西班牙4·28大停电事故分析及对中国
电力发展的启示
王涉 刘斯伟 梁双
摘要：2025年4月28日西班牙突发全国性大停电，波及葡萄牙、法国、比利时等国家，停电人口超过5000万，其中西班牙与葡萄牙电网分别损失约55%和98%的负荷，持续时间长达26h，直接经济损失超过200亿欧元。本文首先介绍了西班牙电力系统的电源、电网和负荷概况，然后梳理了事故前系统运行状态、事故发生过程和恢复过程，分析了停电事故的直接原因和深层原因，结合近年来世界上发生的多起大停电事故，剖析了高比例新能源系统安全运行面临的“高波动、易振荡、弱支撑、难恢复”四重风险，最后结合中国电力系统实际，提出了建设新型电力系统的相关措施建议。
关键词：西班牙电网；大停电事故；新能源；频率崩溃；电网解列
一、引言
在《巴黎协定》的推动下，近年来各国能源转型步伐加快，新能源装机占比不断提高，根据国际可再生能源署（IRENA）《2025年可再生能源装机容量统计报告》 [1]，2024年全球可再生能源新增装机占比超过90%，总装机占比超过45%，较煤电装机占比高10% [2]。随着电源结构发生深刻变化，高比例新能源电力系统的脆弱性逐渐显现。据统计，2011年至今国外发生具有较大影响的停电事故超过40起[3]，事故原因包括极端天气导致电源出力不足，自然灾害引起设备故障，控制不当产生系统振荡等，最长停电时间超过72h，停电事故造成的直接经济损失累计超过万亿元。
2025年4月16日西班牙举国庆祝实现“100%可再生能源”供电，不足半月，4月28日即突发全国性大停电，波及葡萄牙、法国、比利时等国家，停电人口超过5000万人，持续时间长达26h，直接经济损失超过200亿欧元，社会秩序陷入混乱。欧盟委员会执行副主席特蕾莎·里贝拉对外表示，此次大停电是近年来欧洲记录到的最严重事件之一。
此次大停电不仅反映了高比例新能源电力系统的脆弱性，也为中国新型电力系统安全运行敲响警钟。本文结合西班牙电力系统概况和停电过程，分析此次西班牙大停电事故的发生原因、发展过程及恢复过程，结合近年来国际大停电事故的主要原因，分析高比例新能源电力系统存在的风险，结合中国电力系统发展现状，提出中国建设新型电力系统过程中保障电网安全稳定运行的对策建议。
二、西班牙电力系统概况
（一）电源概况
据西班牙电网公司(Red Eléctrica de Espa a，简称REE)统计，截至2024年底，西班牙电力总装机约129.0GW，其中，风电31.5GW，占24.4%；光伏32.2GW，占25.0%；核电装机7.1GW，占5.5%；水电装机17.2GW，占13.3%；气电装机25.8GW，占20.0%；生物质能及其他机组装机15.2GW，占11.8%。可再生能源装机85.1GW，占66%；新能源装机63.7GW，占49.4%。不同类型电源装机容量和占比如表1所示。
截至2024年底，西班牙电源发电量约2376.8亿kWh，可再生能源发电量占比约56.8%。其中，风电551.4亿kW·h，占23.2%；光伏442.1亿kW·h，占18.6%；水电316.1亿kW·h，占13.3%。
截至2024年底，西班牙全社会用电量为2320亿kW·h，最大负荷约37.3GW。
表1 西班牙不同类型电源装机情况统计
（二）电网概况
西班牙的风电资源主要集中在北部山区，太阳能资源则集中在南部地区，用电负荷主要分布在中部的马德里和东部的巴塞罗那地区。资源禀赋导致大规模新能源需要跨区域、远距离输送。
西班牙电网以400kV和220kV为骨干网架，已形成全国联网，并与法国、葡萄牙、摩洛哥、安道尔等国互联。西班牙电网结构如图1所示，红色和蓝色分别表示400kV和220kV输电线路，坐标轴原点位于伊比利亚半岛中心。西班牙与邻国电力互联情况如表2所示。
图1 西班牙输电网和变电站[4]
表2 西班牙与邻国电力互联情况
三、西班牙大停电事故过程
（一）事故前运行情况
根据欧洲输电系统运营商联盟（the European Network of Transmission System Operators for Electricity，简称ENTSO-E）披露，事故当时（中午12时左右），西班牙电网出力约29.4GW，其中风电3.5GW，占11.9%；光伏19.4GW，占66.0%；核电3.4GW，占11.6%；水电0.2GW，占0.7%；火电2.3GW，占7.8%；其他0.6GW，占2.0%。风电和光伏等新能源出力22.9GW，占77.9%；火电、核电等常规机组出力5.9GW，占20.1%。电网仅11台承担电压调控指令的常规机组运行，包括4台核电机组（2台满发）、1台煤电机组和6台气电机组，创2025年最低记录（2025年全年仅13天并网机组≤12台）。不同类型电源装机容量和占比如表3所示。
表3 事故当时西班牙发电出力统计
事故当时，西班牙电网有效负荷约25.18GW。与邻国电力交换处于净输出状态，其中通过交流、直流线路输送法国电力1.5GW、1GW，通过交流线路输送葡萄牙2.5GW，输送摩洛哥、安道尔功率暂未有公开报道数据。
（二）事故发生过程
事故当时呈“常规机组支撑不足、新能源大规模脱网”系统失稳过程。根据2025年6月17日西班牙副首相兼生态转型大臣莎拉·阿格森公布的调查报告 [5]。5月14日莎拉·阿格森在国会众议院的正式发言和5月9日ENTSO-E的披露信息[6]，本次大停电事故各详细发展过程如图2所示。
图2 西班牙大停电事故发展过程
1.阶段1 系统振荡（12:00-12:30）
12:03：西班牙电网出现频率振荡，振荡频率为0.6Hz，振幅为70mHz，持续时间4分42秒。西班牙REE联系法国输电系统运营商（Réseau de Transport d'Electricité，简称RTE），
12:07开始，西班牙外送法国功率限制为1500MW（原计划2300MW）。
12:11：西班牙-法国高压直流线路运行方式从自调节模式（功率随电网频率自动调节）切换为恒功率模式（固定外送1000MW）。
12:16：西班牙电网0.6Hz频率振荡再次出现，振幅为30mHz。
12:19：西班牙电网中南部至西南部再次出现低频振荡，振荡频率为0.2Hz，振幅200mHz，持续时间3分20秒，在此期间，电压高幅值振荡，阿尔马腊兹400kV变电站峰-峰值振幅达到23kV。西班牙REE再次联系法国RTE，12:20开始，西班牙送至法国功率限制为1000MW。
2.阶段2 机组脱网（12:32:57-12:33:18）
12:32:00-12:32:55：系统操作员已识别出总计525MW的小规模发电损失，分布于全国范围，其中317MW来自单机容量小于1MW的分布式发电。同时西班牙外送法国电力由1000MW持续下降。
12:32:57-12:33:17：西班牙分别在格拉纳达、巴达霍斯、塞哥维亚、韦尔瓦、塞维利亚、卡塞雷斯等地分别发生机组脱网事故，共损失出力2.2GW。其中三次较大规模的机组脱网事故如下：
（1）12:32:57：格拉纳达355MW机组脱网。由于220/400kV变压器的二次过电压跳闸，当时该位置正发355MW有功功率，吸收165Mvar无功功率。
（2）12:33:16：巴达霍斯超过800MW机组脱网。
（3）12:33:17：塞维利亚550MW机组脱网。
同时，12:33:00：西班牙外送法国的电力降低为0MW，并由外送转向受入。
3.阶段3 连锁脱网（12:33:18-12:33:30）
12:33:18 西班牙机组连锁脱网，机组脱网和过电压连锁反应，导致电网频率降低（电压5s内崩溃至0）。
12:33:19.620：受入法国电力达到最大值3807MW（通过交流线路受入4609MW，通过直流线路向法国外送802MW），并自此开始减少，出现失步现象。
机组脱网过程电网频率变化如图3所示。
图3 机组脱网过程电网频率变化
4.阶段4 六级减载（12:33:20-12:33:22）
12:33:20,180：电网频率降至49.5Hz（抽水蓄能解列的首个阈值），触发第一级减载措施，抽水负荷解列。
12:33:20,260：西班牙受入法国的电力降低为0MW，并由受入转向外送。
12:33:20,390：摩洛哥贝尼哈申400kV变电站-西班牙拉克鲁斯港400kV变电站线路闭锁。
12:33:20,500：电网频率降至49.30Hz（抽水蓄能解列的第二个阈值），588MW抽水负荷解列。
12:33:20,520：西班牙外送法国的电力达到最大值5587MW，此后外送功率逐渐减少。
12:33:20,564：摩洛哥梅卢萨400kV换流站-西班牙拉克鲁斯港400kV换流站直流线路闭锁，闭锁瞬间，摩洛哥向西班牙输送314MW功率，此时摩洛哥-西班牙解列。
12:33:20,600：频率降至49.00Hz以下，这是负荷（非抽水负荷）解列的首个阈值。
12:33:20,760：频率降至48.80Hz以下，这是负荷解列的第二个阈值。
12:33:20,800：通过触发前两级自动负荷解列，抽水蓄能机组解列完成。总计解列2037MW抽水负荷。
12:33:21,000：频率降至48.60Hz以下，这是负荷解列的第三个阈值。
12:33:21,380：频率降至48.40Hz以下，这是负荷解列的第四个阈值。
12:33:21,535：西班牙-法国交流线路因失步保护解列，西班牙-法国仅高压直流线路相联，输送法国功率1000MW。
12:33:21,820：频率降至48.20Hz以下，这是负荷解列的第五个阈值。
12:33:22,040：频率降至48.00Hz以下，这是负荷解列的第六个也是最后一个阈值。
西班牙电网减载过程中电网频率变化如图4所示，低频减载方案如表4所示。
图4 减载过程西班牙电网频率变化
表4 西班牙电网低频减载方案
5.阶段5 电压崩溃（12:33:23-12:33:29）
12:33:23,400：电网频率低于《TED/749/2020 指令》[7]中规定的发电设备应能承受的低频率下限阈值47.5Hz。
12:33:23,515：电网频率下降至46.15Hz
12:33:23,590：电网频率下降至45.89Hz。
12:33:23,960：法国-西班牙高压直流线路因西班牙侧圣略加亚换流站电压崩溃闭锁。
12:33:27,930：西班牙-安道尔因西班牙侧阿德拉尔110kV变电站的低电压保护动作解列。
12:33:29,741：电网电压降至0，西班牙-葡萄牙线路自动断开。
（三）事故恢复过程
事故之后呈“黑启动电源容量有限、能力不足”艰难恢复局面。西班牙电网中，装机占比约50%的新能源不具备自启动能力，核电因用电不稳定不具备启动条件，煤电、气电等机组因政策退坡容量有限，水电因水位低出力受限，导致西班牙电网停电时间长达26h。电网恢复过程如图5所示。
图5 停电事故恢复过程
12:44：西班牙数座具备黑启动能力的水电站陆续启动成功，形成首批黑启动孤岛。法国-西班牙边境西段埃尔纳尼400kV交流线路重新送电。
13:04：摩洛哥-西班牙的互联线路重新送电。
13:35：法国-西班牙边境东段维克交流线路重新送电。
15:14：西班牙接入第一台火电机组。
15:59：法国巴伊克斯-西班牙圣略加亚高压直流线路第一回重启。
15:59-19:53：西班牙电力恢复过程基于三个主要电力孤岛：加泰罗尼亚（获法国支援）、巴斯克地区（获法国支援）、南部地区（获摩洛哥支援）。此外，依托具备自主启动能力的水电厂，在杜罗河、加利西亚以及阿斯图里亚斯-坎塔布里亚地区也构建了电力孤岛，并逐步并入前述主要孤岛，主要过程如下：
17:49：杜罗河电力孤岛与巴斯克地区电力孤岛互联。
18:43：阿斯图里亚斯-坎塔布里亚电力孤岛与阿瓜约及巴斯克地区电力孤岛互联。
19:32：杜罗河电力孤岛与南部电力孤岛互联。
19:40：中部电力孤岛与南部电力孤岛互联。
19:53：加泰罗尼亚电力孤岛与巴斯克地区电力孤岛互联。
21:20：电力系统已接入13台火电机组。
21:58：法国巴伊克斯-西班牙圣略加亚高压直流线路第二回重启。
23:32：电力系统已接入21台火电机组。此时，50%的供电已恢复。
00:30：西班牙首都马德里供电已完全恢复。
02:18：摩洛哥国家电力公司（National Office of Electricity，简称ONE）停止电力外送西班牙。
03:09：电力系统已接入31台火电机组。
07:00：99.95%的供电已恢复。
14:36：西班牙100%供电已恢复。此时，距离停电事故长达26h。
（四）事故影响
事故影响呈现“经济发展、社会稳定、政府信任”三重危害。
一是经济损失重大。停电导致西班牙直接经济损失超过200亿欧元，影响工业、农业和服务业等多个领域。
二是社会秩序混乱。停电导致火车飞机停运、超市物资抢购、公共交通混乱、通讯网路中断和淡化水断供等社会问题，其中西班牙正在行驶116列火车抛锚，超过3万名乘客困于铁路，37家医院启动备用电源，12台急救设备因断电延误救治。
三是政府信任危机。停电事故导致西班牙首相桑切斯的支持率从52%暴跌至29%，能源部长因应对不力辞职。
四、西班牙大停电事故原因分析
（一）直接原因
事故当天，12:03、12:16和12:19分别发生的三次电网振荡可能是由于负荷波动引起，相同的振荡事件与2023年1月23日巴基斯坦大停电[8]基本相似，表明了系统支撑电源比例较低，阻尼特性较差。
事故发生后，西班牙电网从12:32:00秒开始，整个输电网络的电压开始几乎呈线性地上升。比如，在奥尔梅迪利亚变电站监测到，电压在57s内从413kV升至428kV，12:33:23,076一度上升至485kV；在某220kV变电站监测，12:33:21,219电压一度超过260kV。
根据西班牙REE事故分析，系统过电压引发了新能源连锁脱网。本文分析系统产生过电压的原因主要有以下三点：
一是机组脱网导致系统无功失衡。12:32:57格拉纳达机组脱网前，正在吸收165Mvar无功功率，脱网后400kV母线电压从418kV增加至424kV。
二是线路潮流降低导致充电功率增加。事故前部分线路负载率＜30%，发电机组和负荷切除进一步降低线路负载率，线路的电容效应倍增。
三是常规机组较少导致调压资源不足。事故发生时仅11台常规机组承担动态调压能力。
根据欧盟标准《EN 50549-1:2019》[9]，新能源机端过电压1.1pu时2秒内脱网，事故过程中，机组脱网和系统电压升高形成连锁反应，导致系统电压失控。随着电网频率降低，常规机组脱网，电压反转下降，随即电压崩溃。
（二）深层原因
随着新能源高比例接入，阿根廷、英国、美国、巴西等全球多地陆续发生大停电 [10-20]，近年来主要大停电事故统计如表5所示。
表5 近年来主要大停电事故统计
本文结合以上大停电事故分析，高比例新能源电网面临“高波动、易振荡、弱支撑、难恢复”四重风险。
一是出力靠天吃饭，“高波动”引发电力供需失衡。风力、光伏发电呈现典型的“晚峰无光、极寒无光、极热无风”特征，极易出现连续数小时甚至连续数天的极低出力情况。以东北电网为例，2021年7月28日用电负荷高达70.6GW，同比增长8.2%，而极热无风导致风电出力仅34MW，不足装机容量40.26GW的0.1%，电力缺口超过8GW，导致东北多地拉闸限电[21]。
二是涉网性能不优，“易振荡”带来电网安全隐患。风力、光伏发电通过电力电子设备并网，控制环节多、参数规模大，控制策略复杂，具有多时间尺度动态响应特性，易耦合产生谐振，振荡频率宽，覆盖10Hz至1000Hz范围[22-23]。以2019年8月9日英国大停电为例，北海霍恩海上风电场与系统发生次同步振荡，引发英格兰与威尔士大部分地区停电，停电人口超过100万，直接经济损失超过1亿英镑。
三是系统支撑不足，“弱支撑”加剧电网故障风险。随着新能源发电逐步替代传统同步机组，系统转动惯量明显降低、无功支撑严重不足，频率、电压等稳定问题突出，极易引发大规模连锁故障[24-25]。以2023年8月15日巴西大停电为例，东北部新能源出力超过87%，线路保护误动引发电网频率波动，系统惯量不足加剧频率振荡，导致全国性大停电，停电人口超过2500万，直接经济损失超过2.4亿美元。
四是黑启动能力有限，“难恢复”导致电网长时停电。新能源因逆变器依赖电压、频率信号运行，故障后无法快速自启动[26]，因此，高比例新能源系统极易因缺乏水电、气电等“黑启动”电源而面临长时停电风险。以2021年2月美国得州大停电为例，极端寒潮导致得州风电整体出力下降80%，用电负荷激增23%，供需失衡导致450万居民断电，少数未冻结的气电受限于燃料短缺，出力严重不足，导致停电时间超过72h，直接经济损失超过1000亿美元。
五、对中国电力系统发展的启示
2024年底，西班牙电网新能源装机占比约50%，常规机组装机占比38.8%。本次事故发生时，西班牙新能源出力接近80%，常规机组出力仅20%，呈现典型的“双高”（高比例新能源、高比例电力电子设备）、“双低”（低转动惯量、低抗干扰性）和“双随机”（负荷侧随机、电源侧随机）叠加特征。“十四五”以来，中国加快建设新型电力系统[27-29]，新能源以年均220GW、27.4%的增速快速发展，其中风电年均增速60GW、16.6%，光伏年均增速160GW、36.8%。2025年3月，中国风电、光伏发电装机已超过1480GW，首次超过火电装机，占比达到43.2%，其中风电、光伏发电装机分别为535GW、946GW，占比15.6%、27.6%，同比增长17.2%、43.4%，中国电源结构逐渐呈现出西班牙电网的高比例新能源特征。
此外，我国和西班牙发电、用电均存在空间不均衡的特点[30]。西班牙新能源资源主要集中在北部和南部区域，用电负荷主要集中在中部；我国新能源资源主要集中在三北地区，用电负荷主要集中在中东部，资源禀赋分布特性导致我国和西班牙新能源均需要大规模、跨区域、远距离输送[31]。
本次西班牙大停电暴露出来的高比例新能源系统的安全运行风险不容忽视，提出建议如下。
（一）强化预测预警，从“靠天吃饭”向“知天而作”转变
1.布局高分辨率的气象监测网。在大型新能源基地、输电通道走廊、负荷中心、关键枢纽变电站等区域，加密部署高精度气象站，重点提升近地面层（风机轮毂高度附近）和局地微气象的监测能力，综合利用地面、高空、卫星、雷达异构气象数据，构建覆盖全国、重点区域加密的高时空分辨率数字气象监测网。
2.发展高精度的功率预测系统。将精细化气象监测数据、历史功率数据、机组状态信息、地形地貌数据、卫星云图时序分析等多维数据深度融合。利用大数据驱动的智能模型，构建适应不同时间尺度（日前、日内、超短期）的功率预测系统。
3.构建全景态势感知平台。在关键发电厂、变电站、重要输电线路和新能源汇集站，大规模部署电网传感测量设备，实现全网频率、电压、潮流、振荡、惯量水平等关键节点电气量的毫秒级同步采集和高速传输，实现在线评估与风险预警。
（二）改善涉网性能，从“被动跟网”向“主动构网”转变
1.严控并网标准。严格执行《风电场接入电力系统技术规定》（GB/T 19963-2021）、《光伏发电站接入电力系统技术规定》（GB/T 19964-2024）等标准，增强新能源发电自身的频率、电压耐受能力[32]，避免类似西班牙停电事故中因系统频率、电压波动导致大面积脱网。
2.优化控制策略。根据系统运行需要动态优化能源场站集群的控制策略 [33]，改善新能源发电的等效阻抗特性，增强系统阻尼，避免宽频振荡带来的运行风险。
3.推广构网技术。根据新能源场站接入系统强度，合理配置分布式调相机，推广应用构网型逆变器，提高新能源场站的频率、电压支撑和调节能力[34]。
（三）提升支撑能力，从“捉襟见肘”向“安全充裕”转变
1.动态优化运行方式。基于源荷实时预测和电网风险评估，动态调整机组类型组合，系统运行方式，联络线潮流和机组备用计划。例如在西班牙停电事故中的高比例新能源、低常规机组支撑的脆弱场景下，预留更多旋转备用、监测新能源出力、调整重要断面潮流，必要时提前减载部分非关键负荷，提升系统安全稳定运行水平。
2.设定安全运行红线。在系统各种运行方式下，特别是新能源大发时段，明确最低惯量水平、最低短路比和常规机组的最小开机方式。避免类似西班牙停电事故中仅11台常规机组支撑的系统脆弱运行方式。
3.优化第三道防线。优化低频、低压减载方案设计，确保各级减载容量设置能够覆盖最严重故障场景下的功率缺额。
（四）优化恢复策略，从“长时停电”向“快速自愈”转变
1.多元化配置黑启动电源。在电网的关键枢纽点（如重要负荷中心近区、大型新能源汇集站、直流落点附近、省间/区域联络节点），多元化配置黑启动电源，优化电源恢复时序，定期开展“黑启动”应急预案演练。避免西班牙停电事故中因水电水位低、核电无法启动、煤电气电容量有限导致的漫长恢复。
2.提升新能源黑启动能力。具备构网能力的新能源场站可快速建立局部电网的电压和频率，支撑其他机组快速启动[35]。目前，湖北荆门新港50MW/100MW·h构网型储能电站已经成功验证黑启动能力。
3.增加电网互联互济规模。持续加强跨省跨区交直流输电通道建设，提高故障后功率转移能力、频率稳定和事故支援能力，例如西班牙与法国的交流联络线在事故初期发挥的功率支援作用，缩短停电恢复时间，提高电网快速自愈能力。
六、结语
本次西班牙大停电的主要原因是电力系统在新能源高占比情况下，呈现出典型的“双高”（高比例新能源、高比例电力电子设备）、“双低”（低转动惯量、低抗干扰能力）与“双随机”（电源侧与负荷侧随机波动）叠加的运行特征，系统抵御扰动能力严重不足，无法抵御负荷波动引起的过电压，引发新能源机组大规模、连锁性脱网。
本文系统梳理西班牙大停电事故发生过程，并结合近年发生的大停电事故，深入分析了高比例新能源电网在出力特性、涉网性能、系统支撑和黑启动能力等方面存在的风险。结合中国电力系统发展现状，提出以下建议。
1.通过布局高分辨率的气象监测网、发展高精度的功率预测系统、构建全景态势感知平台，强化预测预警。
2.通过严控并网标准、优化控制策略、推广构网技术，改善涉网性能。
3.通过动态优化运行方式、设定安全运行红线、优化第三道防线，提升支撑能力。
4.通过多元化配置黑启动电源、提升新能源黑启动能力、加强电网互联互济规模股票杠杆哪里可以做，优化恢复策略。
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