:研究發現，2008年金融危機後，世界經濟進入低速增長調整期，電網麵臨可持續投資壓力。同時，近10年來，極端自然災害進入高發期，給電力係統安全帶來嚴重擾動。多重因素作用下，大停電事故進入多發期。

近30年全球大停電事故發生的深層次原因分析及啟示

來源：“中國電力” ID：ELECTRIC-POWER

胡源1, 薛鬆1, 張寒1, 張樺2, 馮昕欣1, 唐程輝1, 林毅3, 鄭鵬4

(1. 國網能源研究院有限公司，北京 102209; 2. 國家電網有限公司，北京 100031; 3. 國網福建省電力有限公司經濟技術研究院，福建 福州 350013; 4. 國網福建省電力有限公司，福建 福州 350003)

引言

電力係統作為連接發電廠和終端用戶的“橋梁”，一旦發生故障，極易引發大規模的停電事故，進而造成巨大的經濟損失，甚至威脅到居民的生命安全[1-3]。近年來，全球範圍內發生多起大停電事故，引發各國關注。

為了從大停電事故中總結出對中國電網安全的啟示，大量學者對已發生的大停電事故展開了一係列研究，主要包括自然災害、設備故障、電網管理模式和網絡攻擊4個方麵。在自然災害方麵，文獻[4]從大停電事故發生、發展和恢複3個階段分析了2009年由於極端天氣引發的巴西電網大停電事故；文獻[5]總結了2016年極端天氣下新能源脫網引發的澳大利亞大停電事故；文獻[6-8]分析了印度2012年7月由於400 kV聯絡線線路跳閘引發的電力係統大規模連鎖故障；文獻[9-11]分析了2018年巴西電網因斷路器過載保護動作後造成的巴西大麵積停電事故；文獻[12]分析了2015年3月土耳其東西部傳輸走廊高壓輸電線路過載動作跳閘後，引發歐洲互聯電網解列，並最終導致大停電事故；文獻[13-14]分析了2019年8月2個風電場非正常脫網，導致英國國家電網係統頻率跌出正常工作範圍，引發大停電事故；文獻[15]分析了2006年11月，由於E.ON 公司未嚴格執行“N–1”標準，各電網運營商（TSO）之間協調不當，導致的歐洲大麵積停電；文獻[16]分析了2011年9月異常天氣疊加調度管理模式缺陷引發的美墨大停電事故；文獻[17-18]介紹了2015年烏克蘭電網因遭遇黑客攻擊，導致大規模停電；文獻[19]分析了2019年3月委內瑞拉2起大停電事件；文獻[20-22]對大停電事故損失評估、電網恢複策略、風險防範機製等展開了研究。

國內外學者關於大停電事故已經進行了大量研究，但缺乏係統性地梳理、分析和研判。因此，本文基於國內外大停電事故研究文獻、調查報告及權威網站報道，係統梳理自1990年至2020年底近30年來全球範圍內具有突發性、影響範圍超過10萬人、停電時長>1 h的大停電事故，總結全球大停電事故的特點、發展趨勢，深入分析各類大停電事故發生的原因後，提出防範中國大停電事故的具體措施和建議。

1 全球大停電事故特點及趨勢

本文基於wikimili統計數據（ https://wikimili.com/en/List_of_major_power_outages），結合對應官方事故原因分析報告，梳理分析了1990年以來全球大停電事故，如圖1所示。研究發現，2008年金融危機後，世界經濟進入低速增長調整期，電網麵臨可持續投資壓力。同時，近10年來，極端自然災害進入高發期，給電力係統安全帶來嚴重擾動。多重因素作用下，大停電事故進入多發期。

圖1 1990—2020年曆年大停電次數

Fig.1 Distribution of blackouts from 1990 to 2020

從各國及地區大停電次數統計情況來看，美國、加拿大、澳大利亞、巴西、印度等國家大停電事故發生次數最多，普遍具有國土麵積遼闊、供電跨度大、電力運行工況複雜的特點，同時也是世界主要經濟體，如圖2所示。

圖2 各國及地區大停電發生次數占比

Fig.2 Proportion of the number of blackouts in various ries and regions

從影響範圍來看，影響人口超過2 000萬人以上的大停電事故主要發生在2000年以後。最嚴重的2次大停電事故均發生在印度，其中2012年印度大停電事故影響的人數最多，達6.2億人。盡管美國是停電次數最多的國家，但除了1965年的美國大停電影響人數達3 000萬人以外，其他大部分大停電事故中受到影響的人數均在1 000萬人以下。

從停電原因來看，全球已明確發生原因的138件大停電事故中，主要有以下4類原因：（1）自然災害原因，直接引起77件，占比56%；（2）電力投資不足導致設備老化、市場設計缺陷等電力管理體製機製原因，引起或使停電事故惡化的共有43件，占比31%；（3）意外或人為事故原因，引起14件，占比10%；（4）網絡攻擊原因，引起4件，占比3%。誘因分布如圖3所示。

圖3 20世紀90年代以來大停電事故主要誘因分布

Fig.3 Distribution of main causes for blackouts since the 1990s

2 大停電事故發生原因分析

2.1 自然災害原因

自然災害引發的大停電事故具有偶發性、對電力係統影響範圍明確、影響範圍不易擴散的特點。比較典型的是2008年中國南方冰雪災害、2009年巴西和巴拉圭颶風、2011年日本大地震等引發的大停電事故等。

（1）防災減災預案和恢複措施準備不足，電網與有關防災部門間協調不充分。曆史上多次大停電事故均是由於電網與其他部門間缺乏整體協調配合機製、未能建立完善的防災減災應急預案研究，導致電網麵對自然災害擾動的考慮不夠充分。由於信息匱乏與溝通不暢，電網災前預警不充分，未能及時合理調整電網運行方式，提前合理配置救災搶修資源；災中麵對複雜多變的災情，缺少統一有效的調度控製手段，未能及時緩控故障蔓延；災後電網故障情況、交通路網信息傳輸不暢，導致故障搶修與負荷恢複過程進展緩慢。例如，2003年夏天，由於天氣炎熱、負荷飆升，美國東北部地區部分輸電線路發生過載跳閘。美、加兩國相關電力公司之間缺乏高效溝通協調機製，未能及時共享潮流異常信息並采取協同應急控製措施，最終釀成波及5 500萬人的“8·14”美加大停電[23]。

（2）電網薄弱環節與關鍵節點強度不足，備件匱乏，設備安全裕度保障不足。線路跳閘等設備故障極易在極端天氣下集中出現在受災區域。很多大停電事故是由於電網薄弱環節與關鍵節點處的元件設備在極端天氣中失靈或受損，而電網安全裕度不足，導致連鎖故障甚至係統失穩而造成的。例如，巴西2009、2011年兩次大停電均由於關鍵的伊泰普水電站送出通道在極端天氣中接地短路或保護跳閘，係統失穩振蕩，導致係統解列及崩潰。

需要注意的是，自然災害是引起大規模停電事故的最重要誘因，但最終的嚴重停電損失往往也是多種因素共同作用的結果，如防災體係失靈、應急預案不充分、關鍵設備受災停運、調度手段不恰當等，使得自然災害引發的電網局部故障惡化為係統性連鎖故障。

2.2 管理體製機製原因

市場機製設計、電力可持續投資等管理體製機製因素是引發大停電的第二大原因，具有易與其他誘發因素伴發，將事故影響範圍擴大到全局，波及範圍廣、恢複緩慢等特點。比較典型的是2012年印度大停電、2019年阿根廷大停電等，幾乎導致全國範圍內的停電。管理體製機製因素還可細分為電力市場機製設計缺陷、電網管理體製“破碎化”、電力投資能力不足等問題。

（1）電力市場機製設計不夠完善。電力市場機製建設是一個長期的、不斷完善的過程。在市場建設過程中，對市場運行的極端情況考慮不夠充分，例如電價嚴格管製、中長期市場與現貨市場不協調、容量機製吸引力不足等，在外部擾動的情況下可能會被迅速放大、造成巨大的經濟損失。例如，2001年美國加州大停電事故中，為增加發電側競爭而放鬆批發市場價格，並管控配售電價，受發電成本上升影響，發電商哄抬電價，公共配售商利益無法保障，交易品種隻設置現貨市場，配售電公司無法簽訂中長期協議對衝價格波動風險，導致太平洋電氣在內的大量公共事業公司嚴重虧損乃至破產，引發大停電。

（2）電網各級調度體係分散、電網采取分散管理模式。部分國家電網調度管理主體分散、統一調度協調環節較多，下級調度機構不完全接受上級機構調度指令，管理相對獨立；配電網與上級輸電網的規劃、並網標準不配套，輸配電網間管理機製鬆散，實際運行中輸電網無法準確高效地掌握下級配網的真實運行水平。故障發生時，各級調度不能快速協調一致處理事故，局部故障無法被快速隔離，導致事故範圍迅速蔓延擴大。例如，2012年導致印度3個區域大電網崩潰的大停電，由於各級調度主體間權責不明確，上級調度指令無法有效執行，事故初期局部故障未能被快速隔離，致使事故範圍迅速擴大。印度各級調度中心責權分散，統一調度和協調能力嚴重不足，無法采取步調一致的處理手段。調度體係分散還導致了印度複電緩慢，甚至出現了一停再停的情況。

（3）電力投資能力不足。電價水平較低，尤其是輸配電環節費用受到嚴格監管，導致電網公司利潤不足，無法有效地對老舊的輸配電線路進行維護、檢修與升級；電網投資能力受到嚴重限製，無法根據發電容量與負荷需求的變化，有效地對輸電線路進行增容擴建[24]。例如，印尼雅加達2019年8·4大停電事故，印尼政府規定消費者承擔的電價須低於市場水平，印尼國有電力公司承擔相應損失、每年向國會上報電力補貼預算，經國會批準後，由財政部分期支付補貼資金，電價機製畸形、不能保障電網的合理投資回報水平，加之大量“高齡”電廠超負荷運轉、變電站老化損毀等，最終總人口的一半遭受停電影響。

管理體製機製原因須引起高度重視，電力係統是技術密集型行業，容易忽視管理體製機製對電力係統安全的重要保障作用。管理機製設計不當，可能危害到整個國家和地區的能源安全。

2.3 人為事故原因

人為事故是引發大停電的重要原因。人為事故引發的大停電事故具有突發性、缺少征兆、易造成電氣設備嚴重損壞等特點。比較典型的是2015年土耳其大停電，由於主要輸電通道重載時段安排檢修引發了大停電，影響人口達到土耳其總人口的90%。

造成人為事故的原因主要包括2類。（1）運行人員的誤操作，包括生產運行中的操作違反《電業安全工作規程》，以及由於技術不精、業務不熟、責任心不強導致的安全事故。如：某供電局工作人員帶負荷拉隔離開關，造成220 kV線路停電，電網調度員誤下令造成電網大量甩負荷等[25]。（2）建築施工或供水、供氣等基礎設施修建過程中對電力設備的損壞。除了暴露在外的架空線路在施工過程中容易被破壞以外，埋在地下電纜由於很難被察覺，也極易遭到破壞。

2.4 網絡安全原因

網絡攻擊引發的停電事故具有隱蔽性、複雜性強、防禦難度大、物理傷害大等特點。比較典型的是2015年烏克蘭大停電事故和2019年委內瑞拉停電事故，影響人口分別達23萬人和3 200萬人，美國已於近些年開展電力網絡安全防護能力建設。近年來，網絡攻擊導致大停電出現的原因主要包括如下2個方麵。

（1）隨著信息係統和電力係統的深度融合，信息係統安全問題極易引發電力係統安全事故。隨著互聯網與信息技術的不斷發展、電力信息物理係統與能源互聯網的加快建設，電力係統傳感器數量、信息網絡規模和決策單元數量都大大增加，越來越多的外部信息通過各種業務途徑直接或間接影響著電力係統調控決策，電力網絡與信息網絡的交互機理日益複雜。信息技術在給電力係統帶來便利的同時，也引入了信息係統的脆弱性，使得電力網絡的脆弱性更加複雜。

（2）信息技術快速更新迭代，針對電力係統的網絡攻擊防範難度大。對於電力係統的網絡攻擊手段越發先進，呈現多元化、隱蔽性強、潛伏期長、攻擊代價小、目標性更強、事故概率更高的特點。這一新的攻擊形式與傳統電力係統遭受“N–1”或“N–k”故障引發對係統安全穩定運行的影響存在機理和控製手段上的差異。係統現有的安全防禦體係難以抵禦網絡協同攻擊。因此，針對電力係統的網絡攻擊能夠造成大範圍停電，且難以快速恢複、持續時間長，帶來巨大的經濟損失，進而延伸造成社會的混亂與恐慌。

3 國外大停電事故對中國電力係統安全的啟示

中國當前正積極推動“碳達峰、碳中和”工作，可再生能源跨越式發展已成為各方共識，大規模可再生能源並網消納會進一步增加電力係統的脆弱性，安全可靠運行壓力增大。電力係統安全防護是一項係統工程，從國外經驗教訓來看，應當通過技術手段增強電網彈性，通過管理體製機製優化保障係統有序運行、增強人為事故防範、增強網絡安全防護能力。

（1）通過技術手段增強電網彈性。增強電網彈性包括提高電網互聯、提高係統調節能力、增強電網應急響應能力等。

①提高電網互聯，加快能源互聯網建設。加強跨區跨省輸送通道建設，完善送受端網架結構，提高電網互聯程度，加強大電網互備。加強“大雲物移智鏈”在電力係統信息采集、感知、處理等環節的應用，加快構建堅強智能電網。

②提高係統調節能力。加強抽水蓄能、電網側儲能等調節電源建設，加快煤電靈活性改造，提高電網調峰能力。提升可再生能源功率預測，加強多級調度係統的協同快速響應。提高源網荷儲協同控製能力，加強需求響應等可調節負荷資源規模化、常態化應用，拓展電網靈活調節手段。

③增強電網應急響應能力。電力企業製定極端場景下應急預案，充分考慮各種極端場景和困難，加強融冰技術、抗震設備等先進技術的部署應用。加強電網與應急管理、氣象、交通等部門在災害預警信息、影響程度預測等方麵的協同互動，提高電網災害預判和處置專業能力。

（2）通過管理體製機製優化保障係統有序運行。長期以來，中國堅持了“統一規劃、統一調度、統一管理”的發展模式，極大發揮了電網的規模效應和協同效益，在應對用電需求快速增長等挑戰、保持電力係統安全穩定中起到了決定性作用。優化管理體製機製主要包括加快建立全國統一電力市場、建立健全容量機製、完善電力基礎設施投資回報機製等。

①加快建設全國統一電力市場。穩步推進經營性用戶發用電計劃全麵放開，同步推進調度能力建設，逐步實現經營性用戶發用電計劃全部放開。完善跨區跨省交易機製，有序推進現貨市場建設，做好不同地域範圍、不同時間尺度、不同標的交易的銜接和貫通。加快完善係統平衡機製、結算機製和信息披露機製等，提高交易透明度和運作效率。完善阻塞管理與輔助服務機製等。

②建立健全容量機製。區分存量和增量機組，對於已建成的機組，可探索容量補償機製，由政府主管部門核定發電容量成本，製定容量補償價格。對於新建機組，研究建立容量招標機製，發揮市場機製在吸引電源投資方麵的促進作用，保障長期容量充裕性。

③完善電力基礎設施投資回報機製。為實現“碳達峰、碳中和”目標，借鑒美國、英國等做法，對升級電網、機組配套投資等，在輸配電價核定、投資規模安排、項目核準等方麵給予政策支持。對儲能、需求響應等靈活調節資源，充分考慮實際需要，優化電價機製、資金補貼等。

（3）增強人為事故防範。中國電網覆蓋麵積廣，連接設備多，當前中國城市化建設和電網建設都處於快速推進期，大量基礎設施的規劃建設尚未形成統籌協調的機製，燃氣、道路建設施工等易破壞電力設施，引發停電事故，應著力做好以下幾方麵工作。

①探索人工智能等新興技術的研發和應用。保障電網“大雲物移智”等必需、必要高新技術研發及應用的投資，提升電網態勢感知、自愈能力等方麵的智能化水平，減少人為操作因素造成的電網停電事故，及時發現、自動處置故障點。

②加強基礎設施的統籌規劃和建設。很多電力事故由其他行業施工不當等情況導致，促請政府加強對道路、水務、電力、通信和燃氣等行業規範的統一部署，統一製定基礎設施建設標準，從源頭上減少其他單位在施工或檢修時造成的停電事故。

（4）增強網絡安全防護能力。中國目前發電、電網、電力裝備等企業都在推進數字化、智能化轉型，各類接入外部設備、網站係統、通信傳輸係統等成為發動網絡攻擊的重要“跳板”，安全防護重點已從企業內部生產運營係統擴展到各類終端、傳輸路徑，網絡安全風險日益嚴峻，應著力做好以下幾方麵工作。

①優化網絡防護體係。係統研究適應電力物聯網發展的安全防護體係，在入網電力設備硬件、操作係統、通信技術及雲服務器等環節做好體係建設，明確雲、邊、端的安全防護策略、設計標準、邏輯功能等，形成分層立體防禦體係。

②將安全防護關口前移。發揮電力企業網絡安全責任單位的主體作用，協同上下遊設備廠商、研究機構等，加快適應高比例電力電子裝備接入電網的安全防護技術研究，提升威脅監測發現技術、安全防護技術、攻擊路徑阻斷及隔離技術，增強主動防禦能力，加大網絡防禦縱深。

③加快完善電力物聯網安全標準。電力企業積極參與電力係統網絡安全各類標準製定，精準製定適用各類電力電子設備、各種應用場景的技術標準。從安全測評、防範、處置等電力網絡安全防護全環節，加強標準規範製訂和落地。將網絡安全防護性能作為電力企業招標設備時重要參考指標。

4 結語

大停電事故對經濟社會造成巨大的損失，甚至威脅到人類的生命安全。本文對全球範圍內近30年的大停電事故發生的原因，從自然災害、管理體製機製、人為事故和網絡攻擊4個層麵進行了梳理和總結後，根據中國國情、電情和網情，提出了防範各類大停電事故的合理化建議，進而為中國的電網安全和國家安全提供決策參考。隨著中國“碳達峰、碳中和”等工作深入推進，電力係統麵臨的安全壓力不斷升高，未來應當不斷提高電網彈性、優化管理體製機製保障係統有序運行、增強人為事故防範、增強網絡安全防護能力等，在政策、技術、管理、資金等方麵提供係統支撐保障，不斷提高電力係統安全可靠能力。

引文信息

胡源, 薛鬆, 張寒, 等. 近30年全球大停電事故發生的深層次原因分析及啟示[J]. 中國電力, 2021, 54(10): 204-210.

HU Yuan, XUE Song, ZHANG Han, et al. Cause analysis and enlightenment of global blackouts in the past 30 years[J]. Electric Power, 2021, 54(10): 204-210.

作者介紹

胡源，博士，國網能源院企業戰略研究所研究員。主要從事電力市場、電力體製改革、電網規劃等研究，先後承擔國家發改委、國家能源局、國家電網公司委托的重大課題20餘項，主筆或參與編寫《國內外電力市場化改革分析報告2019》、《國內外電力市場化改革分析報告2020》等著作和報告，獲得國家電網公司科技進步獎、國家電網公司軟科學成果獎等獎項。

薛鬆，博士，國網能源院企業戰略研究所研究員，國家科技部科技專家庫專家。主要從事電力體製改革與電力市場、能源與電力經濟、企業戰略規劃等方麵的研究工作。作為課題主要研究人員獲國家能源局軟科學研究優秀成果獎三等獎1項、中國商業聯合會科學技術獎一等獎1項、國家電網公司軟科學成果獎一等獎6項、二等獎2項、三等獎2項。

張寒，碩士，國網能源院企業戰略研究所研究員。主要從事電力市場、能源互聯網、需求側管理等方麵研究。發表SCI、EI檢索論文10篇，參與國家能源局研究課題、國家電網公司科技項目、管理谘詢項目等10餘項。