考虑地磁暴期间电网电压下降的GIC-Q计算及易损区域识别

地磁暴诱发的GIC及其次生GIC-Q对电网的不同变电站影响程度不同,目前计算GIC-Q没有考虑电网电压下降,因此有必要提高GIC-Q的准确性和识别出易损区域以指导电网安全运行。文中提出了考虑地磁暴期间电网电压下降的GIC-Q计算方法,以新疆电网为算例计算了角度为90°,大小为1 V/km的地电场作用时各变电站变压器GIC;根据潮流计算模型,比较了是否考虑地磁暴期间电网电压下降的各变电站GIC-Q和电压的计算结果,以及喀什站GIC-Q和电压随地电场强度变化趋势;分析了地磁暴期间发电机无功储备对电网电压影响,以及线路有功功率和无功功率分布变化;分别提出了GIC严重度和电压越限严重度描述GIC对变压器的影响程度和GIC-Q对电网电压的影响程度,根据提出的变电站易损严重度来描述地电场对变电站的危害程度,并识别了新疆电网易损区域。结果表明,考虑地磁暴期间电网电压下降可以修正GIC-Q和节点电压计算结果,电网易损区域一般位于网络边缘。

采用多目标离散粒子群算法的地磁感应电流抑制措施的优化和效果评价

针对传统电容隔直措施抑制地磁感应电流(GIC)存在风险转移以及目前优化目标的单一性,提出了基于多目标离散粒子群算法的电阻抑制措施优化方法以及考虑暂态量变化的评价指标。以地磁感应电流的Benchmark标准算例为例,将各电压等级变压器中性点GIC低于限值作为约束条件,电阻装置数最少和中性点GIC总和最少作为优化目标,获得了抑制措施的优化方案。基于标准算例在Powerworld中的动态模型,研究了不同时变感应地电场作用下电网暂态量的变化规律。利用发电机无功剩余量、母线电压偏移量和电压暂降时间作为评价指标,分析了优化方案的效果。结果表明:对于相同的3台装置,相比于电容隔直措施导致的风险转移,电阻优化方案可使抑制装置的数量和电网GIC达到全局最优,各变电站节点的GIC均在各自限值以下,全网GIC降至限值384 A以下;动态模型下,系统受地磁扰动影响时,电阻方案能够减小发电机无功出力,在1 V/km的电场下,未治理的无功剩余量从原来超出最大出力的3倍降至剩余量为限值的20%,电阻方案能够维持节点电压稳定,节点电压最大偏移量从39.73%降低至13.68%,电压暂降最大持续时间从1.2 s降至0.8 s,系统抵抗扰动的能力提高,暂态响应评价指标说明了电阻方案的有效性。

基于双曲线截断混沌多项式展开的地磁感应电流敏感度分析

地磁感应电流(GIC)可能会引起变压器直流偏磁从而威胁电力设备和电网的安全。鉴于GIC计算所需的很多输入参数是不确定变量,全面评估电网GIC水平及对电网的威胁有必要研究GIC的不确定度及GIC对输入变量的敏感度。基于混沌多项式展开(PCE)提出了一种GIC的不确定度量化方法,利用双曲线截断技术进一步提高了计算效率,计算了GIC对输入参数的敏感度指标。以新疆750 kV规划电网为例,利用提出的方法对GIC进行了不确定度量化,得到了GIC的均值和标准差等统计量。根据混沌多项式系数计算了Sobol敏感度指标,得到了GIC对电场幅值和电网直流电阻等输入参数的敏感度。与蒙特卡罗法(MC)相比,此方法在保证精度的前提下大大提高了计算效率。

地磁场极值预测及磁暴感应地电场有限元计算

基于兰州地磁台的地磁观测数据,利用基于广义帕累托分布(GPD)的超阈值模型对磁暴期间地磁场的水平分量值和分钟变化率进行拟合,并利用轮廓似然函数对地磁场重现水平进行了预测。通过对中纬度地区的5个地磁台重现值结果的综合分析,给出100年一遇和200年一遇的磁暴期间地磁场分钟变化率。利用大地电磁测深数据构建了华北地区三维电导率模型,以地磁场预测结果作为边界条件,通过有限元法得到了不同重现水平下地面电场分布情况和地电场强度范围。

基于广义帕累托分布的中纬度地区地磁场极值预测

极端地磁活动会对电力系统的正常运行造成影响,研究地磁场量的极值水平可以为量化电网中的GIC受地磁暴影响程度提供理论支撑。选取兰州地磁台的观测数据为典型算例,利用基于广义帕累托分布(GPD)的超阈值模型(POT)对磁暴期间地磁场的水平分量及其分钟变化率进行拟合,并结合概率图(P-P图)和分位数图(Q-Q图)分析模型检验结果。利用轮廓似然估计方法得到50 a,100 a和200 a一遇的地磁场水平分量及其分钟变化率的重现水平,并对重现水平及其95%置信区间随着重现期增长的变化趋势进行讨论。通过对中纬度地区的5个地磁台重现值结果的综合分析,给出了100 a一遇的磁暴期间地磁场分钟变化率约为200~500 nT/min,200 a一遇的磁暴期间地磁场分钟变化率约为200~800 nT/min水平。模型估计的结果表明POT模型适用于地磁场量的极值分析,且地磁场变化率的重现水平随着重现期增加呈非线性增大趋势,给出的中纬度地区地磁场变化率极值范围,可为计算电网中地磁感应电流和分析磁暴灾害提供理论支撑。