大电网中的哪些变电站的GIC无功波动会比较大？
研究背景
地磁暴在输电线路、两端接地变压器与大地构成的回路产生地磁感应电流(简称GIC)。频率为0.0001～0.001Hz的准直流的GIC流经变压器使其铁心发生半波直流偏磁饱和，并因此衍生变压器的谐波、无功损耗和振动、噪声增大等干扰效应。由于750kV及以上超、特高压电网的GIC比较大，以及超、特高压电网普遍采用单相组式变压器以及变压器的容量大，变压器的GIC无功损耗（简称GIC-Q）相对更大。起因于太阳剧烈活动的地磁暴在全球的不同地点几乎同时发生，GIC流过变压器衍生的无功损耗在电网中具有同时发生的特点，电网中的变压器群发的无功增大及其导致电压降低可能威胁电网的安全。1989年3月13日加拿大魁北克大停电的起因与GIC引发的谐波使SVC跳闸和导致的电网无功不平衡有关。变压器的GIC-Q增量与GIC的大小和变压器的结构及设计、制造等参数有关，大电网的GIC无功波动、电压变化与电网结构和变电站在电网中的布局、变压器的容量等影响因素有关，分析计算电网的GIC-Q效应和探明大电网GIC无功波动、电压变化特征、规律，是从电网角度防御地磁暴事故或灾害需要研究的问题之一。由于特高压电网的GIC-Q效应的模型及算法尚未取得突破和特高压电网的建设尚未形成规模，以及750kV及以下电压等级变压器的GIC-Q效应计算技术相对成熟，本文提出以电网结构更复杂的甘肃电网为例，根据2004年11月地磁暴甘肃电网的GIC计算结果，基于比例系数K值算法计算变压器在GIC下的无功损耗，考虑全网变压器无功损耗同时增大和不同运行方式等因素，计算甘肃750kV和330kV电网的GIC-Q扰动，分析评估整个电网的节点电压水平，研究750、330kV电压等级电网的GIC-Q扰动及双电压等级间的相互作用及影响，探明大电网GIC-Q扰动的规律及特征，以及电网中GIC无功波动比较大的变电站，为电网规划与运行防治地磁暴灾害提供依据。
主要创新点
由于影响因素多、计算复杂，以及低电压等级电网的GIC和GIC-Q相对小，以往只计算最高电压等级电网GIC或GIC-Q，忽略低电压等级电网的计算。为得到准确的计算结果，探明330kV和750kV电网的GIC-Q扰动，以及330kV和750kV电网GIC-Q扰动的相互作用及影响，本文根据2004年11月9—10日地磁暴的地磁数据，以及文献[7]甘肃330kV和750kV电网GIC的计算结果，考虑全网GIC-Q同时增大、不同运行方式等因素的影响，在国内外首次完成了双电压等级电网的GIC-Q效应、电网各变电站节点电压波动的计算，探明双电压等级电网GIC-Q效应、节点电压波动的特征，以及GIC无功波动比较节点的特点。
解决的问题及意义
1）在2004年11月9—10日类似强度的地磁暴的侵害下，与330kV电网相比，750kV电网的GIC-Q扰动和节点电压的波动更大，节点电压下降也更明显，如论文中图2和图3给出的图1平凉、乾县和宝鸡750kV变电站的计算结果；330kV电网整体上的GIC-Q扰动和节点电压的波动不大，虽然地磁暴均不会对330kV电网造成很大的危害，但330kVGIC-Q扰动对750kV电网的影响不容忽视。该项研究对双电压等级电网有普遍意义。2）变压器GIC-Q损耗大的750kV变电站站点的电压波动比较大，由于变压器GIC-Q损耗值与流入变压器的IGIC成正比，在采用标准化设计的大电网地磁暴灾害安全风险评估中，可用流入变压器的GIC的大小评估电网遭受地磁暴侵害的GIC-Q扰动安全风险。该项研究成果对电网运行基于变电站GIC监测数据制定地磁暴灾害防御策略具有重要意义。3）与电压波动大的750kV站点直接相连的330、750kV站点电压波动较大，分析表明经自耦变压器联络的750kV电网的GIC-Q电压波动会对330kV电网的电压波动产生一定的影响，而330kV电网的GIC-Q扰动对750kV电网电压影响不明显，表明电网的GIC-Q扰动具有区域性；电压值偏移大的站点均为电网末端和拐角处，如图1中的乾县变电站。该项研究成果对采用隔离或削弱等手段治理高风险变电站的GIC具有重要意义。
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