не было обязательств по этому поводу.

Количество тепловых генераторов, подключенных к сети (всего 11), было самым низким в этом году.

Ранее наименьшее количество генераторов, подключенных к сети, составляло 12 (на 13 дней раньше в 2025 году), и обычно их было больше.

Решение заказать дополнительный тепловой блок для подключения к сети было слишком поздно, чтобы предотвратить ухудшение нестабильности напряжения.

Но исследователи также отметили, что несколько уже подключенных тепловых генераторов не смогли отреагировать на перенапряжение.

Либо они поглощали меньше реактивной мощности, чем требовалось (уменьшение контроля напряжения), либо в некоторых случаях фактически генерировали реактивную мощность (ухудшение перенапряжения).

В докладе отмечается, что один неназванный генератор в южном районе «вёл себя заметно иначе, чем другие заводы, подключенные в то время», и сделан вывод о «ненадлежащем поведении для контроля напряжения».

Следователи также обнаружили, что 20 из 141 крупного потребителя электроэнергии, которые подключаются непосредственно к сети передачи, не выполнили свои обязательства по поддержке управления напряжением.

От 9% до 21% узлов, где локальные распределительные сети подключаются к высоковольтной системе, также не вели себя так, как ожидалось.

В докладе сделан вывод о том, что широкий круг участников сети "способствовал повышению напряжения или в любом случае не способствовал улучшению ситуации в той мере, в какой этого ожидал оператор газотранспортной системы. "

Reneables vs Thermal (альбом)

Первоначальный комментарий о причинах отключения поляризован вокруг вопроса о том, является ли очень высокая доля возобновляемой генерации на основе инвертора (особенно солнечной) основной причиной отказа.

Другая сторона этого аргумента заключалась в том, было ли слишком мало синхронизированной тепловой генерации, подключенной для стабилизации сети, обеспечивая вращательную инерцию.

В докладе отвергается аргумент о том, что 28 апреля было слишком много возобновляемой генерации и слишком мало инерции.

Но следует отметить, что тепловые генераторы были участниками, в первую очередь ответственными за управление напряжением, и их было слишком мало, и они не были такими эффективными, как ожидалось.

Он вновь поставил вопрос о стабильности сети, когда доля возобновляемых источников энергии на основе инвертора в структуре генерации становится очень высокой через бэкдор.

Вместо вклада возобновляемых источников энергии в частотный контроль отчет обращает внимание на их вклад в стабильность напряжения.

В докладе отмечается "существует определенная корреляция между стабильностью напряжений и количеством солнечной генерации или количеством сопряженной синхронной генерации, хотя эта корреляция не является одинаково сильной во всех местах. "

Нет никакой врожденной причины, по которой возобновляемые генераторы не могут быть стимулированы финансово или юридически, чтобы способствовать регулированию напряжения.

В отчете отмечается, что синхронизированные конденсаторы, статические синхронные компенсаторы (STATCOM) и гибкие системы передачи переменного тока (FACTS) могут способствовать регулированию напряжения.

Некоторые из этих систем уже внедрены в энергосистемы Испании.

Отчет рекомендует финансовые штрафы для тепловых генераторов, которые не выполняют свои существующие обязательства по контролю напряжения.

Он призывает к созданию нового вспомогательного рынка услуг по управлению напряжением, который является технологически нейтральным и открытым для любых участников сети, а не только для тепловых генераторов.

Он также настоятельно призывает к развертыванию синхронных компенсаторов по всему полуострову и обновлению систем FACTS для обеспечения большего демпфирования операций напряжения.

Отражая приоритетность Испании для возобновляемых источников энергии, общая цель состоит в том, чтобы улучшить контроль напряжения, даже когда доля возобновляемых источников энергии растет и тепловая генерация снижается.

Авторы доклада утверждают, что это будет иметь четырехкратное преимущество: более низкие затраты, более низкие выбросы, меньшее сокращение возобновляемых источников энергии и новые источники дохода для всех генераторов независимо от типа.

Финальные мысли

В докладе правительства предлагается всеобъемлющая временная шкала и объяснение факторов, которые способствовали отключению электроэнергии на полуострове 28 апреля.

Исследователи обвиняют проблемы с контролем напряжения, а не регулированием частоты, как основную причину каскадного отказа питания.

Доклад старается не приписывать вину за провал какому-либо одному институту, избегая сложных решений о политической и юридической ответственности, которые, вероятно, будут обсуждаться в парламенте и судах в течение многих лет.

Вместо этого это означает, что ответственность широко распространяется между оператором передачи, тепловыми электростанциями, основными потребителями электроэнергии и местными распределительными компаниями.

Ни один институт не был виноват; все способствовали коллективному отказу системы вести себя так, как она должна была.

Идентификация напряжения, а не частоты в качестве основной причины в докладе обсуждается вопрос о том, имеет ли система достаточную вращательную инерцию и не принимает ли она сторону в эмоциональных возобновляемых источниках энергии по сравнению с тепловыми дебатами.

Но это обострило тесно связанный с этим вопрос о том, достаточно ли у системы контроля напряжения и как управлять колебаниями напряжения по мере увеличения доли возобновляемых источников энергии и снижения тепловой генерации.

Как и ожидалось, многие из предложенных решений очень похожи, создавая и оплачивая новые вспомогательные услуги, и более широкое использование технологий, чтобы помочь сбалансировать сеть.

В докладе принята в целом провозобновляемая перспектива, освобождающая возобновляемые генераторы от большей части вины за отключение электроэнергии и сосредоточение внимания на том, как дополнить снижение регулирования напряжения от тепловых генераторов.

В докладе рекомендуются незначительные изменения в работе, а не фундаментальные изменения, чтобы учесть высокую долю возобновляемых источников энергии в структуре генерации, а не обратить ее вспять.