地磁感應電流對變壓器影響的仿真研究
易成星，楊偉
(南京理工大學 自動化學院，江蘇 南京 210094)
摘 要： 太陽風引發地磁暴時會在電網中產生地磁感應電流(Geomagnetically Induced Currents，GIC)，準直流特性的GIC 會導致變壓器產生直流偏磁。闡述了GIC 的產生原理，根據零序磁通的磁路情況分析了不同鐵芯結構變壓器受GIC 影響的大小程度。基于MATLAB-SIMULINK 仿真軟件建立了三相三柱式變壓器和三相組式變壓器的直流偏磁模型，通過對比兩種變壓器在GIC 作用下的勵磁電流、磁鏈和諧波階次來對比分析不同鐵芯結構受GIC 影響的程度。仿真結果表明，零序磁通回路磁阻小的鐵芯結構變壓器更易受到GIC 的影響，產生明顯的直流偏磁，勵磁電流含有各階次諧波，對電網的安全穩定運行帶來一定的影響。
關鍵詞： 地磁感應電流；太陽風；鐵芯結構；變壓器；直流偏磁；諧波
中圖分類號：TM411+.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-3175(2015)01-0016-05
Simulation Study About the Influence of Geomagnetically Induced Currents on Transformer
YI Cheng-xing, YANG Wei
（School of Automation, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China）
Abstract: Geomagnetic storms triggered by solar wind can cause geomagnetically induced currents（GIC）in power grid, and GIC with quasi-direct current will make transformer produce DC biasing magnetism. Description was made to generation principle of GIC, and analysis was made to the extent of the impact of GIC on transformer with different core structure according to magnetic circuit of zero sequence flux. The models of three-limb core form transformer and three single-phase cores with DC flux shift were built in simulink of Matlab. By the comparison of excitation current, flux linkage and harmonic orders of the two different transformers under the influence of GIC, the results show that the transformer with low reluctance of zero sequence flux is vulnerable to GIC. In this case, GIC causes apparent DC flux shift and excitation current has each order harmonic, which poses a threat to the safe and stable operation of the power grid.
Key words: geomagnetically induced currents; solar wind; iron core structure; transformer; DC biasing magnetism; harmonic
參考文獻
[1] 高玉芬. 強烈地磁擾動的危害[J]. 國際地震動態，2005(11)：6-9.
[2] 王開讓，林雋，劉連光，等.由對地全暈狀日冕物質拋射誘發的地磁感應電流統計研究[J].天文學報，2012，53(1)：9-27. [3] 張燕秉，劉連光，張清明，等. 基于PSCAD/EMTDC的電網GIC 影響仿真分析[J]. 華北電力技術，2004(6)：10-13.
[4] 張冰，劉連光，肖湘寧.地磁感應電流對變壓器振動、噪聲的影響[J].高電壓技術，2009，35(4)：900-904.
[5] 劉連光，劉春明，張冰.磁暴對我國特高壓電網的影響研究[J].電網技術，2009，33(11)：1-5.
[6] 鄒明.電網GIC水平評估軟件的設計與開發[D].北京：華北電力大學，2011．
[7] 董霞. 變壓器直流偏磁研究[D]. 濟南：山東大學，2013.
[8] 程建.基于PSCAD軟件的阻抗匹配平衡變壓器仿真研究[J].電工電氣，2011(1)：13-16.
[9] 鄭濤，陳佩璐，毛安瀾，等.地磁感應電流作用下的CT飽和特性及其引起的變壓器差動保護誤動[J].電網技術，2014，38(2)：520-525.
[10] 薛向黨，尤一鳴. 地磁感應電流對電力變壓器危害的研究[J]. 電力系統及其自動化學報，1999，11(2)：13-19.
[11] 馬曉冰，Ian J Ferguson，孔祥儒，等. 地磁感應電流(GIC)的作用與評估[J]. 地球物理學報，2006，48(6)：1282-1287.
[12] Price P R.Geomagnetically induced current effects on transformers[J].IEEE Transactions on Power Delivery, 2002, 17(4)：1002-1008.
[13] Marti L, Rezaei-Zare A, Narang A.Simulation of transformer hotspot heating due to geomagnetically induced currents[J].IEEE Transactions on Power Delivery, 2013, 28(1)：320-327.
