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空間中心科研人員在地磁暴期間低緯度地區電網GIC特征分析及建模預測方面取得進展

文章來源: | 發布時間:2020-09-01 | 【打印】【關閉】

  地磁感應電流(Geomagnetically induced currents, 簡稱GIC)是空間天氣危害現代技術系統的最主要表現之一,是太陽風-磁層-電離層-地球這個空間天氣反應鏈的最末端一環,會對高壓輸電網,油氣管道,高鐵等地面長距離導電設備的安全運行造成威脅。電網中的GIC會引起變壓器過熱,勵磁和無功損耗增加,威脅電網的安全運行,嚴重時甚至引起變壓器損毀和電網癱瘓,造成巨大的經濟和社會損失。一般認為,高緯地區由于地磁擾動劇烈,電網受GIC侵害的風險較高。但近些年來隨著科學技術的發展,電網規模日益增加,中低緯度地區電網受到GIC騷擾的報道日益增多。我國地處中低緯度地區,目前已經建成了世界上電壓等級最高、傳輸距離最長、負荷最高的輸電網絡。如今,對如此龐大的輸電網絡的GIC監測,預報,風險評估變得尤為重要。

  近日,空間天氣學國家重點實驗室王赤院士團隊的張佼佼副研究員與北京航空航天大學,華北電力大學以及國家衛星氣象中心的學者合作對2015年至2016年期間,我國低緯度地區黃眉山220KV變電站在地磁暴期間的GIC監測數據進行了分析,并基于全球磁層數值模型建立了磁暴期間低緯度地區電網GIC預測模型。研究表明高強度GIC在磁暴主相階段發生最頻繁,GIC極值與地磁擾動時間導數(dB/dt)的極值有粗略的正相關關系,但磁暴主相期間兩者之間強度關系變得非常復雜。由于GIC監測數據的缺乏,目前國際上大量GIC相關研究,直接將dB/dt等同于GIC來進行分析、建模等研究。該研究提醒學者們注意磁暴期間低緯度地區dB/dt不能完全等效于GIC,在進行GIC相關研究中,需要注意dB/dt可用來代替GIC的使用條件。他們還對磁暴期間黃眉山220kV變電站中的GIC進行了數值建模,并將數值模擬結果與實際監測數據進行對比分析。結果表明,所建模型可以捕捉到磁暴期間黃眉山變電站中GIC主要活動特征和強度,所建模型預測效果優于傳統的預報模型。

  該研究對我國電網規劃,電網GIC預測及風險評估,減災防災等方面具有重要的應用意義。論文發表在國際知名期刊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

  原文鏈接:https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2020SW002549

  圖一: 多元線性回歸求得電網參數。

  圖二:(a)中等強度磁暴,(b)強磁暴,(c)烈磁暴期間模擬結果(紅線)和觀測(黑線)結果的比較。
自上到下依次是:地磁擾動x和y分量,感應地電場x和y分量,以及GIC。

 

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