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隨著電網規模的擴大，電壓等級的升高及大截面多分裂導線的應用，地磁感應電流（Geomagnetically Induced Currents, GIC）侵害中低緯度地區電網事件增加，對電網安全穩定運行構成潛在威脅。地磁暴作為一種極端空間天氣災害，是一種概率事件，以某一次具體的地磁暴事件評估其對電網的影響并不能客觀反映電網抗地磁暴能力。

有學者提出將地磁暴感應電流作為衡量電網地磁暴災害水平的指標，將地磁暴電網風險分為“低”“中”“高”和“極高”，研究地磁暴對系統的影響程度。但是地磁暴感應電流的大小并不能完全反映地磁暴對系統穩定造成的影響，并且魁北克大停電事故分析結果表明地磁暴感應電流引起變電站無功損耗（GIC-Q）驟增導致無功不平衡才是事故的誘因。研究長時間尺度下變壓器無功損耗概率分布規律需要長期、大量的地磁臺地磁場測量數據作為統計樣本。

有學者借助地磁臺觀測的歷史地磁暴數據對實際電網地磁暴感應電流進行仿真分析。有學者依據Kp指數、Dst指數、K指數篩選磁暴事件，對多次磁暴事件進行了討論。這些研究為進行多次地磁暴對電力系統穩定影響分析提供了基礎數據及地磁暴事件選擇標準。為了將地磁暴與系統穩定性耦合起來，需對多次地磁暴事件變電站大量的變壓器無功損耗計算數據進行采樣，在原有負荷的基礎上將變壓器無功損耗樣本作為沖擊負荷施加在系統中，因此變壓器無功損耗概率分布特征成為關鍵。

關于地磁暴對電力系統的影響，有學者將變壓器無功損耗作為負荷施加到系統中，通過潮流計算研究節點電壓是否會低于規定水平。這種研究只是在恒功率負荷的基礎上研究節點電壓波動，一方面不能反映變壓器無功損耗的波動性，另一方面并沒有考慮施加變壓器無功損耗之前實際系統中大量存在的異步電動機負荷。異步電動機負荷的無功功率與端電壓的關系會進一步惡化發生地磁暴時系統的無功情況。

隨著特高壓電網的大規模建設及電網運行成本的限制，電力系統往往運行在穩定極限狀態。發生地磁暴時地磁場強度的不確定性使變壓器無功損耗具有隨機性，地磁暴的全球同步性使變壓器無功損耗具有全網群發性，地磁暴引起的變壓器無功損耗驟增作為一種沖擊性的無功波動負荷施加在系統中是否會對系統的穩定造成影響，以及直流系統的加入能否提高電力系統抗磁暴災害的能力尚未得到研究。

針對上述問題，高電壓與電磁兼容北京市重點實驗室（華北電力大學）、新能源電力系統國家重點實驗室（華北電力大學） 的研究人員從電力系統概率穩定性的角度出發，以地磁暴感應電流標準網絡為例，利用一個太陽活動周期內強地磁暴地磁場數據計算變電站變壓器無功損耗，得到變壓器無功損耗的概率分布函數。

研究人員利用拉丁超立方采樣獲得變壓器無功損耗樣本，在原有負荷的基礎上，將變壓器無功損耗作為無功負荷施加到系統中，基于概率小擾動穩定性方法研究地磁暴對系統的影響，并對比交流系統和交直流混聯系統抗地磁暴災害能力的強弱，為電網磁暴風險評估和有針對性地設計防治措施提供依據。

研究人員得出的主要結論如下：

1）各個變電站的變壓器無功損耗概率分布模型符合韋伯分布。從系統穩定性的角度出發，將具有全網群發性和波動性的變壓器無功損耗作為一種小擾動施加到系統中，并基于振蕩失穩函數提出地磁暴對電力系統穩定性影響概率評價指標。研究發現，發生地磁暴時系統的特征根分布向阻尼比小的區域移動，系統失穩概率增加。

2）結合目前普遍存在的交直流混聯系統，在研究地磁暴對系統穩定性的影響時考慮直流系統的影響，研究發現：直流輸電系統的加入在一定程度上改善了發生地磁暴時系統的區內振蕩阻尼特性，但同時也惡化了區間振蕩。因此，對于交直流混聯系統更應重視發生地磁暴時可能引起電力系統區間振蕩失穩的潛在威脅。

3）以地磁暴感應電流標準系統為例，研究地磁暴對電力系統穩定性影響的規律和判據，根據系統小干擾穩定性計算結果建立風險評估指標，將系統小干擾失穩風險進行量化，以期在考慮小干擾穩定阻尼比等約束條件下建立以系統成本、發電調整量及小干擾穩定性風險最小為目標的多目標優化函數，進行地磁暴災害防治。

本文編自2022年第7期《電工技術學報》，論文標題為“地磁暴對電力系統穩定性的影響”，作者為王澤忠、司遠 等。論文第一作者為王澤忠，1960年生，博士，高電壓與電磁兼容北京市重點實驗室（華北電力大學）教授，博士生導師，研究方向為電力系統電磁兼容和電磁場數值計算。通訊作者為司遠，1993年生，高電壓與電磁兼容北京市重點實驗室（華北電力大學）博士研究生，研究方向為電網安全運行與災變控制。