基于改进CNN-BiLSTM模型和地磁监测数据的多时间长度GIC预测

太阳风暴在电力系统网络中驱动产生的GIC会影响电力设备和系统的安全运行,严重时还会引发大面积停电事件.预测电网GIC水平能够为电力系统保护措施提供重要参考,然而对这方面的研究仍显不足.为了解决该问题,将卷积神经网络(CNN)与双向长短时记忆(BiLSTM)以及注意力机制相结合,利用空间天气的相关监测信息,提出了大规模电网GIC多时间长度的预测方法.本文在分析太阳风暴驱动产生电网地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current, GIC)基础上,构建了GIC预测模型;提出了基于多头注意力机制的CNN-BiLSTM改进模型,对GIC进行预测,并给出了预测流程.采用CNN捕获地磁扰动局部信息,根据BiLSTM综合地磁暴扰动信息的全局特征,综合利用多头注意力机制评估对GIC关键作用的地磁信息片段,实现电网GIC的预测.利用2004年11月8日00:00 LT-20:00 LT巨型磁暴期间DED地磁台站和QGZH地磁台监测数据,应用所提方法对岭澳500 kV变电站GIC进行回归预测.经过训练后, GIC预测相对误差均在12%以内,精度高于其他模型的预测结果.

基于K值法的单相四柱式特高压主体变的GIC-Q损耗计算

针对我国新建的1 000 kV特高压(UHV)电网采用的单相四柱式的特高压变压器,从工程防灾的角度,提出采用K值法计算单相四柱式特高压变压器主体变的GIC-Q扰动(GIC-K),采用磁–电路耦合方法建立了单相四柱式特高压主体变的模型,通过迭代计算得到了变压器发生GIC直流偏磁时的励磁电流特性以及变压器的无功损耗特性,并依据GIC-K值法对无功损耗特性进行了拟合,得到了基于GIC-K值法的单相四柱式特高压主体变的GIC-Q损耗的工程算法和计算结果。结果表明,单相四柱式特高压主体变的GIC无功损耗与GIC成近似线性关系,比例系数K值为2.44;计算得到的1 000 kV单相变压器的GIC-Q损耗可达到500 kV单相变压器GIC-Q损耗的2.07倍。

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。

牵引供电系统中的GIC监测研究

地磁暴发生时导致地表产生感应电势(ESP),ESP作用到高速铁路供电系统中的接地点,在牵引变压器、接触网、大地中形成地磁感应电流(GIC),可能影响供电系统的安全运行。针对这个问题,从机理出发,分析了GIC侵入供电系统的可能性及对牵引变压器的影响。基于霍尔元件的"GIC监测装置"在京广高速铁路鹤壁东牵引变电所投入实测,将监测数据与国家天气监测中心、中科院空间环境预报中心发布的地磁暴数据进行对比,证明监测到GIC,其最大值达72A。这在中国高速铁路供电系统中第一次实际监测出GIC,为研究高速铁路供电系统中的GIC提供了直接证据。分析数据发现:地磁暴指数越大,GIC越大;当地磁暴达到一定水平之后,Kp指数增加,导致GIC呈超线性增加,值得高速铁路设计和运营管理部门的高度重视。

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。

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。

基于GIC无功损耗严重度指标的电网地磁暴易损区识别方法

首先分析了电网在不同感应地电场强度和方向条件下各变电站无功损耗的变化规律,定义了变电站地磁感应电流(GIC)无功损耗严重度指标,指标本身仅对实际的无功损耗做归一化处理,未改变各变电站之间无功损耗大小的相对关系。基于该指标提出了给定系统中易受地磁暴灾害区域的识别方法,可以为地磁暴影响下的电网规划和系统调度人员的操作提供依据。最后以750 kV规划电网为例,验证了所提指标和方法的可行性。

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。

接地极偏磁治理对电网GIC的影响

超/特高压直流工程建设用电容隔离装置治理电网的接地极直流偏磁,改变电网地磁感应电流（geomagnetically inducedcurrent,GIC）的自然分布,使地磁暴电网灾害的风险增加。针对哈密电网接地极直流偏磁治理,建立了计算新疆电网的GIC模型,采用1V/km地电场和MATLAB计算了电容隔离装置投入前后的电网GIC,分析比较了哈密电网偏磁治理对新疆750kV及哈密220kV电网GIC的影响。结果表明,采用电容隔离方法治理接地极的直流偏磁,会使包括换流站在内的一些站点的GIC量值增大,增大变压器GIC故障以及地磁暴电网灾害的风险。研究方法及结论对接地极偏磁治理与评估也同样有效。

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。

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。

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。

采用电网直流等效模型评估地磁感应电流水平的影响因素分析

由地磁暴引起的电网地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的频率很低,但并不为0,所以采用电网直流等效模型进行GIC水平评估时必然会产生误差。文章分析了线路等效电感、变压器等效电感和高压并联电抗器等效电感对采用电网直流等效模型评估GIC水平所产生误差的影响程度,通过仿真计算分析了变压器绕组联结组别和变压器铁心结构对变压器等效电感的影响,最后针对我国电网的特点,提出了用于评估超、特高压电网电磁感应电流水平的电网等效模型。

电网地磁感应电流在线监测系统

磁暴在输电线路产生的地磁感应电流(GIC)变化频率为0.0001Hz～0.01Hz,并且具有随机性、持续时间为几分钟到几小时等特征。针对国内电网发现的GIC问题,提出了建立电网GIC监测网络系统的设想,给出了电网GIC信号的提取方法及数字信号处理算法,并研制了监测电网GIC的新型装置。试验和实际应用表明,所研制的装置能有效测量GIC这种准直流、随机性的信号,并具有数据处理量少、节约存储空间等优点。

太阳风暴对四川500kV电网影响的评估

太阳活动引起的地磁场剧烈变化称为磁暴。近年来随着中国西电东送长距离输电的发展,江苏、广东等地发现磁暴在电网中产生了较大幅度的地磁感应电流(GIC),有可能对电网的安全运行造成一系列的危害。中国幅员广阔,地理跨越高、中纬度区域,电网规模越来越大,电网结构与运行方式也日益呈现多样化,高压、大电网的安全与稳定问题日益突出。因此,有必要对磁暴对我国电网产生的影响进行研究。结合四川电网部分超高压电网结构,建立了电网等效模型,选取典型磁暴感应出的地面电场数值,利用MATlAB仿真软件估算了四川电网中部分500 kV变电站的GIC水平。计算结果表明,在电网的终点和拐角处容易诱发较大的GIC,其数值可达数十A。因此在强磁暴发生时,四川超高压电网的GIC水平较高,可能影响电网的安全稳定运行,须引起足够的重视。

电网磁暴灾害风险影响因素研究综述

磁暴是源自太阳磁场剧烈变化的地球空间效应,随着电网规模的增大和电压等级的增高,磁暴灾害已经成为诱发电网故障风险的威胁之一.研究电力系统磁暴灾害风险的影响因素可为预防与控制其引发的电网事故提供重要参考.在分析历史典型磁暴事件的基础上,剖析了磁暴诱发电力系统故障的机理,阐述了故障传播与电力系统响应的过程,总结了近年来关于影响电力系统的地磁感应电流水平及其产生的变压器无功损耗方面的研究成果,从磁暴本身的特点和电力系统的参数与结构两方面将影响因素分类.以GIC标准模型,通过改变磁暴扰动环境和电力系统参数,说明了各因素对电网磁暴灾害风险的影响程度,并比较了不同因素影响后果的差异,最后指出了尚未解决的问题和可能的研究方向.

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。