磁暴在单回交流输电线中感应电流的验证计算

准确计算磁暴期间交流电网中的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)对评估磁暴对交流电网的影响至关重要。在研究磁暴对交流电网的影响时所应用的现有模型的基础上,以单回交流输电线为研究对象,将交流输电线、接地体和大地进行统一建模;并采用有限元法(FEM)进行求解。这种新模型既可以处理电导率复杂分布的大地模型,又可以将交流输电线及接地体对地表感应地电场分布的影响考虑在内。均匀选取磁暴期间地磁场变化频率0.000 1~0.1 Hz之间的特定频点,分别采用现有模型和新模型计算交流输电线中的GIC,通过对比验证,表明现有模型在频率0.000 1~0.1 Hz之间计算磁暴期间交流电网中GIC时是适用的。     

大地地磁感应电流与大地电导率关系的分析

磁暴产生的地磁感应电流(Geo-magnetically Induced Current,简称GIC)不仅在电网、输油气管道等导体中流动,还在大地中流动,研究大地GIC与大地电导率关系,对认识大地电导率对大地GIC和管网GIC的影响,以及准确计算管网系统的GIC具有重要意义。本文利用均匀大地电导率模型和分层大地电导率模型分别计算了不同深度大地GIC大小以及GIC分布规律,分析了均匀大地电导率模型和分层大地电导率模型与大地深层GIC的关系以及对GIC计算结果的影响。研究结果表明,大地电导率越小,大地GIC分布的深度越深,以及大地电性构造对大地和管网GIC大小和分布深度的影响很大。在此基础上,提出了下一步的研究建议。     

地磁暴感应地电场的大地电性结构建模方法

探明磁暴期间地面感应电场的分布情形是正确计算地磁感应电流(GIC)和预测磁暴次生灾害影响的前提。根据电磁场唯一性定理,从求解磁暴感应地电场的角度出发,提出了一种复杂大地电导率结构的建模方法;该方法的特点是只建大地导体区模型,通过模型的边界条件反映地磁场的变化情况及感应地电流在地下的流通情形。采用有限元法求解了典型地电结构下的磁暴感应地电场,通过对比数值方法和解析方法求得的地面电场结果,验证了建模方法的可靠性。进一步采用该方法研究了无法解析求解的复杂地电结构的磁暴感应地电场问题,建模思路和方法为评估磁暴和GIC的管网效应提供了分析工具。     

油气管网与电网的地磁暴干扰机理比较研究

地磁暴是由太阳风暴冲击地球磁层引起的地磁场剧烈扰动。地磁暴会对地面人工技术系统形成危害,威胁技术系统的安全;其中,规模庞大的油气管网和电网最容易受到影响。首次对油气管道和电网的地磁暴干扰机理进行了深入的比较研究,获得了重要研究结论。电网与油气管网地磁暴效应都起源于空间天气对地球磁层-电离层的影响,作用于特定对象上由不同作用原理产生不同干扰。油气管网主要产生PSP及GIC,而电网仅有GIC的影响。根据作用原理不同,二者建模计算各异。通过分析特定事件、原理分析以及建模计算,对油气管道和电网地磁暴的干扰机理进行比较研究,首次阐明油气管网地磁暴干扰机理,为油气管网地磁暴效应特征研究以及地磁暴灾害防治提供了重要依据。     

地磁感应地电场时频变换快速计算方法

随着我国特高压输电线路的建设,我国电网建设遭受地磁感应电流（geomagnetically induced current , GIC）影响的风险将大大增加。基于大地电阻模型利用有限元计算地磁扰动感应地电场（geomagnetic disturbance, GMD）地电场的方法,建模复杂,利用有限元法计算感应地电场成本过高。地磁测深数据得到的视电阻率综合反映了大地的电性结构,文中提出基于视电阻数据及地磁台实测数据直接计算GMD地磁感应地电场的方法。仿真实验表明,该方法可以极大缩短计算时间,减小计算成本,对我国电网应对地磁暴侵害提供了有效算法。计算结果表明地磁暴对各地地电场的影响不均匀,与当地的地质电性结构有很大的关系,同时南北走向的电网将产生更大的GIC,更易受到地磁暴的侵害,应作为主要的关注对象。     

灾害空间天气对我国电网安全的影响及风险

通过对第23太阳周几次磁暴期间广东岭澳500 kV电网的地磁感应电流（GIC）实测数据,2010年西北陕、甘、青、宁750 kV电网GIC的计算结果,以及500～1 000 kV电网结构特点和1859年超级磁暴强度的分析,阐述了极端空间天气对我国未来特高压、大规模电网安全的可能影响,提出了应对极端空间天气的研究建议。 ［     

地磁扰动对岭澳核电站变压器GIC影响分析

通过对2004年11月—2006年12月期间的岭澳核电站监测到的地磁感应电流和广州地磁台站观测的地磁数据对比分析,发现缓始磁暴产生的地磁感应电流(GIC)与地磁场分量的变化的相关系数可以大于与其时间一阶导数之间的相关系数。GIC与地磁分量的呈负相关,且相关性均比较大。对8次磁暴产生的GIC的最大幅值与其对应的地磁水平分量的变化率进行最小二乘拟合,推导出二者之间的关系式,可为预测核电站变压器GIC提供依据,并为磁暴灾害对核电站影响程度提供理论参考。     

轨道电路的GIC监测数据分析

为了研究轨道电路GIC监测数据特征及影响因素,对2015年6月23日京港客运专线鹤壁东站轨道电路GIC监测数据进行统计分析。轨道电路GIC监测数据与子午工程观测台站武汉九峰站地磁场数据有较强的相关性,与地磁场北向分量和东向分量显著相关,从统计学角度论证了轨道电路中监测电流主要由地磁暴产生。本文采用小波去噪法对轨道电路GIC进行降噪处理,可有效提高与地磁数据的相关性,并与平面波模型和分层大地模型的计算感应地电场进行多元回归分析,得到京港客运专线石武段轨道电路GIC的经验模型,研究结果可用于轨道电路GIC预测及特性分析,有助于理解地磁暴对轨道电路信号系统的影响。同时,轨道电路电磁环境复杂易受干扰,对轨道电路的GIC监测及模型建立提出了新的挑战。     

轨道电路的地磁感应电流监测数据分析

为了研究轨道电路地磁感应电流(GIC)监测数据特征及影响因素,对2015年6月23日京港客运专线鹤壁东站轨道电路GIC监测数据进行统计分析。轨道电路GIC监测数据与子午工程观测台站武汉九峰站地磁场数据有较强的相关性,与地磁场北向分量和东向分量显著相关,从统计学角度论证了轨道电路中监测电流主要由地磁暴产生。采用小波去噪法对轨道电路GIC监测数据进行降噪处理,可有效提高与地磁数据的相关性,并与平面波模型和分层大地模型的计算感应地电场进行多元回归分析,得到京港客运专线石武段轨道电路GIC的经验模型。研究结果可用于轨道电路GIC预测及特性分析,有助于理解地磁暴对信号轨道电路系统的影响。同时,轨道电路电磁环境复杂易受干扰,对轨道电路的GIC监测及模型建立提出了新的挑战。     

磁暴诱发电网故障灾害风险分析研究进展

地磁暴是太阳磁场剧烈变化在地球表面的作用结果,所产生的地电场会造成接地变压器直流偏磁,继而对电力系统安全运行造成不利影响。随着电网规模的增大和电压等级的增高,磁暴已经成为诱发电网灾害性故障风险的威胁之一。研究电力系统磁暴灾害风险能够为预防与控制其引发的电网事故提供重要参考。通过剖析磁暴引发的电力系统故障灾害电性历史事件,讨论了磁暴诱发电力系统风险机理与特点。分别从电网GIC引起的变压器故障和电力系统事故风险两个方面综述了近年来国内外电网磁暴灾害风险研究现状,分析了影响电网磁暴灾害风险的多样性和复杂性以及风险评估的难度;并指出了未来电网磁暴灾害风险的研究方向为风险评估、量化风险影响因素对风险的作用和风险防御等3个方面。     

长距离输电系统电压对磁暴感应地电场敏感性研究

提出了分析长距离输电系统电压对磁暴感应地电场大小、方向敏感性的方法。首先建立了变电站接地磁感应电流计算模型,指出了输电线路走向、接地点间的距离和接地点间的相对位置之间的关系,然后通过计算地磁感应电流所产生的变压器集群无功损耗,分析变压器无功需求对系统电压影响,最后建立了系统电压越限指标与磁暴感应地电场大小与方向的灵敏度模型。以西北750kV系统为例,仿真分析了地电场幅值从1V/km~10V/km、方向从正东(0?到正西(180?时750kV系统电压分布状况和电压越限指标,结果表明采用本文方法可以反映长距离输电系统节点电压对地电场大小及方向的敏感性。     

Influence and hazard of disastrous space weather on power grid in China

Based on the measured data of geomagnetically induced currents(GIC) in Guangdong Ling’ao 500 kV power networks during several magnetic storms at the peak years of 23rd Solar Cycle,the GIC calculation results of 750 kV planning power grid in Shanxi,Gansu,Qinghai and Ningxia,the structure and characteristics of power networks from 500 kV to 1 000 kV,and super magnetic storm in 1859 are analyzed in this paper. Through the analysis,the possible impacts of extreme space weather on the future ultra-high voltage(UHV) grid,the security of large-scale power system in China are expounded,and the research suggestions coping with the strong solar storms are proposed.     

基于小波包分解的剩余电流接地故障选线方法

为解决电网发生单相接地故障后,无法对故障线路精确辨识的问题,提出了一种基于小波包分解的剩余电流接地故障智能感知方法。依据小波分析法和智能感知原理,针对接地故障产生的剩余电流进行故障信息采集,将收集到的剩余电流信息进行分析对比,以感知接地故障并进行故障识别;通过研究交流电源剩余电流在线式监测和基于小波变换方法的弧光接地故障诊断技术,利用小波包分解得到电流时频特性进行故障选线;分析故障线路和正常线路中电流特性的差异,并精确辨识出故障点;在仿真软件中对所提出的小波包分解基础上的故障线路选线方法进行了仿真。仿真结果表明,该方法能精确提取时频信息,有效确定故障线路。研究结果为站用交流电源接地故障选线方法提供了参考。     

基于主频零序功率的配电网故障选线新方法

在复杂的小电流接地系统发生单相接地故障时,现有的利用相关性选线的方法有时因判据裕度不足而产生误判.针对裕度不足的问题,本文提出了基于主频零序功率的配电网故障选线方法,其以主频零序功率作为特征量来选线,计算出各馈线所对应的主频零序功率综合相关系数,其中故障线路综合相关系数小于零,而健全线路综合相关系数大于零.大量仿真结果表明,此方法在一定程度上提高了选线判据裕度和选线准确率,且不受合闸角和故障电阻的影响.