基于磁暴擾動的電力系統無功補償方式研究

馬云龍 黃敏

摘 要：隨著電網的發展，電能質量已經成為了電力發展的重要方向，而電力系統中，無功補償技術是提高電能質量的重要方式。本文從磁暴干擾的內容介紹開始，通過對磁暴對系統的影響進行分析，然后在此基礎上提出了高壓靜止無功補償方式的方法，最后給出總結。

關鍵詞：磁暴；電力系統；無功補償；方式研究

磁暴屬于小概率，高風險事件，爆發的頻次不好預測，針對可能的電網磁暴事故而裝設的設備很可能在很長一段時間內不會啟動，或者利用率不高，達不到設備運行的額定水平。為保證在發生磁暴時系統有充分的無功備用，且所裝設設備在日常運行時又能夠發揮其最大的作用，避免發生電壓不穩等現象，預先采取無功優化補償的手段，降低強磁暴下系統變壓器無功損耗是有效方法之一。

1 磁暴的產生

太陽活動引起的地磁場劇烈擾動稱磁暴，磁暴在東西走向的輸電線路地表面產生感應電場，如果輸電線路距離遠、兩端變壓器中性點接地，感應電場在兩個接地點之間形成電勢差，稱其為地面感應電勢（Earth-surface potential，ESP），ESP在輸電線路、兩個接地變壓器與大地構成的回路產生地磁感應電流（Geomagnetic induced current，簡稱GIC），GIC的頻率為0.0001 Hz ～0.01Hz，對于電網的工頻交流電相當于準直流，流入變壓器將出現直流偏磁飽和現象，使變壓器勵磁電流中產生大量的奇次和偶次諧波分量，導致電網電壓、電流波形發生畸變，對電網保護裝置的正確動作造成一定的影響，保護裝置誤動可能引發嚴重的電網大停電事故。

2009年1月，美國國家科學院發布了《災害空間天氣對社會和經濟的影響》研究報告，研究報告警告：超強太陽風暴將于2012年9月吹襲地球，將對未來人類社會造成巨大影響，其破壞力將遠遠超過“卡特里娜”颶風，致使電力等高技術系統受到嚴重干擾，尤其預計極端災害將造成1萬億至2萬億美元的損失，回復重建至少要4年到10年，并將中國列為警告國家之一，引起了廣泛的關注。

國內廣東，江蘇，浙江等地也發生過磁暴侵害電網的大量事件。其中2004年11月至2005年8月期間，廣東嶺澳核電站變壓器測得7次中強磁暴引發的GIC峰值和1min最大值如表1所示 。

2 無功補償的優化

在查閱國內外有關資料的基礎上，以分析在變壓器直流偏磁情況下，SVC保護動作分析和改進算法的研究為主要目的，即通過無功補償的方式可以有效減少磁暴對電力系統中電力的影響。

直流接地極附近的地表電位分布與當地的土壤結構密切相關。電阻率均勻的土壤很少見，通常土壤都具有不均勻性。由于受重力作用，常常會形成各種巖層的水平分界面，如沉積巖在沉積過程中受重力作用，形成砂礫巖層、細沙層和黏土層；由于地殼構造運動，地殼中往往會形成垂直層結構。因此，不均勻土壤往往可以近似為水平分層和垂直分層的結構，對于土壤結構更復雜的地區，可以采用水平分層和垂直分層相結合的土壤模型。根據電網GIC產生機理，電網GIC的計算可分2個步驟：首先建立分層大地模型；然后計算磁暴發生時的地面感應電場。

結合上述內容，直流輸電單極運行時接地極電流引起的地電位和地中電流分布，給出直流接地極電流分布的計算方法和考慮交流網絡的變壓器直流量的計算模型，并給出磁暴發生時GIC的估算方法。同時利用MagNet或PSCAD仿真軟件，以某地區實際變壓器為基礎，對其進行分析，在不同偏磁情況下，變壓器產生的諧波含量和無功損耗

情況。

除此以外，可通過直流偏磁主要采取限流和隔直的方法抑制磁暴所帶來的對電力系統的影響，具體的方式有中性點串聯電阻、中性點串聯電容，線路串聯電容，反注電流法和電位補償法。中性點串聯電阻會改變電網結構，對電網的保護裝置要重新設置參數，串聯的阻值也沒有計算的方法，目前尚未發現文獻有對其進行定量研究的。線路串聯電容造價太高，不適合我過國情。反注電流法是利用監測中性點直流大小和方向，向中性點注入大小相等，方向相反的電流，來抵消直流對變壓器的影響。電位補償法的思路是改變變壓器接地點電位，減少ESP，但是缺點是會對周圍變壓器造成影響。

3 總結

本文通過對磁暴的發生原因進行了分析，然后從電力系統無功補償的方面進行了抑制其影響的內容。通過分析可知，磁暴對電力系統的影響比較大，通過對無功補償方式的優化可以有效解決相關的影響，為電力系統的正常運行提供保障。

參考文獻

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