[发明专利]一种考虑海岸效应的磁暴感应地电场计算方法和装置

说明书

本申请涉及磁暴感应地电场技术领域，尤其涉及一种考虑海岸效应的磁暴感应地电场计算方法和装置。其中，一种考虑海岸效应的磁暴感应地电场计算方法，包括：确定大地电导率模型并采集原始磁暴数据，根据大地电导率模型以及原始磁暴数据确定地电场基值；确定大地电导率模型的传输线特性参数，基于大地电导率模型，根据地电场基值以及传输线特性参数确定畸变电场负电位梯度；根据地电场基值以及畸变电场负电位梯度确定磁暴感应地电场。采用上述方案的本申请通过避免使用数值解法，有效提升计算效率，并且可给出磁暴感应地电场沿垂直于海陆边界面方向的分布情况，同时可用于评估磁暴期间横向电导率变化对地电场和长导体中GIC的影响。

技术领域

本申请涉及磁暴感应地电场技术领域，尤其涉及一种考虑海岸效应的磁暴感应地电场计算方法和装置。

背景技术

在空间天气事件中，太阳风和地球磁场之间的相互作用引起地磁扰动。根据法拉第电磁感应定律，变化的地磁场会产生地电场，从而在接地的导体回路中感应出频率为0.0001-0.01Hz的电流，称为地磁感应电流(GIC)。这种准直流在地基系统中流动，影响系统的正常运行，使系统面临安全威胁。在电力系统中，GIC通过变压器中性点流入变压器，能够使变压器半波饱和，导致变压器过热，谐波增多以及无功损耗增多。GIC作用下，还会导致继电器误操作，引发严重的电网停电事故。磁暴侵害管网系统，产生GIC和管地电位，加重管道腐蚀，缩短管道寿命甚至出现泄漏和爆炸的后果。对于铁路系统，尤其是高铁电气系统，GIC路径存在于牵引网，轨道电路，机车系统，威胁铁路行车安全。

随着社会经济的快速发展，人们的生产和生活质量越来越依赖于电网的安全稳定运行。因而，准确评估GIC事件对电力系统正常运行的危害，提高电网抵御极端空间天气灾害的能力显得尤为重要。确定电力系统是否会受到磁暴的影响，通常包括两个阶段：1)地球物理阶段，根据磁暴扰动的地磁场数据和大地电性结构，确定大地表面的水平电场，称为磁暴感应地电场；2)工程阶段，基于电网拓扑结构和直流参数计算由感应地电场驱动的电网GIC。在已知地电场的条件下，本步计算转换为简单的电路问题。可见，感应地电场的研究在评估磁暴对地基系统影响的过程中起着至关重要的作用。

在计算感应地电场分布时，目前广泛使用平面波法，即假设大地电导率仅与深度有关，一般采用一维分层电导率模型，由地面磁场观测数据计算感应地电场。在磁暴感应的频率范围内，电磁场透入深度达几百千米，在此深度处，小范围内大地电导率的横向变化不大，采用一维简化模型尚可达到工程计算的精度要求。但是随着我国经济的发展和远距离输电的需要，电网的规模不断扩大，其所跨越区域的大地电导率结构必然呈现多样性和复杂性。地电场在不同大地结构的分布各异，尤其是在媒介分界面附近会产生不同程度的畸变。当目标变电站位于海岸线附近时，由于海水的电导率远大于相邻陆地的电导率，磁暴发生时，两种介质中的感应电流差异较大，海—陆分界面两侧的电流密度差异导致陆地的感应电场在垂直于海岸方向上显著增强，电网GIC也将随之增大，该现象也被称为GIC的海岸效应。这时，一维大地模型已无法体现这种差异性，忽略电导率横向突变造成的地电场畸变会造成很大误差，甚至会得出错误的结论。因而，研究海岸效应对磁暴感应地电场的影响具有重要意义。

发明内容

本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种考虑海岸效应的磁暴感应地电场计算方法，以解决目前针对考虑海岸效应的磁暴感应地电场的计算过程较为复杂的技术问题。

本申请的第二个目的在于提出一种考虑海岸效应的磁暴感应地电场计算装置。

为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出的一种考虑海岸效应的磁暴感应地电场计算方法，包括：

确定大地电导率模型并采集原始磁暴数据，根据所述大地电导率模型以及所述原始磁暴数据确定地电场基值；

确定大地电导率模型的传输线特性参数，基于所述大地电导率模型，根据所述地电场基值以及传输线特性参数确定畸变电场负电位梯度；