2016/9/28南澳州電力系統全黑事故初步調查報告摘要

        2016/9/28南澳州電力系統全黑事故初步調查報告摘要

 

一、前言

2016年9月28日澳洲國家電力市場成員的南澳州(SA: South Australia)電力系統發生全黑事故,負責澳洲國家電力市場所轄電力系統電力調度與市場營運的澳洲能源市場調度中心(AEMO: Australian Energy Market Operator),於2016年10月5日公布了「全黑事故初步報告(PRELIMINARY REPORT –BLACK SYSTEM EVENT IN SOUTH AUSTRALIA ON 28 SEPTEMBER 2016)」。

這份初步報告係根據最新蒐集到的資料,反映出初始的觀察意見。當有較新的資料時,這些資訊與觀察意見將隨著變更或精進,AEMO打算定期更新本報告。更深入的觀察和調查報告,將在一些日子後正式公布。

此份報告著眼於(1)事故前系統狀態、(2)事故發生經過、(3)復電工作之初步觀察意見,及擬定下一步計畫。

二、事故前系統狀態

根據標準運轉程序,AEMO在2016年9月27日收到氣象局通報,惡劣氣候鋒面將很有可能於9月28日通過南澳州。南澳電力系統穩定運轉中,並無任何異常現象。在事故發生前,SA 供應85萬用戶的電力系統負載約1,895MW,供電電源為風力發電出力約880MW、天然氣發電出力330MW,以及透過兩條互聯線,從維多利亞州輸入610MW電力(圖1、表1)。

%e5%81%9c%e9%9b%bb%e5%89%8d%e7%99%bc%e9%9b%bb%e5%87%ba%e5%8a%9b圖1 2016/9/28南澳州發生全黑事故前系統負載與供電電源占比(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

%e5%85%a8%e9%bb%91%e5%89%8d%e5%90%84%e6%a9%9f%e7%b5%84%e5%87%ba%e5%8a%9b%e8%a1%a8表1 2016/9/28南澳州全黑事故前個機組出力與互聯線電力潮流(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

三、事故發生經過

氣象局預報的鋒面在2016年9月28日下午通過南澳州,夾帶著強風、暴風雨、雷擊閃電、冰雹、及強降雨。

如此惡劣氣候,導致多條輸電線故障。在16:16到16:18兩分鐘內,在人口集中的首府阿得雷德市北方SA系統,有三條275KV超高壓輸電線故障跳脫(圖2)。在這段線路故障發生期間,剛開始發電機組都穩住並聯在系統上,但在16:18短暫期間內發生密集故障後,大約有315MW風力發電解聯(第一波在16:18:09、第二波於16:18:15),同時也波及到阿得雷德市以北地區(表2)。

這無法控制的發電出力減少,導致流經維多利亞州主要互聯線(黑伍德)的電力潮流大增,來彌補電力缺口(圖3、圖4)。

如此現象,引發黑伍德互聯線發生超載情況。為避免互聯線過載傷及線路造成嚴重損壞,自動安全保護機構(失步電驛Loss-of-Synchronism protection)動作,跳脫互聯線。進而導致SA電力嚴重不足,系統頻率驟降(圖5),其他機組自保也接連跳脫,接著南澳州發生全停電事件(全黑事故)。

南澳州電力系統發電機組運轉標準規定系統頻率不得低於47Hz(6%),系統頻率下降率(RoCoF:Rate-of -Change-of-Frequency Hz/秒)一秒鐘內不得大於1Hz/秒,上升率0.25秒鐘內不得大於4Hz/秒。黑伍德互聯線於16:18:15:84跳脫後,系統頻率在4秒鐘由49.5Hz降至47Hz,RoCoF為6.24Hz/秒,遠超過規定(圖6)。

此種自動保護設備(電驛)在16:18的半秒鐘內迅速動作。全黑事故致使南澳州區域電力市場被暫停交易。

soe%e7%b3%bb%e7%b5%b1%e5%9c%96圖2 2016/9/28南澳州發生全黑事故前電力系統圖與線路及機組跳脫順序圖(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

soe%e8%a1%a8表2 2016/9/28南澳州全黑事故發生經過表(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

%e9%bb%91%e4%bc%8d%e5%be%b7%e4%ba%92%e8%81%af%e7%b7%9a%e8%b7%b3%e8%84%ab%e5%89%8d%e6%bd%ae%e6%b5%81-1圖3 2016/9/28 16:18黑伍德互聯線跳脫前之電力潮流變化曲線-1(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

%e9%bb%91%e4%bc%8d%e5%be%b7%e4%ba%92%e8%81%af%e7%b7%9a%e8%b7%b3%e8%84%ab%e5%89%8d%e6%bd%ae%e6%b5%81圖4 2016/9/28 16:18黑伍德互聯線跳脫前之電力潮流變化曲線-2(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

%e9%a0%bb%e7%8e%87%e8%ae%8a%e5%8c%96%e6%9b%b2%e7%b7%9a圖5 2016/9/28 16:18南澳州電力系統全黑事故頻率變化曲線(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

%e9%a0%bb%e7%8e%87%e4%b8%8b%e9%99%8d%e7%8e%87圖6 2016/9/28 16:18:15:84黑伍德互聯線跳脫後南澳州電力系統頻率變化(下降率)曲線,系統頻率在4秒鐘降至47Hz,下降率6.25Hz/秒,超過規定,其餘運轉中機組,連續跳脫(資料來源:AEMO 2016/10/5公布之事故初步報告)

四、復電工作

系統全黑啟動係一套事先訂定、實行計畫,根據電力系統與公眾及員工之安全評估後開始進行。

在當(9/28)天17:23,AEMO指令SA輸電公司(ElectraNet)逐步進行加壓維多利亞互聯線,經過阿得雷德,去啟動托倫斯島電廠,並提供基本電力,讓用戶得以恢復供電。

19:00,阿得雷德市開始復電。星期三(9/28)午夜,大約80~90%電力供應已經恢復。剩下無法復電的區域,係因阿得雷德市之北,四條275KV超高壓輸電線有三條故障跳脫,另一條也情況不明,都需要實地巡視後才能加壓。因而SA輸電系統,被切成兩個系統,北方地區為孤島系統。

依據標準電業慣例,為保護ElectraNet輸電公司現場員工、以及民眾之安全,阿得雷德大都會市區以北的輸電線路,在次(9/29)日早上實地目視巡視之前,都不能加壓試送電。但惡劣氣候情況繼續,且強風不停,直升機無法起飛巡視,改由人工地面巡視,拉長了復電的時間。

12:15(9/29),確認完好的北部地區輸電線,完成加壓復電,讓此地區一些用戶恢復電力供應。SA北方三大工業區電力供應仍舊受限。

在全黑事故後的第三天9月30日21:00,南艾爾半島(southern Eyre Peninsula)最後輸電線段,終於完成復電。

ElectraNet輸電公司進行架設輸電臨時鐵塔,其他州的輸電公司也加入協助此搶修復電工作。繼續進行的工作受到惡劣氣候與洪水的阻礙,讓第二、三條275KV輸電線恢復送電時間,將延後7到10天。

在2016年9月29日,南澳州政府部長根據1981年的重要服務法(Essential Service Act 1981),命令AEMO依照國家電力規則(Rules: National Electricity Rules)第3.14.3(2)節規定暫停SA區域國家電力市場交易。

SA躉售電力市場繼續暫停交易,電價將依據國家電力規則規定之排程與過程來決定。

四、未來工作

雖然此次全黑事故係極端氣候所觸發,AEMO將進行徹底調查各個電力系統元件在此環境下如何反應運作。本報告附有這些調查與活動表格。

五、與論反映

2016/10/5 AEMO南澳州全黑初步報告公布後,澳洲政界口水戰仍舊不停?南澳州總理傑 威斯里(Jay Weatherill)表示:AEMO報告說明大停電係惡劣氣候所觸發,導致阿得雷德北邊主要三條275KV超高壓輸電幹線倒榻故障,風力發電減少,大量電力靠黑伍德互聯線由維多利亞州輸入,以致超載,保護機構自動動作跳脫,發生全黑事故。但不同黨的澳洲總理麥肯 譚保(Malcolm Turnbull)卻說:都是他以前說過的南澳州再生能源過多,導致發生大停電。聯邦與南澳的能源官員,執政與在野政黨參議員都互相槓上再生能源的議題。

六、後語

看了AEMO初步報告後,惡劣氣候的50年前為所見強風暴雨,造成大量輸電幹線跳脫,的確是觸發大停電主因。風力發電也可能系統情況惡化元素之一。但是還是要更詳細的資料,方能更明確找出真正肇因。根據台電過去大停電經驗,諸如低頻電驛跳脫方式及切載量是否足夠,有無特殊保護方式(SPS)等,也是保住系統的重要因素?AEMO表示6個月後,會有正式調查報告出爐?我們拭目以待!

 

參考資料:

https://www.aemo.com.au/Media-Centre/-/media/BE174B1732CB4B3ABB74BD507664B270.ashx

https://www.aemo.com.au/Media-Centre/Media-Statement-South-Australia-Interim-Report

http://www.abc.net.au/news/2016-10-05/south-australian-blackout-wind-power-role-unclear-report-finds/7904282

http://thediplomat.com/2016/10/south-australias-blackout-blame-game/

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4 Responses to 2016/9/28南澳州電力系統全黑事故初步調查報告摘要

  1. 青霖 說道:

    處長,你真的好強啊,這麼快就有這麼詳細的資料可供參考,或許這個案例可以作為我們現在建構大量再生能源系統的借鏡。
    所以,有幾個問題還想請教處長,或是跟處長討論一下:

    (1) 南澳系統有多少備用容量的建置?事故前有多少熱機備轉容量以因應突發事故?
    資料顯示事故前南澳自有發電量僅有18%,其餘82%均依賴外來和不穩定/可靠的再生能源,尤其是面臨可以預報的惡劣氣候,沒有充足的備轉似乎是系統崩潰的原因(當然,事故區域的停電除外)
    而不足的備轉容量,是調度規劃或是應變的不周詳?或是根本就沒有足夠的備用容量建置?

    (2) 發電機的頻率變動電驛保護的目的是什麼?
    再生能源的不穩定跳脫和發電機的頻率變動電驛看起來都是造成這次系統惡化的關鍵,台灣的發電機組都沒有這種設計,這種發電機的頻率變動電驛有其必要性嗎?

    希望不會造成處長的困擾~

  2. Jack Chien 說道:

    https://www.aemo.com.au/Media-Centre/Update-to-report-into-SA-state-wide-power-outage
    進一步調查顯示,跟風機 Low Voltage Ride Thru 的條件設定較嚴格有關。不曉得台電風機的LVRT設定為何?

    • gordoncheng 說道:

      台電風機在民國98年底以後才有要求,請參考:「台灣電力股份有限公司再生能源發電系統併聯技術要點』,有關LVRT最低為15% 0.5秒,然後逐步成比例上升,至3秒恢復到100%。

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