首先感谢本次圆桌的邀请，抱歉到圆桌快结束了才过来答题..

知乎惯例，先问是不是在问为什么。个人觉得问题应该改为：”停电的原理是什么？切断部分负荷是否能避免电网的停电事故？停电后的恢复为什么要持续很久？“

针对这个问题我打算分三步来回答：

1. 为什么会停电？
2. 停电后的恢复过程如何？
3. 弹性电网的定义

为什么会停电？

首先我们先将本次讨论的范围限定于非计划性停电。国内常见的“夏季有序用电”或是“计划性停电检修”暂不在讨论范围之列。另外我们再严谨一点，将讨论限定在大区域性质的停电，而非居民家用的保险丝熔断跳闸。那让我们来看几次国际上最近发生的较大的停电事故：

首先要聊的就是六月中旬刚发生南美停电事故，造成了 4800 万人失去电力供应。

阿根廷电网发生大范围停电事故，波及南美多国

那么这次停电是如何发生的呢？可以看看官方文档：

"The grid failure that led to the national blackout originated in an electricity transmission connection between the Yacyreta and Salto Grande power plants on the Argentine coastline"

所以，据了解是因为有几段 500kV 高压输电线出现问题，导致两座水坝发电站出于对自己的保护直接从电网断连了，然后此时系统预留的发电容量并不能快速弥补这两台机组的空缺。（不少系统采用的都是 N-1 原则来确定需要的频率响应容量）

剩下的其他几次重大事故，比如南澳 16 年的断电，还有意大利 03 年的断电等可以在我另外一个回答里找到：

大面积停电一般有哪些原因？

所以我们可以总结，大范围停电的起因一般都为：发电侧或者输电线路出现故障，而导致系统频率的快速下降，从而导致更多的发电设备以及负载根据继电保护设定，从电网断连，产生大范围的停电。

以英国为例，正常的运行频率为 50+-0.2 Hz, 而在极端情况下可扩充到 0.5~0.8Hz。如下图所示，一旦超过 0.8Hz，有一些分布式发电设备就会出于自我保护的原则从电网自行隔离了。

那么在停电“即将”发生之前，系统会做出哪些努力呢？

• 首先当然是调取所有能实现快速频率响应的机组以及储能设备，增加他们电网输出，然后以稳定系统频率。
• 但如果这些容量都不足以将系统频率限制在可接受的范围内呢？那么作为配电网运行者便会开始执行切负荷程序，这可能正是题主所提到的切断一些负荷，以恢复大电网供需平衡。

以英国为例，在其的 Grid Code 里面定义了一种叫做 Low Frequency Demand Disconnection (LFDD)的服务，就是用于这种场景。上一次英国大范围启动这一服务是 2008 年五月 27 日，具体发生的场景如下：

1. 系统在两分钟失去了两座发电站，总计 1582MW。而系统 n-1 原则下定义的最大发电机组容量为 1320MW，所以常规频率响应所预备的容量，不足以限制系统频率的下降。
2. 随着系统频率进一步下降，又有 250MW 的分布式发电机组断连。而当系统频率下降到 48.8Hz 时，LFDD 便开始启动，在这次事故中一共切掉了 580MW 的负荷，以让系统能尽快恢复到原有的正常频率区间里去。（对于 580MW 没有概念？一户居民的顶峰负荷通常为 5-10kW，一个年用电量几百万度的工厂顶峰负荷也就 1-2MW）

那么上文讲的都是即将要发生停电，而因为系统（比如说我国）出色的 GRID code 而使得大范围停电得以避免。那么第二个部分就来讲讲，如果一旦大范围停电发生了，系统是怎么恢复的。

停电后的恢复过程

电力系统对于停电后的恢复过程有一个专业名词叫做“黑启动”(black start)。从我个人的粗浅的理解来看，black start 是个“蛮尴尬”的存在。可能很多年都不会用到，但是电网却要一直备着这项能力，还得根据系统构成的变化（比如输电线路或是高比例可再生能源的接入）时不时得重新评估一下。

而让人备着去做黑启动也是要花钱的，这笔钱如何花的值也是门学问。例如英国电网就在近几年做出了一系列的评估，最后的出的结论是：

Planning to achieving an average Restoration Time across the year of 24 hours to restore 60% of national demand, providing that this can be procured economically and efficiently.

评估结果为：按照保证在 24 小时内恢复全国 60%的负载来预留黑启动的容量，是最为经济及有效的。

这其实给出了题主问题里的一个定义：“为什么大规模停电要持续很久不能修复呢？”很久是多久，24 小时恢复 60%算不算久呢:)?

那么哪些机组能提供黑启动服务呢？例如常规的煤电机组是否能提供黑启动服务？事实上是不能的。因为这些火电机组其实是要边发电边用电^[1]的，尤其是机组一旦停转，启动过程可从几十分钟到几个小时不等，这个过程中无法供应电量。所以 NG 定义的黑启动服务的提供商必须得满足以下主要三个要求：

• 有较高的运行可靠性
• 在没有外部供电的环境下能够自行启动
• （理想状态下）能够在两小时内驱动某一块区域的负载

其他还有一些反复启停或是燃料备用要求，在此处就不赘述了。

另外黑启动的过程是如何（可不是啪的一下全国就亮了）？我们可以回到前面那张图：

• 一旦大停电事故，系统会开始分割并形成小的电力孤岛。
• 然后各类黑启动服务商开始发力（例如小的柴油机组），使各个电力孤岛开始内部运转，让区域内更多的负载亮起来，以及非黑启动机组通过从孤岛电网获得电力并重启。
• 系统频率回到稳定区间，更多的分布式发电机组也开始发力
• 多个孤岛系统开启连接，最后回到大电网稳定运行的状态。

这里不得不说的是，对于黑启动容量配置的位置选择也是一门学问。传统的黑启动专注于建立更大的孤岛，然后最后在并联至一起，如下图所示：

而 NG 提出了创建骨架式的黑启动网络 （skeleton NETS），不在第一时间追求大区域，而是将更多分散的小孤岛快速建立起来，让更多无黑启动能力的机组通过孤岛运行起来，最终实现大电网资源的快速“回暖”。

黑启动的最后一步当然是与周边电网的互联。事实上，特高压传输线路（interconnectors）也是可以作为黑启动容量配置的一部分，只是两个电网对于系统稳定性的要求，以及如何提供合理的发电容量也是需要具体问题具体分析的。典型如英国与周边国家的多条 HVDC 线路就是黑启动容量的一部分。

弹性电网的出现

用于形容电力可靠性最常见的一词就是 reliability，但是有一个词在最近几年愈发火热起来，英文为 resilience。中文译为可恢复或者说弹性电网。resilience 一词主要针对的低频率但是对电网冲击特别大的事件，典型如我国 08 年南方冰雪灾害，以及美国新奥尔良的飓风等事件。这类时间的特点就是已发生基本要很长时间才能恢复，但是发生几率又很低，专门为此事配置过度坚强的电网，又太劳民伤财。所以如何合理使用现有资源以及规划电网，来抵抗全球变暖环境下的极端事件频发的场景。下文放一放我师兄和导师合写的论文对于 reliability 和 resilience 的比较定义，引自谷歌搜索“power system resilience”排名第一的文章^[2] :p

这一块也是我辞去国内工作，去墨尔本重新开始学术生涯的研究方向之一，希望以后能跟大家多交流。

感谢阅读 :)