1000kV特高压变压器的GIC无功效应分析

地磁暴导致变压器损毁及电网事故的原因是输电线路的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)流经变压器的次生干扰所致,尤其1000 kV特高压变压器的GIC响应机制及大电网中的GIC无功(GIC-Q)效应是制定防御地磁暴灾害的策略迫切需要解决的问题。根据2017年9月8日地磁暴侵害山东昌乐站1000kV特高压变压器高中压侧的无功功率的实测数据,以及山东安丘地磁台的地电场实测数据,推导建立了基于变电站同步相量测量单元(phasor measurement unit,PMU)量测无功数据和地电场数据计算、验证1000 kV特高压单相自耦变压器的GIC-Q扰动的模型,完成了2017年9月8日地磁暴GIC侵害昌乐站1000 kV变压器的GIC-Q扰动的理论计算。对计算结果的分析表明,利用PMU量测无功数据能有效计算分析变压器的GIC-Q扰动,这对基于电网调度运行防御地磁暴电网灾害具有重要的意义。     

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。     

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U-I曲线的单相自耦变GIC无功损耗算法

准确计算整个电网的地磁感应电流(GIC)无功扰动非常困难。针对超特高压电网广泛采用的单相自耦变压器,提出了一种基于变压器U-I曲线和铭牌参数计算变压器GIC无功损耗的方法,算法利用厂家提供的U-I曲线和铭牌参数建立ψ-i曲线解析模型,求取变压器的GIC无功扰动增量,适用于地磁暴影响评估的工程计算。算例分析结果验证了算法的有效性。     

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。     

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...     

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GIC对电网变压器偏磁特性的研究

为研究地磁暴产生的地磁感应电流(GIC)对变压器励磁特性的影响,以中国安徽地区的蒙城观测台所测得地磁波动数据和皖南地区大地土壤电阻率参数为基础,建立该地区交流网架模型,基于平面波法计算得到地磁暴期间地磁场和地磁感应电流(GIC)分布,并通过变压器UMEC模型,分析GIC对所分析地区变压器励磁特性的影响,利用CDEGS实现地磁场、电力系统网架与GIC侵害变压器的联合仿真,进一步确定地磁暴期间GIC计算与风险评估.结果表明:受强太阳风暴的影响,地磁暴对所分析地区交流电网造成强烈冲击影响,其电网中所感应到的GIC要比直流输电的影响大得多,同时造成变压器励磁电流的峰值增大.文中所提方法能够为电力系统中GIC的计算与其对变压器偏磁特性的影响提供参考.     

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EI北大核心CSCD

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。     

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。     

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。     

地磁暴引起电网电压波动抑制策略

地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)侵害变压器衍生的无功损耗具有全网同时性的特点,造成整个电网的无功不足与电压波动,可能威胁电网的安全运行。为此,以电压波动和电容器补偿容量最小为目标,计及发电机组无功出力和变压器可调变比约束,将补偿电容器作为无功优化的控制变量,提出了1种基于改进粒子群算法的多目标无功优化策略。20节点算例的仿真计算结果表明:在地电场强度幅值为1 V/km的地电场作用下,电网电压受地磁扰动的影响较大,大负荷下有5个节点电压越过下限值且最小电压幅值标幺值为0.913;通过多目标无功优化后节点电压得到明显改善,比未优化提高了4%,效果较好。所提出的通过调度手段合理制定的多目标无功优化治理方案,能够减轻磁暴灾害对电网的影响,抑制地磁扰动下电网电压的波动,提高电网抗磁暴风险的能力。     

基于地电场实测数据的广东电网地磁感应电流计算

在电网规划设计中,合理规划和科学安排接入变电站馈电线路的方向及数量是防御电网地磁暴灾害的有效措施之一,准确计算电网的地磁感应电流（geomagnetic induced current,GIC）是电网规划防灾的基础。根据子午工程地电场实测数据和广东500 kV电网的网架结构,构建了计算广东电网GIC的全节点模型,完成了2014年9月12日地磁暴事件中电网GIC的理论计算。通过对比计算数据与实测数据,表明利用地电场实测数据计算电网GIC的方法比利用地磁数据计算电网GIC的方法更好,建议加强对地磁暴感应地电场的监测力度,为防御地磁暴灾害提供数据及服务。     

地磁暴影响下特高压交流电网电压稳定性量化评估方法

地磁暴时，地磁感应电流（GIC）流经变压器会产生大量无功损耗，引起电网电压波动。随着我国特高压交流电网规模的扩大，地磁暴给特高压交流电网电压稳定带来的威胁越来越大。为了准确评估地磁暴对电力系统电压稳定的影响，该文建立了适用于地磁暴期间衍生无功扰动影响电压稳定的分析模型，通过对线路的等效变换，适应于多电压等级电网的多进线节点电压稳定分析。该文将地磁暴造成的无功扰动加入电压稳定分析模型得出地磁暴影响下的PV曲线解析式，并提出电压失稳指标，避免了连续潮流法预测校正过程中步长难以准确选取、计算复杂等问题，便于确定电网遭受地磁暴侵害时的电压稳定薄弱点和负荷裕度，并通过规划的华东特高压交流电网算例对该方法的有效性进行了验证。     

金丝接地极偏磁治理对浙江电网GIC的影响

直流输电工程建设中大量采用电容隔离装置治理偏磁电流,这种治理方法会导致电网GIC(地磁感应电流)的重新分布,使电网发生地磁暴事故或灾害的风险增加。针对溪洛渡—浙西±800 kV直流工程金丝接地极近区的电网,建立了500 kV电网的GIC模型,根据1989年3月13日、 2004年11月7日及2017年9月7日GMD(地磁扰动)数据,分别计算了电容隔离装置投入前后电网的GIC水平。研究结果表明,采用电容隔离装置治理后,500 kV某变电站变压器中性点的GIC从10 A水平增大为90 A水平,使该变电站成为GIC事故高风险站点。     

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。     

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。     

基于混沌多项式展开的地磁感应电流不确定性研究

地磁感应电流(GIC)会引起变压器直流偏磁,其次生衍生效应可能威胁电力设备和电网的安全。研究磁暴期间大地电导率参数变化引起的GIC不确定性对GIC的评估和防御具有重要意义。基于混沌多项式展开(PCE)方法,以一维水平分层大地电导率为输入变量,在原有电场及GIC计算的基础上构造了二者的混沌多项式展开式。针对三层大地电导率模型和Benchmark算例,利用所构造的混沌多项式对磁暴期间感应地电场和电网中各支路GIC进行了不确定度量化分析,得到了GIC最大值的95%置信区间、均值和方差等统计量。通过与蒙特卡洛法(MC)的计算结果对比,验证了PCE方法的有效性,且PCE方法计算效率远高于MC方法。     

中低纬电网GIC信号的识别方法

强磁暴期间,太阳大尺度爆发活动引起的空间天气灾害可能会对包括中低纬区域在内的全球电网系统造成严重影响。鉴于中低纬区域地磁感应电流观测数据样本少信号弱的情况,本文提出了一种识别中低纬电网GIC弱信号的方法,即运用聚类经验模态分解和希尔伯特变换从电网监测信号中提取出磁暴扰动成分,并通过扰动能量指标识别出该信号对磁暴的响应。该方法能结合电网的实际对监测区域各变压器潜在的GIC影响做初步预测,从而更好地为偏磁治理方案及电网设备选型提供有效的参考。     

基于大地电导率分层模型的油气管网地磁暴干扰评估方法

地磁暴对油气管网、电网、高铁系统等基础设施的影响已成为关注的热点。与地磁暴对电网影响的研究相比,目前对油气管网和高铁的地磁暴侵害研究不够。地磁暴在油气管网中感应的地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)和管地电位(pipe-soil potentials,PSP)与磁暴强度、大地构造、埋地管道自身结构等因素有关,不同深度大地电导率的差异影响油气管网的GIC和PSP大小。根据地磁暴在埋地油气管网产生GIC和PSP机理,以及我国岩石圈大地电性构造数据,考虑不同深度的大地电导率的差异,建立大地深层电导率分区分层模型,推导每层波阻抗递推关系式以及大地感应电场与地磁场关系式,得到基于平面波理论的大地和油气管网感应电场的算法,根据分布源传输线理论给出地下油气管网的GIC和PSP计算方法。最后,计算西气东输一线油气管网GIC和PSP水平,证明油气管网GIC和PSP效应评价方法的有效性。