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实验室科研人员在地磁暴期间低纬度地区电网GIC特征分析及建模预测方面取得进展

2020年09月01日 星期二 10:22:32

地磁感应电流(Geomagnetically induced currents, 简称GIC)是空间天气危害现代技术系统的最主要表现之一,是太阳风-磁层-电离层-地球这个空间天气反应链的最末端一环,会对高压输电网,油气管道,高铁等地面长距离导电设备的安全运行造成威胁。电网中的GIC会引起变压器过热,励磁和无功损耗增加,威胁电网的安全运行,严重时甚至引起变压器损毁和电网瘫痪,造成巨大的经济和社会损失。一般认为,高纬地区由于地磁扰动剧烈,电网受GIC侵害的风险较高。但近些年来随着科学技术的发展,电网规模日益增加,中低纬度地区电网受到GIC骚扰的报道日益增多。我国地处中低纬度地区,目前已经建成了世界上电压等级最高、传输距离最长、负荷最高的输电网络。如今,对如此庞大的输电网络的GIC监测,预报,风险评估变得尤为重要。

近日,实验室王赤院士团队的张佼佼副研究员与北京航空航天大学,华北电力大学以及国家卫星气象中心的学者合作对2015年-2016年期间,我国低纬度地区黄眉山220KV变电站在地磁暴期间的GIC监测数据进行了分析,并基于全球磁层数值模型建立了磁暴期间低纬度地区电网GIC预测模型。研究表明高强度GIC在磁暴主相阶段发生最频繁,GIC极值与地磁扰动时间导数(dB/dt)的极值有粗略的正相关关系,但磁暴主相期间两者之间强度关系变得非常复杂。由于GIC监测数据的缺乏,目前国际上大量GIC相关研究,直接将dB/dt等同于GIC来进行分析、建模等研究。该研究提醒学者们注意磁暴期间低纬度地区dB/dt不能完全等效于GIC,在进行GIC相关研究中,需要注意dB/dt可用来代替GIC的使用条件。他们还对磁暴期间黄眉山220kV变电站中的GIC进行了数值建模,并将数值模拟结果与实际监测数据进行对比分析。结果表明,所建模型可以捕捉到磁暴期间黄眉山变电站中GIC主要活动特征和强度,所建模型预测效果优于传统的预报模型。

该研究对我国电网规划,电网GIC预测及风险评估,减灾防灾等方面具有重要的应用意义。论文发表在国际知名期刊Space Weather上。

Citation:Zhang, J. J., Yu, Y. Q., Wang, C., Du, D.,Wei, D., & Liu, L. G. (2020). Measurements and simulations of the geomagnetically induced currents in low‐latitude power networks during geomagnetic storms. Space Weather, 18, e2020SW002549. https://doi.org/10.1029/2020SW002549

原文链接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2020SW002549



图1. 多元线性回归求得电网参数。

图2. (a)中等强度磁暴,(b)强磁暴,(c)烈磁暴期间模拟结果(红线)和观测(黑线)结果的比较。自上到下依次是:地磁扰动x和y分量,感应地电场x和y分量,以及GIC。

 

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