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...     

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。     

地磁暴对电力系统的影响

本文在介绍国外近十年有关的研究进展后，公布了对地磁暴与中国电力系统关系的首次调查结果，提出了地磁暴对电力系统能否产生影响取决于该系统所在地是否为海洋感生电流闭环取道之地的新观点。     

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。     

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。     

地磁暴侵害油气管道的管地电位效应

由于输油气管道埋在地下,钢质管道内外壁有绝缘涂层,不与大地直接接触,油气管道遭受地磁暴侵害的响应机制与电网不同,研究油气管道的干扰机制、物理过程以及干扰效应,对分析地磁暴对油气管道的影响及危害具有重要意义。针对2012年~2014年9次中、小地磁暴侵害我国西气东输一线和陕京二线等输气管道引发的管地电位(PSP)现象,研究了地磁暴引发管道地磁感应电流(GIC)的机制与过程以及GIC衍生管道PSP的机理,利用PSP算法,假设感应电场沿管道分布,大小取0.1 V/km,计算了不同形态管道的PSP水平。实测和仿真计算数据表明,即使是遭受中、小地磁暴的侵害,钢质油气管道的PSP也会超过管道杂散电流干扰防护标准规定的限值,证明了管道干扰及防护研究要考虑中、小地磁暴的影响。     

地磁暴对轨道电路扼流变压器电磁系统的影响

本文中作者研究了地磁感应电流(GIC)对轨道电路扼流变压器的影响,分析了GIC引发扼流变压器直流偏磁的机理,给出了GIC的计算公式,并用Maxwell软件对扼流变压器的磁通密度及损耗进行了仿真计算。     

潮汐地电场对电网GIC计算的影响研究

当前电网地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的计算值同实测值之间存在巨大误差,影响地磁暴下GIC的防护工作实施。为获取误差产生的根源,结合GIC和感应地电场的形成机理,提出潮汐地电场(tidal geoelectrical field,TGF)是造成GIC计算误差的重要影响因子。给出了TGF作用电网的可行性求解方法,并推导了GIC在地心坐标系计算中的数学表达式。最后,以甘肃兰州地区为研究对象,通过建立局部电网直流等效模型,采用数值仿真方法计算了TGF引起的电网GIC水平。与同地区其他文献计算结果对比,TGF单独作用下产生的GIC数值最大占比地磁暴期间GIC计算值的18.8%,因此后续进行GIC的求解与分析时,必须考虑TGF的影响。     

华北地区大地电性结构三维建模及磁暴感应地电场有限元计算

"三华"特高压同步电网的"东纵"和"北横"两条线路覆盖了我国华北、华中地区多个地块结构和大地断层,地质构造非常复杂。为研究磁暴时大尺度、三维电性结构下的感应地电场分布情形,采用大地电磁测深数据构建华北地区三维电导率模型。利用地磁台站记录的地磁场变化量作为地面边界条件,采用有限元法计算获得了地下感应电流和地面电场的三维分布情况。结果表明,电性结构不均匀会严重影响地面电场的空间分布。结合"东纵"和"北横"位于华北地区的线路区段,给出了拟建变电站之间电位差的变化情况,为进一步计算和评估线路中地磁感应电流的影响打下基础。     

地磁暴对直流输电逆变侧换相角及谐波的影响机理分析

利用变压器T形模型,推导换流变压器直流偏磁对换相角影响的理论计算公式。利用电磁场有限元仿真软件,配合外电路开关控制,搭建考虑实际换流变压器电感变化的逆变器换相模型。通过给换流变压器中性点施加不同流向、不同大小的直流电流,模拟地磁暴侵害换流变压器的影响。通过对一个周期内六次换相角大小变化的分析,得到彼此之间的联系以及各自随触发超前角,直流方向、大小的变化关系。通过对直流电压、交流电流波形进行傅里叶分解,发现磁暴期间交流电流出现非特征谐波,且高频分量增幅更大,直流电压谐波次数由六的倍数变为三的倍数。结合偏磁时的换相角理论计算公式和励磁电流波形,解释了换相角以及谐波的变化原因,也验证了模型和结论的正确性。     

考虑地下各向异性介质的磁暴感应地电场研究

地质勘测资料表明,地下存在电性各向异性介质,因此在研究地磁扰动(GMD)地电场时需要考虑各向异性介质的影响.建立包含各向异性介质的大地电导率模型,研究电性结构不均匀及各向异性介质对地电场分布的影响.结合新疆地区部分数据构建各向异性大地电导率模型计算GMD地电场.通过各向同性大地电导率模型对比,发现各向异性区域内主轴电导...     

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。     

大地电导率横向变化对地磁暴感应电场H极化及地磁感应电流的影响

磁暴感应地电场在输电网、铁路、管线中产生地磁感应电流(GIC),对设备的正常运行产生不利影响。大地电导率的横向差异使磁暴感应地电场在海岸等复杂地质结构地区发生畸变,而"海岸效应"就是H极化情况下的一种典型畸变现象。本文考虑大地电导率的横向变化建立了分块模型,应用有限元法计算了H极化情况下磁暴感应地电流场的分布,定量分析电导率变化系数与地电场畸变现象之间的关系,揭示大地电导率横向差异对地电场分布的影响规律;假设变电站位于分界面附近,讨论电导率变化系数、变电站与分界面距离等因素对线路GIC的影响,为电网GIC的准确计算提供理论基础。     

区域电网电压与无功控制的协调

提出了区域电网中对各当地电压与无功控制系统(LCS)进行协调的一种方法。位于区域调度中心的区域控制系统(ACS)可由系统原有的SCADA,EMS或调度自动化系统获取实时数据,因此只需增加少量的硬件投资便可实现ACS对LCSs的协调功能。在电压越出设置的预警区时,ACS能够在保证补偿后网损尽量小的前提下,快速给出各当地控制系统所需的控制量,并依据一定规则的时延后协调各当地控制的动作,使系统电压水平维持在允许的范围内。     

考虑风电源流关系的电网电压主导节点识别

大规模风电并网后的电压控制问题应从系统的角度统筹考虑,通过建立少量集中无功补偿与风电场分散无功补偿相协调的综合控制模式来解决,因此,集中无功补偿点的选择成为关键。基于网络源流路径关系,提出一种考虑风电场关联度的区域电网电压主导节点识别方法。该方法综合考虑了相对静态的电网结构和电网实际运行状态变化的影响,并采用网络源流路径双向电气剖分方法获取电网主要电气特征参数。利用上述参数,计算风电场关联度指标和电压主导节点评价指标,从而确定电压控制分区和主导节点。在修改后的IEEE 39节点系统中进行了仿真分析,结果表明所提出的方法能够较合理地确定电压主导节点。     

考虑风电接入的电网静态电压安全域计算

实现快速、有效的系统安全裕度评估,能够为系统运行控制提供决策指导。为掌握电网的安全运行态势,提出一种考虑风电接入的电网静态电压安全域计算方法。首先,利用连续潮流模型并结合电压安全约束,构建系统电压安全裕度指标,用于衡量运行点的安全状态。其次,融合灵敏度方程和启发式算法求得电压安全裕度,实现负荷裕度量化评估。然后,通过引入考虑相关性的风速预测方法,为态势预测奠定基础。最后,通过IEEE 118节点测试系统验证所提方法的有效性和可行性。通过算例仿真可知,当风电渗透率较高时,风电场出力之间的相关度越大,电压安全裕度的波动范围也越大。     

地磁感应电流对我国电网影响及监测技术的研究

太阳活动引发的磁暴是全球性自然灾害。磁暴在输电线路上产生地磁感应电流(GIC)对电力系统安全运行有很大影响。笔依据阳城一淮阴输电系统、黑龙江电网和广东岭奥核电站等发现的多起GIC影响事件，对输电线GIC的基本理论、计算方法、监测技术和分析手段等问题开展了研究工作。章在论述电网GIC机理特征和GIC对我国电网影响的基础上对GIC监测技术进行了研究，给出了电网GIC的信号采集方法、信号处理方法和监测系统的设计思路。     

多馈入直流受端电网静态电压稳定的薄弱区域识别及优化研究

多馈入直流受端系统在高压输电系统中逐渐增多,故障情况下大范围潮流转移将对受端电网的电压稳定构成冲击,严重情况下,甚至会造成电压崩溃。针对多馈入直流受端电网静态电压稳定性,提出了一种综合应用连续潮流法、严重故障筛选法、模态分析法快速求取静态电压稳定极限、节点相对参与因子等指标开展薄弱区域识别的方法。应用于江苏南部受端电网,并针对薄弱区域提出了电压稳定提升措施。计算结果显示,江苏南部受端电网静态电压稳定薄弱区域位于苏州电网及锦苏特高压直流近区,在电压稳定薄弱区域安装STATCOM,能够更好地提升苏南直流受端电网电压稳定性。