地磁感应电流(GIC)的作用与评估

地磁感应电流(GIC)可能对各种人工长距离导电体造成影响与危害.地磁扰动产生的感应电场的强度与地磁场强度、地下电阻率结构相关,在导电系统内生成的GIC的强度则同时与导电系统的内在结构有关.计算了加拿大Manitoba省三个典型地区在2000年7月15日的一个强烈磁暴期间产生的感应电场.通过对地磁活动性的统计分析,估计加拿大魁北克电网可能经受的最大GIC达每相78A(一年一次)和234A(每十年一次).

基于磁流体力学模型与模型预测控制的地磁暴期间超高压、特高压电网电压波动平抑优化调度

地磁暴期间,电网中的变压器受到地磁感应电流(GIC)影响而导致无功损耗会显著增大,这种不确定的、突发群发的无功扰动会引发电网电压波动。超高压、特高压电网由于其特殊的电气特性更容易受到地磁暴的侵害,造成电压跌落至不合格区间甚至引发电压崩溃而导致大规模停电。该文以地球三维磁流体力学(MHD)模型预测的地磁扰动(GMD)为基础,采用模型预测控制(MPC)方法修正MHD模型计算的无功扰动并调整可控主导节点的注入功率进行优化调度,平抑地磁暴期间超高压、特高压电网电压波动。该文还以华东超高压、特高压电网为算例,仿真对比了特大地磁暴发生期间电网实施优化调度前后的电压波动,并提出了波动率指标验证了所提方法的有效性,为保证地磁暴期间的电压稳定性和合格率提供了指导。

基于行星际太阳风信息和三维磁流体力学模型预测电网GIC的计算方法

准确预测或预报地磁暴在电网中产生的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC),对在电力系统调度运行中采取措施防御地磁暴电网灾害具有重要的意义。以行星际太阳风参数和观测数据为基础,提出基于行星际太阳风信息和三维磁流体力学(magnetohydrodynamics,MHD)模型评估电离层电流体系的算法,电离层电流计算地磁扰动(geomagnetic disturbance,GMD)以及GMD计算电网GIC的算法,以对电网GIC进行预测。算例的计算结果表明,所提基于行星际太阳风、电离层电流、GMD因果链体系以及观测数据和计算数据预测电网GIC算法具有比较高的精度,能有效量化评估灾害性地磁暴事件的影响程度,满足电网灾害性事件的预测和预警的需要。

电力变压器的GIC-Q损耗算法的研究综述

地磁感应电流（GIC）引起的电力变压器直流偏磁在全球的电网中几乎同时发生,GIC直流偏磁次生的全网变压器无功损耗同时增大可能导致电网电压不稳定,研究电网中各种变压器GIC无功（GIC-Q）损耗的算法是认识GIC-Q危害以及防治地磁暴电网灾害的基本手段之一。根据我国特高压大电网地磁暴灾害防御研究的需要,从变压器GIC-Q损耗工程算法和理论算法2方面,综述了国内外高压及超高压变压器GIC-Q损耗的算法及其研究进展,分析了我国单相四柱式和五柱式特高压变压器GIC-Q损耗工程算法和理论算法的研究需求,提出了特高压变压器GIC-Q损耗计算以及大规模电网GIC-Q计算上需要研究解决的问题。

多次磁暴下特高压电网GIC统计规律研究

探明灾害性地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)在电网中的分布特征对于准确评估极端空间天气风险具有重要意义。该文依据Dst指数选取多次强磁暴数据,分别计算三华地区感应地电场和特高压(ultra-highvoltage,UHV)规划电网各变电站的GIC,再以这些计算值作为样本数据,通过各变电站GIC贡献率P、回归系数G以及概率分布参数a描述电网GIC的空间分布;参考可决系数R,得出地电场和GIC的概率分布模型,并据此预测各节点三相GIC的"百年一遇"值。结果表明,感应地电场符合对数正态分布,电网节点GIC符合韦伯分布;统计结果可反映电网遭受磁暴侵害的严重程度,为进一步评估电网GIC风险、制定合理的防治措施提供依据。

变压器中性点配置小电阻器对治理电网GIC的效果分析

地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)引起变压器半波饱和对电力系统的安全运行产生不利影响,甚至引发大面积停电事故。为了有效治理GIC对大规模电力系统的不良影响,提出变压器中性点配置小电阻器减轻电网GIC的解决思路,同时结合甘肃省750/330kV电网GIC相互作用及中低纬地区地磁暴的特点,给出10种不同的组合治理方案。制定了评价电网GIC水平的4个指标,并对上述10种方案的治理效果进行了评估。结果表明750/330k V双电压等级电网GIC治理难度较大,特别是GIC高风险节点的抑制,配置不当会使治理效果恶化,同时,750kV变电站中性点配置小电阻器抑制GIC较330kV变电站的作用大,且在电网末端750kV变电站配置小电阻器抑制电网GIC的效果较明显,可使GIC的最大值降低30%。研究结果希望为电网GIC治理提供理论基础和技术支撑。

GIC作用下换流变压器饱和特性的仿真研究

地磁感应电流(GIC)通过中性点侵入换流变压器时,会使处于额定工作状态的变压器铁心偏磁饱和,使得变压器励磁电流畸变,从而产生大量谐波及较大的无功损耗,导致变压器损坏或降低使用寿命,严重时甚至引起系统电压降低、系统继电保护误动作。文章基于UMEC磁路模型建立了用于GIC问题分析的换流变压器模型;并利用该模型在PSCAD/EMTDC中进行仿真计算,详细地分析了在GIC作用下换流变压器励磁电流的谐波特性、换流变压器网侧和阀侧谐波特性及无功损耗特性;最后提出了GIC影响下换流变压器抑制直流偏磁的方法并进行了分析比较。

黑龙江500kV电网GIC水平评估

针对黑龙江省2011年末500 kV规划电网,利用平面波法和网络常数,计算了在中等强度地磁暴作用下黑龙江省500 kV各个变电站的GIC值,并进行了分析。结果表明GIC对黑龙江电网的影响是必然存在的,并且对某几个变电站的影响很大,会严重影响电网的安全稳定运行。

基于灵敏度分析法的电网GIC优化治理

针对电网地磁感应电流(GIC)对电网安全稳定运行潜在的威胁问题,阐述了电网GIC模型,提出了灵敏度分析法,并以整个电网所有变电站接地电流不超标为目标,采用灵敏度分析法对变压器中性点串接电阻方案进行优化,给出了黑龙江省2011年末500 kV规划电网的GIC优化结果,验证了此优化治理措施的有效性和可行性。

高铁轨道电路的GIC监测与防护

高铁轨道电路属于低压弱电系统。率先通过在河南鹤壁东牵引变电站中安装霍尔电流传感器,监测到并证实了地磁暴发生后,流入高铁轨道电路中地磁感应电流(GIC)的存在。利用Simulink软件仿真分析了GIC对高铁轨道电路的干扰,结果表明:在钢轨中流通的1.5 A不对称GIC将导致轨道继电器失压落下,造成铁路信号灯闪红。最后提出在相邻区段轨道电路中的扼流变压器牵引线圈中点连接线上加装电容器,来抑制GIC对高铁轨道电路的侵害,确保高铁安全运营。

GIC频率变化对变压器偏磁程度的影响

近年来随着我国电网电压等级的升高，电网规模的扩大，地磁活动引起的电网异常现象引起了人们的关注。对于频率一般为0.1~0.001Hz 的地磁感应电流，电网计算模型采用直流等效原则，即地面感应电势等效为直流电源，系统元件等效为电阻，忽略电感。但地磁感应电流频率的变化影响变压器的偏磁程度，从而影响地磁感应电流计算的精确度。采用时域场路耦合法，建立变压器模型，利用磁场模型计算动态电感，电路模型求解电流，分析不同频率下变压器动态电感和励磁电流的数值波形，确定其偏磁程度。结果表明，当中性点之间的地面感应电势（ESP）一定时，频率为0.1~0.002Hz 时变压器并未饱和，GIC 若按照直流计算存在不同程度的误差，频率越低误差越小；频率低于0.002Hz 时变压器饱和，可按直流进行计算。

多电压等级电网的GIC-Benchmark建模方法

准确计算电网地磁感应电流(geomagnetically inducedcurrents,GIC)对评估磁暴灾害至关重要。以往的电网GIC建模集中于高压线路,即只考虑最高一级电压线路而忽略了低压部分。这种简化忽略了与高压线路有联系的变压器绕组支路及低压系统,降低了电网GIC的计算精度从而影响电网磁暴灾害的风险评估。以美国电科院(EPRI)等单位新设计的GIC-Benchmark算例为基础,在GIC节点导纳矩阵的算法上,通过对不同电压等级线路、不同变压器绕组支路模型的分析与研究,提出用于多电压等级并存的电网GIC全节点模型和简化模型建模方法。算例及其结果表明,所提建模方法能有效解决多电压等级电网GIC的计算问题,提高GIC的计算精度。

应用K值算法的甘肃电网GIC-Q扰动计算

地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GICs)流入高压变压器会造成其铁心产生半波偏磁饱和,吸收的无功增加,导致整个电网的无功波动与电压降低,可能威胁电网的安全运行。以甘肃750 k V电网和330 k V电网GIC的计算数据为基础,基于变压器GIC无功(GIC-Q)损耗系数K值算法,计算了750 k V和330 k V变压器的GIC无功损耗增量;在此基础上,利用电力系统综合分析程序和考虑全网GIC-Q同时增大、不同运行方式等因素的影响,采用牛顿法计算了甘肃750 kV电网和330 kV电网各节点GIC-Q波动的量值及其电压水平的指标;最后,研究了GIC-Q波动对750 kV电网和330 kV电网的节点电压的影响,以及两个电压等级电网之间GIC-Q和电压波动的相互影响。结果表明:整体上750 kV和330 kV电网节点GIC-Q和电压的波动不是非常大;与普通节点相比,750 kV终端变电站节点的GIC-Q和电压的波动相对大,是GIC侵害致灾风险相对高的站点。

中性点串接小电阻均摊电网GICs的计算方法

流经变压器中性点的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的大小不同,在GIC较大的变压器中性点采用串接电容器的方法治理GIC,会造成GIC故障高风险节点转移,使影响的范围扩大。基于中性点串接小电阻减轻GIC对高风险节点变压器的影响,提出了全网变压器均摊电网GIC的解决思路,考虑双电压等级电网GIC的相互影响,研究了均摊电网GIC的建模方法,以及不同类型的变压器、大地电性构造和电网结构等因素影响的处理方法;以变压器的中性点GIC量值、串接电阻量值和治理投资成本最小等目标函数为约束条件,提出了基于非支配排序遗传算法(elitist nondominated sorting genetic algorithm,NSGA-II)的中性点串接小电阻均摊电网GIC的优化算法。仿真验证的结果表明,基于NSGA-II的优化算法能获得较好的Pareto最优解集,且加权带精英策略的优化串接小电阻均摊电网GIC计算方法有效。

2021年10月11日地磁暴对两座变电站GIC的影响

近年来中国相继监测到地磁暴侵害电网、铁路轨道电路和油气管道系统产生的地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current,GIC)数据,但是目前实测的GIC数据还相对较少。根据2021年10月9日日冕物质抛射事件(CME)产生的Kp指数为6的地磁扰动(Geomagnetic Disturbance,GMD)数据,500kV阿拉坦变电站(48.7°N,116.8°E)和上河变电站(33.4°N,119.2°E)及输电系统的参数,分析了2021年10月11日地磁暴期间在两座变电站监测到的GIC数据以及输电系统参数对GIC量值的影响。结果表明:地磁暴在500 kV上河变电站产生的GIC比阿拉坦变电站GIC量值相对较大。分析结果说明,在这次磁暴事件中,输电线路导线电阻是影响变电站GIC的主要因素。

强地磁暴期间超、特高压交流电网主导节点电压设定值校正方法

当电网遭受地磁暴侵害时,电网中感生的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)会使变压器铁心偏磁饱和,变压器无功损耗增大,引发整个电网的无功不足与电压波动。超、特高压电网由于其特殊的电气特性更容易受到地磁暴的侵害,群发性、突发性的无功扰动易使电网电压跌落至不合格区间。针对这种情况,在确定超、特高压电网主导节点电压设定值时,须考虑地磁暴衍生的无功扰动对系统电压的影响。通过分析地磁暴期间电压波动的机理和模拟电网对强地磁暴的响应,该文提出了强地磁暴期间超、特高压电网主导节点电压设定值和电压控制区域校正方法。该研究适用于强地磁暴期间超、特高压电网电压控制,保证在遭受地磁暴侵害情况下各电压等级电网电压仍可保持在合格区间。

中国广东电网的几次强磁暴影响事件

2001年以来,随着我国阳-淮系统等多条500 kV长距离线路的相继建成投运,江苏上河、广东岭澳等地变压器多次发现不明原因的强烈振动和噪声增大事件.本文通过对2004年11月以来、十几次磁暴地磁数据与变压器中性点实测电流数据的比较,证明了干扰事件是磁暴在电网产生的地磁感应电流(GIC)所为;其中,2004年11月7日和10日磁暴在岭澳核电站引发的GIC最大值为47A和55.8A,大于直流输电单极运行时变压器中性点的直流电流水平,因此磁暴对岭澳核电站的瞬时影响比直流输电的影响大;监测数据表明广东电网的GIC水平高于阳淮输电系统的水平.初步分析认为与电网结构和海岸效应等因素有关.目前,举世瞩目的1000 kV特高压工程已开工建设,特高压线路的单位电阻最多是500 kV的二分之一,并且线路更长、规划规模大、且变压器采用单相变压器组结构,磁暴影响问题迫切需要研究.

地磁感应电流对电网安全稳定运行的影响

太阳黑子异常活动而导致的具有准直流特性的地磁感应电流(geomagnetic induced current,GIC)的峰值远远高于变压器允许承受的直流量,已引起国内外多个电网相继发生电气设备受损和电网崩溃的事故。分析了GIC产生的机制,以及GIC致使变压器出现直流偏磁的原因。文中指出通过变压器的直流偏磁,GIC可能对交流电网的设备和电网的安全稳定运行构成威胁。详细分析了不同类型高压直流输电GIC存在的可能性,指出长距离高压直流输电只有在2种运行方式下,直流线路中才会出现GIC;正常运行时,该直流GIC不会危及直流输电的运行。最后提出了开展GIC对交直流系统安全稳定运行研究工作的建议。

磁暴对我国特高压电网的影响研究

随着我国长距离输电的发展,江苏、广东等地曾多次发现磁暴在电网中产生了较大幅度的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC),有可能对电网造成危害。文章通过对电网GIC监测数据和地磁数据进行分析,指出除磁暴强度外,大地电性结构、电网结构与参数也是影响GIC水平的重要因素;借助磁暴产生GIC的物理模型并根据特高压电网线路电阻小、输电距离长、采用单相变压器等特点预测未来特高压系统中的GIC干扰问题将更加严重;根据2010年我国特高压规划建立了电网的等效模型,利用典型磁暴感应出地面电场的数值初步估算了各变电站的GIC水平;最后对目前研究中有待解决的关键问题进行了总结,并结合我国国情提出了解决方案。

考虑海岸效应影响的电网地磁感应电流的计算方法

与北欧、北美国家相比,我国大陆的磁纬低,同次地磁暴的地磁扰动(geomagnetic disturbance,GMD)相对较弱,对计算中低纬GMD地电场和电网GIC提出了更高的要求。为研究海岸效应对中低纬GMD地电场和电网地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的影响,以2004年11月9日地磁暴广东肇庆地磁台的GMD秒钟数据和广东沿海地区的大地构造资料为基础,建立了岭澳核电站沿海局部地区的一维和三维大地电导率模型,计算了GMD的地电场和岭澳核电站变压器中性点的GIC。结果表明,海岸效应对电网GIC的影响很大,在评估中低纬沿海电力系统的GIC灾害风险时,应充分考虑海岸效应的作用,以及使用地磁暴的秒钟GMD数据,能够获得更准确的计算结果。