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。

基于分层大地电导率模型的电网GIC算法研究

磁暴在电网感应的地磁感应电流(Geomagnetically Induced Current,简称GIC)与磁暴强度、大地构造和电网结构等因素有关,不同深度大地电导率的差异对GIC影响很大。根据电网GIC产生过程,建立了基于分层大地波阻抗的构造模型,推导了地面波阻抗的迭代公式和地电场与地磁场的关系式,得到了基于平面波理论的大地感应电场算法,给出了该算法的实现过程和电网GIC的计算流程。根据2006年12月磁暴数据,计算了阳-淮输电系统的GIC水平。计算结果与实测数据对比表明,模型和算法是有效的,并且有精度高、计算简单等优点。

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。

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。

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。

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。

新疆2020年规划电网地磁感应电流的分布规律及敏感性分析

地磁扰动会在高压电网中诱发地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)。在相同感应地电场的作用下,高电压等级输电线路的GIC较大,准确计算超高压电网的GIC具有重要意义。以我国新疆2020年规划电网为例,只考虑750k V电压等级,建立了电网的GIC计算模型,分析了均匀地电场作用下规划电网中GIC的分布规律和方向敏感性,计算并分析了电网电阻参数对GIC的影响。利用2004年11月7日至8日的磁暴监测数据,评估了强磁暴作用下电网的GIC水平。计算结果表明,电网拓扑结构、感应地电场方向及电网参数对线路及变电站GIC影响较大,在1V/km的均匀场作用下,且末、布尔津等变电站会出现超过200A的GIC,个别线路GIC超过300A。输电线路电阻变化对GIC影响程度远大于变压器绕组电阻和接地电阻的影响程度。GIC与磁暴期间磁场变化率具有时间一致性,与所选事件强度相当的磁暴作用下,变电站和线路GIC最高可达96A和184A。

克服磁暴的变压器集群无功损耗优化控制方法

磁暴扰动下变压器集群无功损耗增加,带来了电力系统的电压稳定问题。为减小系统所有接地变压器因地磁感应电流(GIC)而产生的无功损耗,提出了中性点串接绕组的多变压器无功损耗控制优化方法。分析了磁暴扰动产生GIC和变压器无功损耗的机理及GIC与接地电阻的关系,构建了变压器无功损耗和接地电阻值最小的目标函数。根据国家标准中接地电阻值和系统稳定运行范围的规定,制定了接地电阻限值和系统正常运行约束条件,最后利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解。以GIC标准模型为例,利用所提模型与方法对变压器GIC无功损耗进行优化控制,结果表明所提方法能够有效减小磁暴扰动产生的变压器无功损耗。

大规模电网应对空间灾害天气的问题

空间天气的源头来自太阳,为太阳的剧烈活动所驱动。空间灾害天气对人类技术系统的影响很大,其中影响、危害最大的是电力系统,并且电网的规模越大越容易受到攻击。论述了空间天气的基本概念、主要影响和国内外的研究现状,并通过对国内外空间天气影响事件的分析,提出了我国超大规模电网应对空间灾害天气需要研究、解决的科学问题。研究这些问题,有利于提高我国在空间天气及影响研究领域的国际学术地位,为我国电网的安全运行提供理论和技术保证。

磁暴引发电网地磁感应电流计算模型研究

我国电网中已多次发现较大幅度的地磁感应电流(GIC)侵扰事件,并且随着电网的发展有产生更大GIC的可能性。要研究GIC对电网安全运行的影响,首先需确定电网中GIC的水平。本文对电网GIC水平评估的统计学模型和各种物理模型进行了总结和分析,讨论了这些模型的优缺点和适用性,指出了目前研究中存在的不足之处,并根据我国电网、地质结构特点等实际情况提出了适合我国国情的研究方向。

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。

地磁暴对电力系统稳定性的影响

鉴于近年来地磁暴侵害中低纬度地区电网事件的增加及强地磁暴引起的魁北克大停电事故,分析地磁暴对电力系统稳定运行的影响十分必要。受各种因素的约束,电力系统往往运行在极限稳定状态,地磁暴感应电流(GIC)会引起变压器无功损耗(以下简称为GIC-Q)增加,具有全网群发性和波动性的GIC-Q是否会增大系统失稳风险以及直流系统的加入是否会对电网抗磁暴能力产生影响尚未得到研究。从电力系统稳定的角度出发,研究长时间尺度下变电站GICQ的概率分布规律,结合GIC标准算例,在系统原有负荷的基础上将GIC-Q作为一种无功负荷,分析地磁暴对交流系统及交直流混联系统概率稳定性的影响。

基于径向基神经网络模型的电网地磁感应电流预测

为防范地磁感应电流(geomagnetically induced currents,简称GIC)引起的电网无功波动和变压器直流偏磁等影响,采用径向基函数(RBF)神经网络方法,取行星际扰动参数和GIC作为网络的输入—输出数据,利用空间扰动参数对GIC进行提前预测。结果显示:预测值和实际值的相关系数为0.96;将RBF神经网络方法应用到地磁感应电流的预测中,能取得较满意的效果,可为电网的减灾防灾提供依据。

基于全节点模型的三华电网地磁感应电流计算

相同感应地电场作用下,不同电压等级输电线路的地磁感应电流(geomagnetically induced currents,GIC)大小不同,以往的GIC计算集中在电网最高电压等级线路,通常忽略其他电压等级线路的GIC。交流特高压电网建设使我国电网增加了1 000 kV电压等级,综合考虑线路长度、单位阻值等GIC影响因素,准确计算包括500 kV超高压及1 000 kV特高压的多电压等级电网的GIC是重要研究课题。以我国多电压等级电网(三华电网)为例,分别考虑1 000 kV单电压等级网络(称电网1)和500、1 000 kV双电压等级网络(称电网2),建立了电网1及电网2的全节点GIC模型并提出了多电压等级电网的GIC算法,计算了两种感应地电场情况下电网1及电网2的GIC,比较了两种情况下电网1及电网2的GIC计算结果。计算结果表明,500 kV超高压电网的GIC对1 000 kV特高压变电站的GIC水平有较大的影响,在多电压等级电网的GIC计算中,不能只计算最高电压等级电网的GIC,而忽略次级高压电网GIC的影响。

考虑500kV影响的特高压电网GIC-Q扰动计算

计算地磁暴在电网衍生的地磁感应电流(GIC)流经变压器次生的GIC无功(GIC-Q)损耗增量,以及认识全网变压器同时突发的GIC-Q扰动及其变电站节点的电压变化是地磁暴电网灾害防御需要研究、解决的问题.提出了基于变压器U-I曲线和铭牌参数计算1000 kV变压器GIC-Q损耗的方法,以我国新建1000 kV及相关500kV电网GIC计算数据为基础,考虑500 kV变压器GIC-Q损耗对特高压电网GIC-Q扰动的影响,运用牛顿法计算了特高压电网GIC-Q扰动下的全网节点电压波动,分析了全网变压器GIC-Q损耗增大对1000 kV电网和500kV电网节点电压的影响,以及两个电压等级电网GIC-Q扰动的相互作用.计算结果表明,在正常运行方式下,1000 kV福州站的电压波动最大,电压下降为74.48 kV,相对额定电压的偏移达到-7.13%,超过了运行电压的偏移不超过额定电压±5%的规程规定.而74.48 kV的电压突然下降,会不会导致电网SVC装置输出的无功功率大幅度的降低,以及全网变压器无功消耗突然增大、全网SVC装置输出无功突然下降的效应是需要进一步研究的问题.

灾害磁暴影响电网安全运行的途径及其综合防御方案探讨

我国电网将迈入世界上电压等级最高、规模最大的交直流混联电网运行阶段,需要加强灾害磁暴的影响分析及对策研究。分析了磁暴影响电网安全运行的途径及故障类型,依据我国颁布实施的第一部气象灾害防御综合法规《气象灾害防御条例》,提出将灾害磁暴下的电网及设备的响应特性和致灾机理同空间天气信息相关联,拓展极端外部自然灾害停电防御系统应对空间天气气象灾害的方案,探索解决综合防御灾害磁暴对特大规模电网安全稳定运行的影响。

磁暴期间中低纬度地区地磁场变化率的规律

磁暴期间的地磁场将会发生剧烈变化,根据法拉第电磁感应定律,地磁场的变化将在电网中产生地磁感应电流(GIC),这将直接损伤电力设备,威胁电网的运行安全。地磁场变化越剧烈,感应产生的GIC幅度越大,对电网的危害就越大。利用中低纬地区若干地磁台测得近年发生的两次大磁暴的H和D分量秒数据,分析了当地磁场变化非常剧烈时,对应的地磁南北分量变化率dX/dt脉冲幅值和地磁东西分量变化率dY/dt脉冲幅值随地磁纬度的变化规律,讨论了中低纬度地区不同走向的电网随着地磁纬度的变化受GIC影响的可能性,分析结果为中国现状电网及规划电网GIC评估、计算、防治提供了一定科学参考。