電網(wǎng)特征與相關(guān)參數(shù)關(guān)系研究

㈣㈣Y2383肼7哪ClassifiedIndex：TM71Thesisfortheofthe㈣㈣Y2383肼7哪ClassifiedIndex：TM71ThesisfortheofthePowerGrid CMERelatedProf．LianguangMasterofandItsofElectricalandDateofNorthChinaPowerDegree-Conferring-要摘日冕物質(zhì)拋射(CME)是導(dǎo)致地磁暴發(fā)生，從而引發(fā)電網(wǎng)地磁感應(yīng)電流(GIC及引發(fā)大面積的停電事故。實(shí)踐表明采用技術(shù)手段治理和防治難度大，投資高，實(shí)現(xiàn)GIC的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)將是最經(jīng)濟(jì)、最有效的防范手段，將空間物理和地球物理領(lǐng)域關(guān)于EC要摘日冕物質(zhì)拋射(CME)是導(dǎo)致地磁暴發(fā)生，從而引發(fā)電網(wǎng)地磁感應(yīng)電流(GIC及引發(fā)大面積的停電事故。實(shí)踐表明采用技術(shù)手段治理和防治難度大，投資高，實(shí)現(xiàn)GIC的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)將是最經(jīng)濟(jì)、最有效的防范手段，將空間物理和地球物理領(lǐng)域關(guān)于EC本文針對(duì)這一關(guān)鍵問題，研究了CME與電網(wǎng)GIC之間的關(guān)系，闡述了電網(wǎng)的產(chǎn)生機(jī)理，分析了地磁指數(shù)預(yù)報(bào)與電網(wǎng)防災(zāi)的差別；利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)CME相參數(shù)數(shù)據(jù)和GIC數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到對(duì)電網(wǎng)GIC有重要影響的CME合；利用CME的幾何模型，模擬CME的傳播并據(jù)此詳細(xì)分析了我國(guó)電網(wǎng)的幾次典型的GIC事件發(fā)生的過程，找到其發(fā)生的原因；提出了幾種預(yù)報(bào)GIC方法，重點(diǎn)介紹了美國(guó)的太陽盾工程CME導(dǎo)致了地磁暴的發(fā)生，從而引發(fā)了電網(wǎng)GIC，現(xiàn)有的磁指數(shù)預(yù)報(bào)并不能滿足電網(wǎng)防災(zāi)的需求，預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)才是最有效的手段；CME的寬度、初始速度、日面源區(qū)是對(duì)電網(wǎng)GIC有影響的重要參數(shù)；2004年11月10廣東嶺澳核電站監(jiān)測(cè)到了很大的GIC，這次事件是由兩個(gè)起源于日面中心位CME共同引發(fā)的，并且這兩次CME均具有很大的角寬度和初始速度，從而其相的ICME具有很強(qiáng)的磁場(chǎng)、太陽風(fēng)速度和太陽風(fēng)動(dòng)壓，導(dǎo)致了特大磁暴的發(fā)發(fā)了較大的電網(wǎng)GIC；以CME的參數(shù)數(shù)據(jù)和GIC統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法可以建立預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)GIC的模型，但這種方法難以獲得很高的精度；美CECMGI，CC方面具有極大的參考和學(xué)習(xí)價(jià)值關(guān)鍵詞：日冕物質(zhì)拋射；地磁感應(yīng)電流；參數(shù)；預(yù)Coronalthestormscausingisquasi—willleadmalfunctionofthe鰣dequipment’Srelay,totransformerareatriggeratheblackout．PracticeshowsthattheuseoftechnicalmeanstocontrolandpreventGICdifficultandeffectivetoGICwillbethemosteconomicalhightheresearchontheinthefieldonis powerForthiscriticalCoronalthestormscausingisquasi—willleadmalfunctionofthe鰣dequipment’Srelay,totransformerareatriggeratheblackout．PracticeshowsthattheuseoftechnicalmeanstocontrolandpreventGICdifficultandeffectivetoGICwillbethemosteconomicalhightheresearchontheinthefieldonis powerForthiscriticalissue．thedifferencebetweenthegeomagneticindexforecastsanddisasterpreventionWasanalysised；thebetweentheandthe醇GICthethedataandGICdatacombinationsseriouslyGIC；thegeometricoftheCMEwasusedsimulatelargeeventsin thereasonsforthetheoriesandmethodsforecastingsunintheUnitedStateswasTheresultsshowedthat：theindexforecastsCannotmeetofthe鰣leadstheofstormwhichleadstothe班dangularimportantarethe1GuangdongNuclearPowerStationmonitoredincidentgreattriggeredinthecentrallocationtwoCMEangularwidthandspeed，whichthecorrespondingICMEhadstrongmagneticdynamicpressure，leadingtothegeomagneticthesolarwindspeedandsolaruseofstatisticalmethodsCan largegridamodelsofGICbaseonthedataandahighaccuracy；theAmeriCansunshieldbutthesemethodsaredi伍culttoestablishedthemodelchainofto GICinordertoachieveforecastofthetimeoftheoccurrenceofgridGIC，thisprojectgreatreferenceandlearningvalueforGICforecastinmiddleand10W1atitude 摘要1．1課題的提出1．2國(guó)內(nèi) 摘要1．1課題的提出1．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1．2．1國(guó)外研究現(xiàn)狀1．2．2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀CME概述2．1．2CME相關(guān)參數(shù)???????????????????????52．2地磁暴與CME的關(guān)????????????????????．62．2．1地磁暴與地磁擾動(dòng)描的關(guān)系2．3．1電網(wǎng)GIC??????????????????．92．3．2電網(wǎng)GIC與CME的關(guān)系2．3．3電網(wǎng)GIC的危害及治理???????????????????122．4本章小第3章驅(qū)動(dòng)GIC事件的CME相關(guān)參數(shù)研究3．1CME的角寬度?????????????????????????13．2CME的初始速度????????????????????????16CME的日面源3．33．4CME的加速度?????????????????????????2l3．5本章小第4章電網(wǎng)GIC事件分析4．1數(shù)據(jù)分析4．2事件過程分析CME幾何模型4．2．3CME在行星際中的偏轉(zhuǎn)??????????????????．．264．2．4CME幾何模型4．2．3CME在行星際中的偏轉(zhuǎn)??????????????????．．264．2．4電網(wǎng)GIC事第5章電網(wǎng)GIC預(yù)報(bào)理論與方法研究15．1統(tǒng)計(jì)方法預(yù)報(bào)5．1．1利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理預(yù)報(bào)5．1．2利用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)報(bào)5．2模型方法預(yù)報(bào)5．2．1太陽盾工程5．2．2預(yù)報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5．2．3預(yù)報(bào)系統(tǒng)的終端實(shí)現(xiàn)5．2．4預(yù)報(bào)實(shí)例5．3本章小結(jié)???????????????????????????．39第6章結(jié)論與展??????????????????????????．416．1結(jié)論6．2展望????????????????????????????????????．42參考文獻(xiàn)???????????????????????????????43文??????????????????????47攻讀碩士論文期間參加的科研工作致謝第11．1課題的提目前的研究表明電網(wǎng)地磁感應(yīng)電流(GIC保護(hù)誤動(dòng)、燒毀變壓器【1】【2】，引發(fā)過加拿大魁北克【31、瑞典馬爾默【4停電事故。我國(guó)廣東【5第11．1課題的提目前的研究表明電網(wǎng)地磁感應(yīng)電流(GIC保護(hù)誤動(dòng)、燒毀變壓器【1】【2】，引發(fā)過加拿大魁北克【31、瑞典馬爾默【4停電事故。我國(guó)廣東【51、江蘇【61、浙江[7】等地也發(fā)現(xiàn)了大量磁暴侵害電網(wǎng)的事件。其中，2004年11月7日和11月10日廣東嶺澳核電站變壓器中性點(diǎn)監(jiān)測(cè)的GIC峰值分別達(dá)到了47．2A和75．5A。由于電網(wǎng)規(guī)模大，在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)幾乎覆蓋地表面，采用隔離、削弱和補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)手段降低或防范電網(wǎng)GIC的危害非常困難【5】【61，投資也相當(dāng)大。此外，多新的電網(wǎng)安全問題，若能實(shí)現(xiàn)對(duì)GIC的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，將是最經(jīng)濟(jì)、最有效的防范手段?；贑ME是最劇烈的太陽活動(dòng)，是地磁暴的主要驅(qū)動(dòng)源【8】【91，磁暴電網(wǎng)GIC的事實(shí)，如果能夠利用CME的觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)GIC時(shí)間的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，我們就可以通過調(diào)控可能過載線路的負(fù)荷或制定變壓器的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，就需要首先了解CME相關(guān)參數(shù)與電網(wǎng)GIC的關(guān)系，找出哪些參數(shù)或參數(shù)組合對(duì)電網(wǎng)GIC有重要影響，哪些參數(shù)決定了電網(wǎng)GIC的大小些參數(shù)是如何影響CME對(duì)地有效性的，然后尋求利用這些參數(shù)預(yù)報(bào)GIC的法1．21．2．1度、日面源區(qū)、加速度、質(zhì)量、能量等日面參數(shù)數(shù)據(jù)。在CME國(guó)外的空間天氣學(xué)者們做過大量的統(tǒng)計(jì)分析和研究。Gopalswamy_【10兒¨J分析了年1月至2005年6月SOHO／LASCO觀測(cè)到的CME，得到平均速度為根據(jù)Gopalswamytl2】等人的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，超過2000km／s的CME比例很d',(25／8008)，到2006年底，觀測(cè)到的速度最大的CME發(fā)生在2004年1月1日，速度為3387km／s角寬度范圍為200<width<1200的CME，發(fā)現(xiàn)平均角寬度在470．61角寬度范圍為200<width<1200的CME，發(fā)現(xiàn)平均角寬度在470．610之間，根據(jù)n以及Cargil等人的理論描述，CE剛從日面出發(fā)時(shí)，需要有推動(dòng)力對(duì)其加速，此時(shí)推動(dòng)力要克服CME本身的重力和其他的阻力，而當(dāng)CME傳到遠(yuǎn)離時(shí)，其所受的合力很可能指向日面，CME運(yùn)動(dòng)的加速或減速過程就是這些力共作用的結(jié)果，Yashiro等人對(duì)SOHO／LASCO觀測(cè)的1996．2002年的CME緯度了逐年分析得到CME事件緯度分布存在南北不對(duì)稱性【l1940年GIC首次被發(fā)現(xiàn)以來，北美和北歐等高緯度地區(qū)曾發(fā)生過多次GIC侵入電網(wǎng)，為得到電網(wǎng)中真實(shí)的GIC值，許多國(guó)家研制了GIC監(jiān)測(cè)設(shè)備。1977年，芬蘭氣象研究院和芬蘭電力公司合作在400kV電網(wǎng)中安裝GIC監(jiān)測(cè)設(shè)備【14】GC的監(jiān)測(cè)【15；1992SUNBURST系統(tǒng)監(jiān)測(cè)20GC[16JGIC的計(jì)算模型也有一定研究，并取得了很多重大成果。平面波法計(jì)算GIC[1『7】【l81、復(fù)鏡像法計(jì)算感應(yīng)電兩級(jí)預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)間分別可以提前60分鐘和1．2天。1．2．2當(dāng)前，預(yù)報(bào)太陽活動(dòng)以及行星際、磁層、電離層效應(yīng)和地磁暴已經(jīng)成為了國(guó)外太陽物理、地球物理科學(xué)家的研究目標(biāo)。在我國(guó)，人們對(duì)日地系統(tǒng)各空動(dòng)的物理過程與模式也有了初步的認(rèn)識(shí)，但這些研究多針對(duì)地磁暴，沒有統(tǒng)相結(jié)合。汪毓明等人研究了1997．2000年期間的132個(gè)CME與磁暴的關(guān)果是約45％的朝向地球的全暈狀CME才可能引起Kp-2_5的磁暴，引起地磁暴的暈狀CME多數(shù)分布在太陽的西半球，少數(shù)分布在太陽的東半球【22】【23】；張軍研究1996．2005年期間CME產(chǎn)生的、大于100nT磁暴的行星際源、太陽源【24】【251。中國(guó)科學(xué)院等單位雖然對(duì)空間天氣開展了大量的研究，基金委從上世紀(jì)80年代起，支持了很多的重大、重點(diǎn)基金項(xiàng)目，推動(dòng)了空間天氣學(xué)科的形成和發(fā)展，但于太陽物理、空間物理范圍內(nèi)，沒有與電力系統(tǒng)的需求結(jié)合起來。電網(wǎng)GIC的研主要針對(duì)電流的計(jì)算、監(jiān)測(cè)和災(zāi)害防治等，對(duì)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)GIC的研究尚未開展。華電力大學(xué)自國(guó)家提出西電東送、全國(guó)聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略起，首先提出并研究磁暴對(duì)我國(guó)電的影響，完成了《地磁感應(yīng)電流對(duì)我國(guó)電網(wǎng)影響問題的研究》()和《特高壓電網(wǎng)地磁感應(yīng)電流評(píng)估模型和算法研究》)兩項(xiàng)基金項(xiàng)目，以及《磁暴對(duì)大型電網(wǎng)及變壓器影響的分析控制技術(shù)》“863計(jì)劃”專題項(xiàng)目。重要的是我國(guó)磁臺(tái)網(wǎng)中心、電離層監(jiān)測(cè)中心都已建成使用，能獲得項(xiàng)目研究相關(guān)的數(shù)據(jù)資料備了研究全國(guó)電網(wǎng)GIC備了研究全國(guó)電網(wǎng)GIC電網(wǎng)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)GIC是電網(wǎng)防災(zāi)的有效手段，本文針對(duì)這一課題，主要完成以下工之間的關(guān)系鏈，理清CME導(dǎo)致電網(wǎng)GIC產(chǎn)生的機(jī)理；解釋了地磁指數(shù)的預(yù)報(bào)不能滿足電網(wǎng)防災(zāi)需要的原因：闡述GIC對(duì)電網(wǎng)的危害及部分技術(shù)治理措施，說明了利2．利用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)CME相關(guān)參數(shù)(初始速度、角寬度、日面源區(qū)、加速度等數(shù)據(jù)和GIC數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出各參數(shù)對(duì)GIC值的影響度，說明具有何種參針對(duì)我國(guó)電網(wǎng)中監(jiān)測(cè)的幾次典型的GIC事件，以CME為源，推演各次事件發(fā)生的研究了預(yù)報(bào)GICGIC的預(yù)報(bào)；以美國(guó)太陽盾工程實(shí)現(xiàn)的GIC預(yù)報(bào)系統(tǒng)為例，說明了利用模型預(yù)報(bào)GIC的方法第2章CME、地磁暴和GIC關(guān)系研空間天氣的源頭是第2章CME、地磁暴和GIC關(guān)系研空間天氣的源頭是太陽。太陽是一個(gè)劇烈活動(dòng)的天體，與日地空間環(huán)境關(guān)系切的太陽結(jié)構(gòu)和太陽活動(dòng)有：太陽磁場(chǎng)、黑子、耀斑、冕洞、暗條、日冕物質(zhì)拋等。其中日冕物質(zhì)拋射是與空間天氣最密切的太陽事件，它是中等以上非重現(xiàn)性磁暴和太陽高能粒子事件的主要日面源【2J2．1日冕物質(zhì)拋CME概CME是太陽系內(nèi)規(guī)模最大，程度最劇烈的能量釋放過程，而大量物質(zhì)和巨能量將在太陽大氣以及行星際空間產(chǎn)生激波，引發(fā)近地空間的地磁暴、電離層暴極光等。典型的日冕物質(zhì)拋射結(jié)構(gòu)可以分成三部分【26J，包含一個(gè)低電子密度洞、嵌入在洞內(nèi)高密度的核(主體，在日冕儀的影像中呈現(xiàn)明亮的區(qū)域)和～個(gè)明亮的前沿，如圖2．1所示【27】，許多的日冕物質(zhì)拋射都欠缺其中～項(xiàng)元素，或甚至三項(xiàng)都沒有。CME具有不同的形態(tài)，如環(huán)狀、泡狀、暈狀等。CME研究的最直接影響就是日物理領(lǐng)域了，人們?cè)絹碓秸J(rèn)識(shí)到CME研究在太陽物理和類太陽恒星的重要性，前已成為太陽物理的重要前沿課題之一20世紀(jì)70年代初，OSO．7衛(wèi)星上的日冕儀首次證實(shí)太陽大氣物質(zhì)的瞬變拋射隨后Y0hkoh、Ulysses、ACE、Wind等衛(wèi)星上的一些設(shè)備取得了大量的CME觀資料。1995年2月美國(guó)宇航局和歐空局聯(lián)合發(fā)射了SOHO衛(wèi)星，其上攜帶的大視角分光日冕儀LASCO，是由三套日冕儀組成的光學(xué)系統(tǒng)，與之前衛(wèi)星的日冕儀相比，LASCO具有更大的視野，更高的信噪比和靈敏度，更寬的動(dòng)力學(xué)范圍。還搭載了遠(yuǎn)紫外成像望遠(yuǎn)鏡EIT，能夠提供更完整的觀測(cè)圖像，便于人們對(duì)4圖2．1SOHO觀測(cè)的CME典型結(jié)構(gòu)示例CME相關(guān)圖2．1SOHO觀測(cè)的CME典型結(jié)構(gòu)示例CME相關(guān)在文獻(xiàn)[28]的網(wǎng)站上，我們可以查到公布的CME的觀測(cè)數(shù)據(jù)，角寬度度、日面源區(qū)、加速度、質(zhì)量和能量等。下面介紹了其中幾個(gè)主要參數(shù)的統(tǒng)計(jì)研1．CME初始速對(duì)于運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)而言，速度是最基本的特征量。目前觀測(cè)的CME只是其在空平面的投影，所以通常所說的速度，是根據(jù)CME較快的前端，背離日心運(yùn)動(dòng)離．時(shí)間”數(shù)據(jù)曲線擬合出來的。CME的速度可以從幾十千米每秒到上千千米每秒不同的觀測(cè)儀器觀測(cè)到的速度不同，計(jì)算得到平均速度在400SOHO／LASCO觀測(cè)的數(shù)據(jù)更具有統(tǒng)計(jì)意義，因?yàn)樗粌H視場(chǎng)范圍大，而且覆蓋間長(zhǎng)。文獻(xiàn)[11]中對(duì)1996年到2002年的CME速度做了詳盡的分析，發(fā)現(xiàn)CME平均速度在太陽活動(dòng)極大年是太陽活動(dòng)極小年的一倍，統(tǒng)計(jì)還發(fā)現(xiàn)速度超過千米每秒的CME很少。文獻(xiàn)[12167對(duì)1996年到2005年的CME速度做分析，得2．CME角于兩邊緣的位置角之差。對(duì)于起源于太陽邊緣的CME，測(cè)量得到的張角接近于真實(shí)的角寬度，對(duì)于兩邊緣的位置角之差。對(duì)于起源于太陽邊緣的CME，測(cè)量得到的張角接近于真實(shí)的角寬度，對(duì)于遠(yuǎn)離太陽邊緣的CME，測(cè)量得到的張角可能高于其真實(shí)的寬度。角寬度大于1200的CME稱為暈狀CME，角寬度達(dá)到3600的CMECME。文獻(xiàn)[131對(duì)CME角寬度的統(tǒng)計(jì)做了匯總：St．Cyr統(tǒng)計(jì)分析了1996年到年SOHO觀測(cè)的CME，得到其平均角寬度為720；Yeh統(tǒng)計(jì)1996年到2003年觀測(cè)的與耀斑相關(guān)的CME，得到平均角寬度為770，他們對(duì)CME的角寬度進(jìn)行修正，發(fā)現(xiàn)修正的平均角寬度為590，可以看到投影效果對(duì)角寬度的監(jiān)測(cè)影響很大Yashiro分析得出，CME的平均角寬度在太陽活動(dòng)極小年的時(shí)最小，在太陽活動(dòng)大年的開始階段達(dá)到最大3．CME日面源日面坐標(biāo)系是為了描述太陽表面上每一點(diǎn)的位置定義了一種與地球經(jīng)緯度極在日輪上的投影方向，然后將在某～時(shí)刻觀測(cè)到的日輪上某一點(diǎn)的位換算為太陽球面坐標(biāo)(緯度，經(jīng)度)4．CME加CME的速度是“距離．時(shí)間”的線性擬合，將其二次擬合就得到了CME的加度。CME的傳播過程中會(huì)受到各種力的作用，所以運(yùn)動(dòng)過程中肯定有加速度。從日面出發(fā)時(shí)，推動(dòng)力助其加速，同時(shí)受本身重力和其他阻力的影響。CME在些綜合作用力下或加速或減速的運(yùn)動(dòng)。一些研究表明CME的速度受背景太陽風(fēng)影響，速度大于背景太陽風(fēng)，則呈減速趨勢(shì)，反之，呈加速趨勢(shì)2．2．1是全球同時(shí)發(fā)生，發(fā)生時(shí)對(duì)磁場(chǎng)水平分量的強(qiáng)度影響特別顯著，對(duì)垂直分量影暴時(shí)變化大體可分為3個(gè)階段：初相段、主相段和結(jié)束時(shí)的恢復(fù)相段。緊接磁始之后，數(shù)小時(shí)之內(nèi)，水平分量較其平靜值大，但增大的幅度不大，一般為數(shù)十特，磁照?qǐng)D相對(duì)穩(wěn)定，這段期間稱為磁暴初相。然后，水平分量很快下降到極小6下降時(shí)間約半天，其間，磁照?qǐng)D起伏劇烈，這是下降時(shí)間約半天，其間，磁照?qǐng)D起伏劇烈，這是磁暴表現(xiàn)最活躍的時(shí)期，稱為磁主相。通常所謂磁暴幅度或磁暴強(qiáng)度，即指這個(gè)極小值與平靜值之差的絕稱Dst幅度。水分量下降到極小值之后開始回升，兩三天后恢復(fù)平靜，這段期磁暴引起的地磁擾動(dòng)情況通常用地磁指數(shù)來衡量表示。地磁指數(shù)是描述每一間段內(nèi)地磁擾動(dòng)強(qiáng)度的一種分級(jí)指標(biāo)，一般比較常用的就是Dst指數(shù)和l邙指數(shù)。Dt要是測(cè)量地磁水平分量的強(qiáng)度變化。由于在磁赤道附近的磁場(chǎng)強(qiáng)度主要是受到環(huán)型Dsp指數(shù)是全球每日每個(gè)3小時(shí)內(nèi)的地磁擾動(dòng)強(qiáng)度的指數(shù)，又稱為--d,時(shí)指數(shù)或磁情指這是一種定量的分級(jí)指數(shù)，從0到9共分10級(jí)，數(shù)字越大表示地磁擾動(dòng)越強(qiáng)。按照K值，一般可以將磁暴分為3級(jí)，弱磁暴(K_5)、中等磁暴(K=6或7)、強(qiáng)磁(K=8或92．2．2地磁暴與CME地球磁場(chǎng)，簡(jiǎn)言之是偶極型的，近似于把一個(gè)磁鐵棒放到地球中心，使它的極大體上對(duì)著南極而產(chǎn)生的磁場(chǎng)形狀，如圖2．2所示。當(dāng)然，地球中心并沒有磁棒，而是通過電流在導(dǎo)電液體核中流動(dòng)的發(fā)電機(jī)效應(yīng)產(chǎn)生磁場(chǎng)圖2—2偶極型地球磁地球磁場(chǎng)不是孤立的，它受到外界擾動(dòng)的影響，比如太陽風(fēng)。太陽風(fēng)是從大氣最外層的日冕，向空間持續(xù)拋射出來的物質(zhì)粒子流，其主要成分是氫粒子粒子。太陽風(fēng)有兩種：一種持續(xù)不斷地輻射出來，速度較小，粒子含量也較少稱為“持續(xù)太陽風(fēng)”；另一種是在太陽活動(dòng)時(shí)輻射出來，速度較稱為“持續(xù)太陽風(fēng)”；另一種是在太陽活動(dòng)時(shí)輻射出來，速度較大，粒子含量也較多球磁場(chǎng)的反抗下，太陽風(fēng)繞過地球磁場(chǎng)，繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，于是形成了一個(gè)被太1000公包圍的、彗星狀的地球磁場(chǎng)區(qū)域，這就是磁層。地球磁層位于地面高處，磁層的外邊界叫磁層項(xiàng)，離地面5～7萬公里。在太陽風(fēng)的壓縮下，地球力線向背著太陽一面的空間延伸得很遠(yuǎn)，形成一條長(zhǎng)長(zhǎng)的尾巴，稱為磁尾，如圖2。3中性原子和空氣分子的電離作用，距地表60千米以上的整個(gè)地球大氣層都處于分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域，完全電離的大氣區(qū)域?qū)印Ｒ灿腥税颜麄€(gè)電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一人氣太砸必箭望太錳瓣¨點(diǎn)。。A(‘F翠媲醺輻TC-]輟逆地圖2-3有太陽風(fēng)作用的地球磁對(duì)地CME通常在1至5天內(nèi)就會(huì)從太陽抵達(dá)地球。當(dāng)太陽出現(xiàn)CME可造成中低緯地面觀測(cè)到的磁場(chǎng)強(qiáng)度的突然減弱的現(xiàn)象，而引發(fā)磁2．2．3目前在空間天氣領(lǐng)域，有很多利用CME數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)地2．2．3目前在空間天氣領(lǐng)域，有很多利用CME數(shù)據(jù)預(yù)報(bào)地磁暴指數(shù)的研究。n等從／厶,k扎—uL_／st=Q(t)一／'Jst出發(fā)，經(jīng)過一系列的近似和簡(jiǎn)化，得到一個(gè)由全暈CME“膨脹速度V分’來預(yù)報(bào)行星際磁云產(chǎn)生地磁暴Dst指數(shù)峰值的公式【291。andLundstedta1．利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了Dst指數(shù)預(yù)報(bào)模型，線性相關(guān)系統(tǒng)達(dá)O．88【31】。文獻(xiàn)[32]選取了1997．1．02．9期間的80個(gè)CMEICME事件，結(jié)合太陽光球磁場(chǎng)的觀測(cè)和CME爆發(fā)源的位置，建立了一種用于研究CME傳播及其地磁響應(yīng)的坐標(biāo)系．電流片磁坐標(biāo)系CMC。在此基礎(chǔ)上研究了CME爆發(fā)位置以及爆發(fā)時(shí)刻的日球電流片位形對(duì)CME引起的地磁擾動(dòng)強(qiáng)度(以Dst指數(shù)為例)和CME渡越7IPS認(rèn)證的行星際激波引起的地磁擾動(dòng)強(qiáng)弱程度的貼近度法。初步研究結(jié)果表報(bào)準(zhǔn)確率為100％，大磁擾事件預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為90．20％，此方法平均準(zhǔn)確率達(dá)到84％2．3．1電網(wǎng)GIC與地磁暴的關(guān)當(dāng)空間天氣事件爆發(fā)時(shí)，在磁層和電離層的電流會(huì)產(chǎn)生很大的變化，導(dǎo)致地磁場(chǎng)產(chǎn)生很大的變化，引發(fā)地磁暴。根據(jù)電磁感應(yīng)定律可知：時(shí)變的磁場(chǎng)會(huì)在大中感應(yīng)出電場(chǎng)，并因大地的電導(dǎo)形成地電流，而當(dāng)?shù)孛嫔洗嬖诹己玫娜斯ぞW(wǎng)絡(luò)時(shí)會(huì)在其中產(chǎn)生GIC，經(jīng)過多年的統(tǒng)計(jì)分析研究發(fā)現(xiàn)，電網(wǎng)GIC具有以下特征【電網(wǎng)中GIC是在中性點(diǎn)接地的變壓器、輸電線路和大地所構(gòu)成的回路中流通，通過頻率分析發(fā)現(xiàn)GIC具有準(zhǔn)直流特征，瞬時(shí)值達(dá)到一定強(qiáng)度的時(shí)候要比直流輸電影響大；GIC強(qiáng)弱和持續(xù)時(shí)間與太陽活動(dòng)周期的關(guān)系密切，極大年強(qiáng)得多，極小年3．大多數(shù)磁暴中產(chǎn)生的GIC與Dst相關(guān)系數(shù)很小，而與地磁變量中水平分量94．中低緯地區(qū)GIC較高緯度地區(qū)相比，電流值起伏較小，但4．中低緯地區(qū)GIC較高緯度地區(qū)相比，電流值起伏較小，但持續(xù)時(shí)間相對(duì)長(zhǎng)。這是由于中低緯地區(qū)磁場(chǎng)受環(huán)電流影響大，而高緯度地區(qū)GIC主要受流產(chǎn)生，所以低緯度地區(qū)監(jiān)測(cè)的GIC5．電網(wǎng)中的GIC受大地電導(dǎo)率和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式的影響。尤其是在低地區(qū)，磁擾強(qiáng)度較高緯度地區(qū)低，這兩方面的因素對(duì)GIC6．C是準(zhǔn)直流電流，與直流輸電接地極產(chǎn)生的偏磁電流對(duì)交流電網(wǎng)產(chǎn)生的危風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)報(bào)即可應(yīng)用于GIC的預(yù)報(bào)，但是經(jīng)我們進(jìn)一步研究證明，地磁指數(shù)的預(yù)報(bào)能滿足電網(wǎng)防災(zāi)的需要，理由如下1．文獻(xiàn)【33]給出了利用地磁數(shù)據(jù)計(jì)算感應(yīng)地電場(chǎng)的具體算法，如圖2．4實(shí)際計(jì)算中地磁數(shù)據(jù)采用的是秒數(shù)據(jù)，地磁臺(tái)提供磁場(chǎng)水平分量(H)和磁偏角(D)，利用公式曰，．=HcosD，B、，=HsinD計(jì)算得到磁場(chǎng)水平分量，然后按流程圖計(jì)算得到感應(yīng)地電場(chǎng)，進(jìn)而可以算出電網(wǎng)GIC值。由此可見，而已知Dst指數(shù)的感應(yīng)地電場(chǎng)，從而也不能計(jì)算2．分析事件中電網(wǎng)GIC的峰值與Dst極小值數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)二者具有很好的相關(guān)性但是利用相關(guān)性并不能實(shí)現(xiàn)對(duì)GIC3．對(duì)比發(fā)現(xiàn)Dst指數(shù)的峰值出現(xiàn)時(shí)間與GICDst是小時(shí)平均值，GIC是10s間隔的數(shù)據(jù)，所以利用Dst無法預(yù)報(bào)GIC發(fā)生時(shí)間比如開始和結(jié)束時(shí)間，以及最大值的持續(xù)時(shí)間4．電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的GIC導(dǎo)率和電網(wǎng)運(yùn)行方式以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響。Dst指數(shù)是利用全球五個(gè)地磁臺(tái)站差異是非常大的。同一次磁暴事件中，全球各國(guó)電網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)流過的GIC是不同的，并且很可能差異很大，所以無法根據(jù)Dst的大小判斷電網(wǎng)中某點(diǎn)可能出現(xiàn)的GC通過分析我們可以知道，現(xiàn)有的Dst指數(shù)的預(yù)報(bào)并不能滿足電網(wǎng)防災(zāi)的要求如何利用空間天氣的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)GIC的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)是個(gè)亟待研究的課題圖2_4利用磁暴數(shù)據(jù)計(jì)算圖2_4利用磁暴數(shù)據(jù)計(jì)算2．3．2電網(wǎng)GIC與CMECME爆發(fā)時(shí)向外噴射出大量物質(zhì)，形成強(qiáng)烈的太陽風(fēng)。太陽風(fēng)是攜帶量的等離子體，伴隨著背景太陽風(fēng)在行星際中傳播，從而太陽的磁場(chǎng)也被星際中。太陽風(fēng)和地球磁層相互作用，太陽風(fēng)攜帶的能量注入磁層，對(duì)磁流體系產(chǎn)生影響，磁層電流在極區(qū)通過場(chǎng)向電流流入電離層，使電離層環(huán)增強(qiáng)。因?yàn)榄h(huán)電流的變化產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向與地球磁場(chǎng)方向相反，所以環(huán)電使地磁場(chǎng)水平分量減小，導(dǎo)致地磁場(chǎng)的劇烈擾動(dòng)。變化的地磁場(chǎng)在地球表面感應(yīng)電場(chǎng)，地電場(chǎng)在接地的導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)產(chǎn)生GIC，示意圖見圖2．5太陽活動(dòng)爆發(fā)上CME在行星際上與地球磁層相互作太陽活動(dòng)爆發(fā)上CME在行星際上與地球磁層相互作上上地球磁場(chǎng)變上上電網(wǎng)圖2—5CME引發(fā)電網(wǎng)GIC過程框2．3．3電網(wǎng)GIC文獻(xiàn)[34】中詳細(xì)介紹了GIC以有效地降低GIC水平，這也是應(yīng)對(duì)磁暴災(zāi)害的主要技術(shù)措施，例如：變壓器中性點(diǎn)串接電阻、變壓器內(nèi)部改裝、中性點(diǎn)串聯(lián)電容器、輸電線串聯(lián)電容器以及反向電流補(bǔ)償?shù)萷變壓器中性點(diǎn)的直流電流。但是這種方法的缺點(diǎn)在于只能改善電網(wǎng)中個(gè)別點(diǎn)的點(diǎn)直流電流增大，給電網(wǎng)帶來新的影響。反向電流補(bǔ)償裝置可以針對(duì)不同的中GIC值，動(dòng)態(tài)地選擇反向注入的電流值，使用靈活，效果明顯。其缺1989年魁北克電網(wǎng)大停電事故，損失負(fù)荷2000萬千瓦，僅直接售電損失為數(shù)千萬美元，間接損失和社會(huì)影響無法估計(jì)?？笨耸鹿屎螅笨怂娋滞度氲姆乐魏透脑熨M(fèi)用高達(dá)8．34億加元?？笨耸鹿孰娋W(wǎng)的容量不到2000萬kW，僅僅是我國(guó)2008年底電網(wǎng)裝機(jī)容量的40分之一，采用魁北克水電局的方法治理需要數(shù)億加元的投資。而未來，我國(guó)的特高壓電網(wǎng)，由于輸電線路導(dǎo)線單位電阻小(最大現(xiàn)在500kV電網(wǎng)的1／2)，電網(wǎng)的GIC無現(xiàn)在500kV電網(wǎng)的1／2)，電網(wǎng)的GIC無疑更大，技術(shù)手段治理的投資難以承受減輕GIC對(duì)電網(wǎng)的影響，最有效直接的手段就是實(shí)現(xiàn)對(duì)GIC的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)前幾天或數(shù)小時(shí)的預(yù)報(bào)，能夠給電網(wǎng)的運(yùn)行人員預(yù)留一定時(shí)間，提前采取措施以最大程度的降低磁暴可能帶來的災(zāi)害2．4本章首先介紹了CME相關(guān)知識(shí)，而后分析了地磁暴與CME，電網(wǎng)GIC與E等離子體進(jìn)入地球磁層，使磁層電流劇烈變化，導(dǎo)致地球磁場(chǎng)水平分量減少，引發(fā)磁暴。地磁場(chǎng)的變化會(huì)在地球表面感生出電場(chǎng)，從而會(huì)在中性點(diǎn)接地的變壓器和大地之間的回路中產(chǎn)生地磁指數(shù)的預(yù)報(bào)并不能滿足電網(wǎng)防災(zāi)的需要。因?yàn)橐阎狣st并不能得到的起始和結(jié)束時(shí)間，也不能準(zhǔn)確算出GIC的幅值和峰值技術(shù)手段治理的投資難以承受，最有效直接的手段就是實(shí)現(xiàn)對(duì)GIC預(yù)報(bào)第3章驅(qū)動(dòng)GIC事件的CME相關(guān)參想要實(shí)現(xiàn)預(yù)第3章驅(qū)動(dòng)GIC事件的CME相關(guān)參想要實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)，需要首先了解CME相關(guān)參數(shù)與電網(wǎng)GIC的關(guān)系，找出哪些CME數(shù)或參數(shù)組合對(duì)電網(wǎng)GIC有重要影響，找出具有預(yù)報(bào)意義的CME由于電網(wǎng)中監(jiān)測(cè)的GIC數(shù)據(jù)很少，所以本文用芬蘭輸油管道中監(jiān)測(cè)的GIC據(jù)做統(tǒng)計(jì)分析。因?yàn)榇疟┚哂腥蛐?，雖然全球各地的大地電導(dǎo)率和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同但因?yàn)榇颂幬覀冎蛔龆ㄐ苑治?，所以分析是可行的。我們從FMI(芬蘭氣象研究所)公布的數(shù)據(jù)資料中搜集了99～25年共5次C事件的數(shù)據(jù)，并以每次事件中GIC的峰值作為基本數(shù)據(jù)。在文獻(xiàn)[361d?給出了這35次事件對(duì)應(yīng)的磁暴源和CME計(jì)算所有CME的質(zhì)量和能量，所以本文只針對(duì)角寬度、初始速度、日面速度四個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)列于表3．1表GIC和CME數(shù)據(jù)列續(xù)表3．1GIC和CME數(shù)據(jù)S80uCMEGIC／lO月25日-10月24 11月0411月03日2001l31。11月22日11月22日-04月1504月17日05月08日05月2205月22—08月16日-09月05日05月28日05月27日05月2710月29口—11月18門-01月2011月04日續(xù)表3．1GIC和CME數(shù)據(jù)S80uCMEGIC／lO月25日-10月24 11月0411月03日2001l31。11月22日11月22日-04月1504月17日05月08日05月2205月22—08月16日-09月05日05月28日05月27日05月2710月29口—11月18門-01月2011月04日11月042004ll11月0711月0601月15日20050101月15日01月2008月22注：“妒’表示數(shù)據(jù)缺失，部分GIC事件是由多個(gè)CME共同引發(fā)的文獻(xiàn)[37]對(duì)大量電網(wǎng)和輸油氣管線GIC數(shù)據(jù)的研究表明，對(duì)地暈狀CME產(chǎn)從表3—1中的角寬度數(shù)據(jù)可知，所有51次CME事件中，有6次為暈狀事件與全暈狀CME是百分百相關(guān)的。以上分析表明，全暈狀CME與GIC是緊事件與全暈狀CME是百分百相關(guān)的。以上分析表明，全暈狀CME與GIC是緊密相關(guān)的，但我們也看到這些CME所驅(qū)動(dòng)的GIC大小差異很大，最大57．05A，最小值為3．58A，并且有研究表明只有一部分對(duì)地暈狀CME[391，這說明角寬度不能決定GIC的大小，需結(jié)合其他參數(shù)進(jìn)行分析按照對(duì)稱性全暈狀CME一般分三類，完全對(duì)稱型(S)、亮度不對(duì)稱型(BA)、外形不對(duì)稱型(OA)。本文中有45個(gè)全暈狀CME，其中S型有8個(gè)，BA型有22個(gè)OA型有10個(gè)，還有5個(gè)沒有查到相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果列在表3．2中。最強(qiáng)GIC事件的電流為57．05A，是由S型CME驅(qū)動(dòng)的。相對(duì)而言，由OA型驅(qū)動(dòng)的GIC事件事件強(qiáng)度則分別在5到50安培和5到60安培之間。只由S型CME引發(fā)的GIC小的平均值為18．27A，只由BA型CME引發(fā)的GIC大小的平均值為只由OA型CME引發(fā)的GIC大小的平均值為11．23A。我們看到BA型CME數(shù)目多，并且引發(fā)的GIC強(qiáng)度也都很大，所以亮度不對(duì)稱型全暈狀CME表3．2三類全暈狀CME引發(fā)的GIC事件顯然角寬度越大的CME越容易到達(dá)地球，因?yàn)榧幢闫湓趥鞑ミ^程中受到行引發(fā)GIC事故。應(yīng)該指出的是，SOHO衛(wèi)星觀測(cè)到的CME角寬度是指CME在冕儀上的投影寬度，通常大于實(shí)際的張角寬度。利用幾何模型模擬CME的傳播態(tài)能夠得到更真實(shí)的角寬度數(shù)據(jù)，這更有利于分析結(jié)果的準(zhǔn)確文獻(xiàn)【36】選擇了1996～2002年問64個(gè)具有強(qiáng)烈地磁響應(yīng)的CME事件，發(fā)現(xiàn)指數(shù)與CME初始速度的相關(guān)系數(shù)高達(dá)O．66。文獻(xiàn)【40】指出投影速度大于的CME在行星際中均可能驅(qū)動(dòng)激波。CME的速度影響驅(qū)動(dòng)激波的能力磁暴的行星際源之一【411。我們計(jì)算得到速度在1000km／s以上的CME引發(fā)的的平均值為23．78A，1000km／s以下的CME引發(fā)的GIC的平均值為10A。可見度在1000km／s以上的CME對(duì)地球影響更Dst<．200nT的磁暴產(chǎn)生的GIC大，且對(duì)應(yīng)的CME的初始速度都在1055km／s以上參考文獻(xiàn)[421qb的磁暴事件分級(jí)，我們分參考文獻(xiàn)[421qb的磁暴事件分級(jí)，我們分別計(jì)算全部磁暴事件、特大磁暴事GIC值與CME初始速度(Dst<．150nT)矛l大磁暴事件關(guān)性，并將結(jié)果進(jìn)行比較分析。對(duì)于由多個(gè)CME共同作用的GIC，度進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果列于表3．3，事件分布的散點(diǎn)圖如圖3．1、3．2、3．33．3二者之間的相關(guān)系數(shù)為0．650，相關(guān)性提高很大；大磁暴事件中二者的相關(guān)系數(shù)‘常低，只有0．232。從圖3．3可以看到，這主要是因?yàn)橛袔状问录蠧ME初始速非常大，但卻引發(fā)了很小的GIC，還有幾次事件中初始速度很小的CME了較大的GIC上述分析表明，CME的初始速度是影響GIC大小的重要參數(shù)，這是因?yàn)榭焖貱ME驅(qū)動(dòng)強(qiáng)烈的行星際擾動(dòng)，強(qiáng)南向行星際磁場(chǎng)作用在地球上，使地磁場(chǎng)水平變化量陡增，因?yàn)殡娋W(wǎng)GIC的突變與地磁場(chǎng)水平變化率密切相關(guān)"J，C。但并不是CME初始速度越快，Dst指數(shù)越小，GIC值越大，這與CME過程中與背景磁場(chǎng)【43】或背景太陽風(fēng)相互作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)和速度變化有關(guān)L44表CME初始速度與GIC相關(guān)性統(tǒng)計(jì)結(jié)圖3．1全部磁暴事件中CME初始速度與GIC圖3．2特大磁暴事圖3．2特大磁暴事件中CME初始速度與GIC關(guān)系散點(diǎn)圖3-3大磁暴事件中CME初始速度與GIC關(guān)系散點(diǎn)CME的日面源文獻(xiàn)[391m多個(gè)暈狀CME事件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果表明，產(chǎn)生地磁擾動(dòng)的多發(fā)生在日面東經(jīng)400到西經(jīng)40。之間區(qū)域。Zhang等人㈣和Wang等人【46磁效應(yīng)的暈狀CME在日面經(jīng)度分布上具有東西不對(duì)稱性，而發(fā)生在西邊的CME發(fā)生在東邊的CME更容易對(duì)地球空間造成影響。文獻(xiàn)[471分析了69個(gè)到正面暈狀CME的日面分布，得正面暈狀CME的日面分布，得出其源區(qū)分布偏離日面往西，也得出西面的CME容易到達(dá)地球的結(jié)論。這些研究工作表明，暈狀CME在日面源區(qū)位置是決定其圖3．4給出了各次CME900，00]、[00，900示東、西經(jīng)，縱坐標(biāo)[．900，00]、[00900]分別表示南、北緯。如圖所示，這些E分布在日面緯度的N20到$50，日面經(jīng)度的20到W6077．2％的事件分布在日面經(jīng)度的E400到W40之間，說明源于日面中心附近的CME更易對(duì)地有效。我們做了大磁暴事件和特大暴事件的源區(qū)分布圖，見圖3．5和圖3-6，可以看見分類以后，事件源圖3_4全部事件CME日面源區(qū)分派生源經(jīng)◆◆◆裴'派生源緯◆卜◆乞派生源經(jīng)◆◆◆裴'派生源緯◆卜◆乞圖3．5特大磁暴事件CMEEl面源派生源經(jīng)◆◆◆夕◆◆建◆◆p◆◆◆經(jīng)圖3．5大磁暴事件CME日面源區(qū)分對(duì)這種CME日面分布的不對(duì)稱性，圖3-6給出了一種描述CME在行星旋磁力線影響發(fā)生偏轉(zhuǎn)的可能傳播圖像【47】。當(dāng)CME的傳輸速度小于背景太陽風(fēng)時(shí)CME在背景太陽風(fēng)的推動(dòng)作用下，受到一個(gè)具有西向分量的力而向西邊偏轉(zhuǎn)，CME的速度快于背景太陽風(fēng)時(shí)，背景太陽風(fēng)將CME的速度快于背景太陽風(fēng)時(shí)，背景太陽風(fēng)將阻礙其前進(jìn)，使CME受到一個(gè)具東向分量的力而向東偏轉(zhuǎn)。所以，地球空間觀測(cè)到的快速行星際日冕物質(zhì)拋(ICME)起源于日面的西邊圖3- ft行艱際傳播中受力1i意根據(jù)上面對(duì)CME速度的統(tǒng)計(jì)，驅(qū)動(dòng)表3．1電網(wǎng)GIC事件的CME均屬快速CME，且整體分布偏向日面的西側(cè)。另外，源于日面中心區(qū)的CME，由于其爆發(fā)位置正對(duì)地球，同時(shí)具有較快的初始速度，可產(chǎn)生了強(qiáng)烈的地球效應(yīng)，在電網(wǎng)驅(qū)動(dòng)了較大GIC。即便是表3．1中速度只有586km／s的CME，由于爆發(fā)于同面的中心區(qū)，也在地球上引發(fā)了一次屬于大磁暴的緩始磁暴。可見，爆發(fā)同面中心區(qū)的高速E驅(qū)動(dòng)的GIC較大在驅(qū)動(dòng)本文GIC事件的CME中，有28個(gè)減速CME和23個(gè)加速CME，共同作用引發(fā)同一次GIC事件的多個(gè)CME中，既有加速的CME，也有減速的CME分析可知加速CME和減速CME都可能驅(qū)動(dòng)較大的GIC，加速度與GIC的大小無明顯的相關(guān)性。所以，在研究CME加速度對(duì)GIC大小的貢獻(xiàn)時(shí)還需結(jié)合的其它參數(shù)，尤其是對(duì)CME初始速度和加速度做綜合分析與討論文獻(xiàn)[48，4]指出，CME的加速度依賴其速度與背景太陽風(fēng)速度的相對(duì)大小。當(dāng)CME的速度小于背景太陽風(fēng)速度時(shí)，則呈現(xiàn)加速趨勢(shì)，反之，呈減速趨勢(shì)。這種解釋基于比較CME的傳輸速度與背景太陽風(fēng)速度的相對(duì)大小。同樣，也可猜想CME的加速度與其在行星際中的偏轉(zhuǎn)有關(guān)，如果二者有聯(lián)系，那么就可以利用CME加速度輔助分析CME的對(duì)GIC的有效性。文獻(xiàn)[27]選取了141個(gè)CME，其中個(gè)加速事件，69個(gè)減速事件。在72個(gè)加速事件中，61．11％為快速CME(fl口CME速度大于背景太陽風(fēng)的速度)，38．89％為慢速CME(臣I]CME速度大于背景太陽風(fēng)的速度)，38．89％為慢速CME(臣I]CME的速度小于背景太陽的速度)。在69個(gè)減速事件中，11．59％為慢速CME，88．41％為快速CME，所有事中快速CME事件占比重比較大，為74．47％。分析可知，對(duì)快速的加速CME，能用其速度與背景太陽風(fēng)速度的相對(duì)大小解釋其加速特征，但對(duì)快速的減速則能用其速度大于背景太陽風(fēng)的速度解釋它的減速特征，因此可初步判斷加速度行星際的偏轉(zhuǎn)特性3．5本章通過對(duì)監(jiān)測(cè)的GIC數(shù)據(jù)與CME日面參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、對(duì)比分析，得以下結(jié)論2．CME的初始速度是對(duì)GIC有影響的重要參數(shù)；相比于大磁暴而言，特大暴事件的GIC擾動(dòng)水平與CME初始速度具有更好的相關(guān)性爆發(fā)于日面中心區(qū)域或偏西部的CME更易引發(fā)較大的對(duì)地CME的角寬度、初始速度、日面位置與GIC密切相關(guān)，是決定其是GIC的原因。第4章電網(wǎng)GIC通過對(duì)數(shù)據(jù)的定性分析，我們知第4章電網(wǎng)GIC通過對(duì)數(shù)據(jù)的定性分析，我們知道CME的角寬度、初始速度、日面源區(qū)是GIC值有影響的重要參數(shù)，那么這些參數(shù)如何影響CME的對(duì)地效應(yīng)，這些CME如何在電網(wǎng)中產(chǎn)生較大GIC的?為解答這些問題，我們以我國(guó)廣東嶺澳核電站監(jiān)研究所用的數(shù)據(jù)匯總結(jié)果列于表4．1。表中的電網(wǎng)GIC數(shù)據(jù)為2004．2005年間廣東嶺澳核電站500kV變壓器中性點(diǎn)的GIC監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，CME數(shù)據(jù)SOHO的觀表4．12004年11月至2005年8月期間電網(wǎng)GIC及其CME源參從表4．1中的角寬度數(shù)據(jù)可知，所列的GIC事件均有全暈狀CME參與驅(qū)Dst<．200nT的磁暴產(chǎn)生的GIC大，且對(duì)應(yīng)的ME的初始速度都在105km／s以上。計(jì)算GIC與CME初始速度的相關(guān)系數(shù)為0．371，相關(guān)性不高。這主要受2005年8月24日GIC事件的影響，這次事件對(duì)應(yīng)的CME的速度很大，最大達(dá)到了2378km／s，但是GIC數(shù)值卻只有1．A。這是一次特殊事件，可能受日面位置和其他因素的影響比較大。如果不計(jì)這次事件，相關(guān)系數(shù)為0．9，相關(guān)度非常高。CME的日面位均分布在日面緯度的N200到S200，日面經(jīng)度的E300到w700之間。其中有5次起源N200到$200，E200到W200之間，即在日面的中心區(qū)域。S09E28的位置?？拷行膮^(qū)，其余三次事件起源日面西部靠近邊緣位置。顯然日面經(jīng)度東西不對(duì)稱性，整體分布偏日面西側(cè)，最大的三次GIC事件對(duì)應(yīng)的CME均爆發(fā)日面中心區(qū)。分析結(jié)果表明，電網(wǎng)GIC的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果與上一章芬蘭的GIC數(shù)結(jié)果是一致的，進(jìn)一步說明了上一章分析結(jié)果的正確性和可用性CME幾何模在對(duì)于一些邊緣爆發(fā)的CME的研究中，許多CME在日冕儀中的觀測(cè)都表現(xiàn)出CME幾何模在對(duì)于一些邊緣爆發(fā)的CME的研究中，許多CME在日冕儀中的觀測(cè)都表現(xiàn)出錐型輪廓，并且在觀測(cè)視野中可以保持這一形狀而沿徑向傳播，這些觀測(cè)事實(shí)表明CME的角寬度在傳播中可能是定常的【50】。文獻(xiàn)[5l】中詳細(xì)介紹了用冰激凌錐模型作為CME的幾何模型，基于SOHO衛(wèi)星的觀測(cè)資料建立CME的幾何模型，并利1．CME的幾何結(jié)構(gòu)是由錐和球冠相交構(gòu)2．CME在行星際中是徑向傳播3．CME傳播過程中角寬度和速度均不冰激凌錐幾何模型如圖4．1所示。首先，引入日心坐標(biāo)系(毛，耽，乙)，其CME(t，．y，，z，)，滿足乙與錐體的軸線重合，指向CME傳播的方向圖4-1冰激凌錐幾兩坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換可用下列方程描述毛t乩cos#osinOofcos矽ocos#o—l0sin#ocosoo(4-毛t乩cos#osinOofcos矽ocos#o—l0sin#ocosoo(4-l-／錐面上任一母線在天空平面上的投影角萬可由下式表示s逾占：!o—面麗j(4-Cos‘‰sm其中，口為錐體角寬度，A=eos≯,sin諺osinoo+sinvcosoo，沙為錐面母線投到天空平面的方位角CME在天空平面的投影速度’，。與CME拋射速度v的幾何關(guān)系可用示，如式4-4，其中C=sinOocos#oAcos竺±．A2+C2-COS2 彳2(4-CME模型CME徑向拋射速度1，首先，通過SOHO／EIT的觀測(cè)來限定CME的爆發(fā)區(qū)域；其次，利用／LASCO觀測(cè)來測(cè)量CME在天空平面投影前沿的時(shí)間一高度曲線，進(jìn)而確定在天空平面各個(gè)方位角上的投影速度(如圖4．2所示)，利用最小二乘法擬合公式(4．4)得到最優(yōu)拋射速度值和CME角寬度圖CME在大空平面各個(gè)方位角上的投影前4．2．3CME在行CME在行星際中傳播，會(huì)受到背景太陽風(fēng)和行星際磁場(chǎng)作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)4．2．3CME在行CME在行星際中傳播，會(huì)受到背景太陽風(fēng)和行星際磁場(chǎng)作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度可以用下面公式計(jì)算得到【5l】△①：(!．三其中，r由下式給出扣廂+口lIl”廂)Kh口(4-式中，a=V／Q，ao=‰／Q。礦是CME的速度，K。是背景太陽風(fēng)的速度4．2．4電網(wǎng)GIC本文中六次電網(wǎng)GIC事件中，最大值發(fā)生在2004年11月10R，GIC值為最小值發(fā)生在2005年5月30日，GIC值為，5．6A；2005年08月30的CME初始度非常大，但是引發(fā)的GIC值并不很大。本文將針對(duì)這三次典型的事件，推演其生過程并做詳盡分析。這三次GIC事件有5個(gè)CME源，列于表4．2其按1．5表4．2三個(gè)GIC事件的CME源參數(shù)數(shù)下面將對(duì)這幾次事件的發(fā)生過程進(jìn)行詳細(xì)分析4．7表4．31號(hào)CME天空平面各個(gè)方位角上的投方位角投影速方位角投影速方位角(。投影速度表4_42號(hào)CME天空平面各個(gè)方位角上的投影速方位角投影速度方位角投影速度1l方位角投影速表4—3號(hào)CME天空方位角(。投影速度方位角投影速度itl洲表4．31號(hào)CME天空平面各個(gè)方位角上的投方位角投影速方位角投影速方位角(。投影速度表4_42號(hào)CME天空平面各個(gè)方位角上的投影速方位角投影速度方位角投影速度1l方位角投影速表4—3號(hào)CME天空方位角(。投影速度方位角投影速度itl洲55方位角投影速度表4-4號(hào)CME天空方位角投影速方位角投影速方位角3投影速表5號(hào)CME天空平面各個(gè)方位角上的投影速方位角投影速度方位角投影速表5號(hào)CME天空平面各個(gè)方位角上的投影速方位角投影速度方位角投影速3投影速利用最小二乘法擬合，結(jié)合冰激凌錐模型計(jì)算公式得到5次CME和角寬度，利用公式4．5、4．6計(jì)算得到各次CME在傳播過程中的偏轉(zhuǎn)角度結(jié)果列于表4．8，5次CME的源區(qū)位置采用文獻(xiàn)[28】提供的數(shù)據(jù)源于日面中心區(qū)域，而4號(hào)和5號(hào)CME圓代表地球，虛線表示假設(shè)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)CME的傳播情況，實(shí)線表示發(fā)生偏轉(zhuǎn)后CME的傳播情況。圖中可見未發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況下，1、2、3號(hào)CME日面中心正對(duì)地球，并且有較大的角寬度，均能到達(dá)地球，而4和5號(hào)由于其角寬度偏小，并且爆發(fā)位置靠近太陽邊緣，所以不能到達(dá)地球。但考慮偏轉(zhuǎn)以后，l、2、3號(hào)CME由于均具有較大的角寬度，雖然發(fā)生了一定的偏轉(zhuǎn)，但仍正對(duì)地球傳播而4和5號(hào)CME由于發(fā)生了很大角度的偏轉(zhuǎn)，擦過了地球。圖4．2表明5個(gè)冕物質(zhì)拋射(ICME)是CME在行星際空間的結(jié)構(gòu)。向地的CME，在1AU位置上的ACE和Wind衛(wèi)星可以觀測(cè)到ICME的結(jié)構(gòu)。我們?cè)贏CE的觀測(cè)數(shù)據(jù)中找到這5次CME對(duì)應(yīng)的行星際參數(shù)數(shù)據(jù)，列于表4．9表4．8處理后的CME參數(shù)及CME的偏《圖4．2考慮偏轉(zhuǎn)和不考《圖4．2考慮偏轉(zhuǎn)和不考慮偏轉(zhuǎn)時(shí)CME的傳表4-95個(gè)CME對(duì)應(yīng)的行星際源參表4-9中顯示了幾次事件的行星際參數(shù)，包括行星際磁場(chǎng)南向分量Bz值，太陽風(fēng)總磁場(chǎng)B的最大值，太陽風(fēng)速度的最大值，行星際晨昏向電場(chǎng)Ey的大值，太陽風(fēng)動(dòng)壓Pk的最大值以及能量耦合函數(shù)s=vB2名2sin4(0／2)。眾多研究普認(rèn)為，行星際強(qiáng)烈的南向磁場(chǎng)與地球磁層磁場(chǎng)重聯(lián)是引發(fā)磁暴的主要原因【52J，行際磁場(chǎng)的Bx和By分量相對(duì)于Bz的大小也對(duì)磁暴強(qiáng)度有影響。文獻(xiàn)【53】指風(fēng)速度在行星際磁場(chǎng)南向旋轉(zhuǎn)后及具有南向分量期間，調(diào)制亞暴磁暴的強(qiáng)度、及脈動(dòng)性質(zhì)，從而決定地磁指數(shù)的時(shí)變相應(yīng)，是形成磁層亞暴和磁層暴的充分條太陽風(fēng)動(dòng)壓是一個(gè)耦合函數(shù)最=pv2，P是太陽風(fēng)密度，v是太陽風(fēng)速度。數(shù)。文獻(xiàn)[541指出太陽風(fēng)動(dòng)壓的增加會(huì)增強(qiáng)能量向環(huán)電流的輸入；文獻(xiàn)[55析了1998年10月18．19日大磁暴主項(xiàng)的行星際源，分析結(jié)果表數(shù)。文獻(xiàn)[541指出太陽風(fēng)動(dòng)壓的增加會(huì)增強(qiáng)能量向環(huán)電流的輸入；文獻(xiàn)[55析了1998年10月18．19日大磁暴主項(xiàng)的行星際源，分析結(jié)果表明，太陽風(fēng)動(dòng)壓低的南向事件不會(huì)產(chǎn)生大磁暴，當(dāng)行星際磁場(chǎng)有南向分量時(shí)，太陽風(fēng)動(dòng)壓成為磁暴主相發(fā)展的一個(gè)非常主要的參量。文獻(xiàn)[56】中分析得出能量耦合函數(shù)與磁暴數(shù)密從表4．9中我們發(fā)現(xiàn)5次CME之后，均在ACE衛(wèi)星觀測(cè)到了很高的行星際數(shù)。其中l(wèi)、2號(hào)CME的太陽風(fēng)速度和太陽風(fēng)動(dòng)壓最高。其他參數(shù)都是4、5號(hào)高。3號(hào)對(duì)應(yīng)的幾個(gè)參數(shù)都是最低的。這是因?yàn)?、2、4、5號(hào)CME都具有很高速度和角寬度，使其到達(dá)地球附近并產(chǎn)生了強(qiáng)烈的太陽風(fēng)。而3號(hào)CME速度所產(chǎn)生的太陽風(fēng)參數(shù)也相應(yīng)很低表4．10列出了5次CME事件對(duì)應(yīng)的磁暴指數(shù)和GIC值。表中可見l、2并沒有引發(fā)1、2號(hào)CME事件中那么大的GIC，但因?yàn)槠浜芸斓乃俣?，?duì)應(yīng)際參數(shù)也很大，所以引發(fā)的GIC表 5次CME引發(fā)的磁暴和GIC數(shù)4．3本章小本章詳細(xì)分析了幾次典型電網(wǎng)GIC事件發(fā)生的過程，得到事件中較大GIC生的原因，數(shù)據(jù)是同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)(嶺澳核電站)的數(shù)據(jù)，沒有考慮大地電性構(gòu)造構(gòu)成條件等因素對(duì)電網(wǎng)GICSOHO／LASCO提供的CME的日面參數(shù)值為CME在天空平面上的投影效果計(jì)值，由于距離遠(yuǎn)，實(shí)際值與估計(jì)值的誤差和可信度，對(duì)本文電網(wǎng)GIC事件以及本文對(duì)電網(wǎng)GIC事件的發(fā)生過程做了定性分析，解釋了三次事件發(fā)生的原因但與量化預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)GIC事件及大小還有很大的差距第5章電網(wǎng)GIC預(yù)報(bào)理論與方法5．1．1利用神經(jīng)第5章電網(wǎng)GIC預(yù)報(bào)理論與方法5．1．1利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理預(yù)報(bào)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常是通過一個(gè)基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)類型的學(xué)習(xí)方法得以優(yōu)化，所以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也是數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的一種實(shí)際應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近來越來越受到人們的關(guān)注，因?yàn)樗鼮榻鉀Q大復(fù)雜度問題提供了一種相對(duì)來說比較有效的簡(jiǎn)單方法，可以很容易的解決具有上百個(gè)參數(shù)的問題。在結(jié)構(gòu)上，可以把一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劃分為入層、輸出層和隱含層。輸入層的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)個(gè)的預(yù)測(cè)變量。輸出對(duì)應(yīng)目標(biāo)變量，可有多個(gè)。在輸入層和輸出層之間是隱含層，隱含層的層節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)決定了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度目前人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在如下一些主要的領(lǐng)域12．控制和優(yōu)化工過程控制、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制、家電控制、半導(dǎo)體生產(chǎn)中摻雜控制、石油煉優(yōu)化控制和超大規(guī)模集成電路布線設(shè)計(jì)等3．預(yù)報(bào)和智能信息管股票市場(chǎng)預(yù)測(cè)、地震預(yù)報(bào)、有價(jià)證券管理、借賃風(fēng)險(xiǎn)分析、IC卡管理和交4．通自適應(yīng)均衡、回波抵消、路由選擇和ATM網(wǎng)絡(luò)中的呼叫接納識(shí)別及控制5數(shù)，并從數(shù)據(jù)庫(kù)中取得預(yù)測(cè)所需要的數(shù)據(jù)，就能生成預(yù)測(cè)結(jié)果。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)GIC，以CME參數(shù)或太陽風(fēng)參數(shù)為輸入層，GIC預(yù)報(bào)值為輸出5．1．2利用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)報(bào)究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。模糊5．1．2利用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)報(bào)究等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。模糊數(shù)學(xué)中貼近度的應(yīng)用也越來越廣泛了地磁擾動(dòng)變化是由于太陽活動(dòng)、行星際擾動(dòng)以及地球系統(tǒng)本身的多種不確定性因素綜合作用的結(jié)果，這就使我們研究的對(duì)象常具有一定的“模糊性”。模糊數(shù)的貼近度方法是給出用來評(píng)判事件的聚類指標(biāo)及他們的加權(quán)集，利用模糊數(shù)學(xué)中綜模糊集與典型集貼近度的大小對(duì)事件進(jìn)行分類預(yù)報(bào)。利用此方法，可將GIC按大小分級(jí)，從而對(duì)GIC進(jìn)行分類預(yù)報(bào)5．2模型方法預(yù)報(bào)用一系列的模型鏈模擬對(duì)地CME的傳播過程和其對(duì)地效應(yīng)，結(jié)合大地電導(dǎo)模型和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型計(jì)算得到電網(wǎng)中的GIC值。CME進(jìn)行模擬，文獻(xiàn)[21100給出了已有的CME相關(guān)模型及模型介紹。2007年至2012美國(guó)宇航局和電科院聯(lián)合開展的太陽盾項(xiàng)目，利用日地空間一系列模型鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)GIC的兩級(jí)預(yù)報(bào)，目前已在美國(guó)電網(wǎng)中實(shí)施運(yùn)用，雖然此預(yù)報(bào)系統(tǒng)僅適用于高緯地區(qū)，但對(duì)于中低緯地區(qū)的GIC預(yù)報(bào)也有非常大的借鑒價(jià)值5．2．1太太陽盾工程是美國(guó)宇航局(NASA)戈達(dá)德宇航飛行中心和電力研究院(EPRI預(yù)報(bào)GIC系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以用于削減GIC對(duì)高壓電力系統(tǒng)的影響。這個(gè)預(yù)報(bào)從太陽爆發(fā)活動(dòng)到地球上產(chǎn)生GC是一個(gè)漫長(zhǎng)且復(fù)雜的過程，實(shí)現(xiàn)利用對(duì)太陽表面活動(dòng)的觀測(cè)來預(yù)報(bào)電網(wǎng)中GIC是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的工作，想要達(dá)到一定的提前Level1和Level2兩級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)滿足以下要求1的預(yù)報(bào)時(shí)間為提前l(fā)～2天2的預(yù)報(bào)時(shí)間為提前30,--60分鐘1預(yù)報(bào)基于對(duì)太陽表面的爆發(fā)活動(dòng)的觀測(cè)，數(shù)據(jù)來源于SOHO23．預(yù)報(bào)GIC的強(qiáng)度4．指明受GIC影響3．預(yù)報(bào)GIC的強(qiáng)度4．指明受GIC影響的地理區(qū)域或位置預(yù)報(bào)GIC事件的結(jié)束時(shí)間5．2．22預(yù)報(bào)系統(tǒng)是基于拉格朗日Ll點(diǎn)的太陽風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)和磁層的磁流體動(dòng)流體動(dòng)力模型實(shí)現(xiàn)的。Level2預(yù)報(bào)系統(tǒng)的預(yù)報(bào)結(jié)果是確定性的，而Level1統(tǒng)的預(yù)報(bào)結(jié)果是具有概率特性的。下面詳細(xì)介紹了兩級(jí)預(yù)報(bào)系統(tǒng)1．Level2Level2GIC預(yù)報(bào)是利用L1點(diǎn)的太陽風(fēng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，理想情況下，依靠太陽風(fēng)時(shí)間相對(duì)較短，但仍舊可以為電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員提供60分鐘以內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間從1點(diǎn)的ACE衛(wèi)星觀測(cè)到的太陽風(fēng)數(shù)據(jù)可以作為地球磁層MHD這個(gè)MHD模型將進(jìn)入磁層的太陽風(fēng)等離子體近似為一個(gè)單一的受電磁力作用的導(dǎo)電體流體。盡管這只是對(duì)復(fù)雜的空間等離子體的一個(gè)近似描述，但是此模型很好的重現(xiàn)了很多磁層的主要?jiǎng)恿μ卣鳌，F(xiàn)階段，這個(gè)磁層MHD模型有一個(gè)很重征，就是它可以和電離層靜電模塊相耦合。電離層模塊能夠準(zhǔn)靜態(tài)的描述電離層流的時(shí)間和空間行為，變化的磁層．電離層電流在地球表面產(chǎn)生地電場(chǎng)，如圖5．1所示?？偨Y(jié)起來，預(yù)報(bào)可以分兩步完成(詳細(xì)介紹參見文獻(xiàn)【57】)：l、MHD模型輸出的電離層電流，應(yīng)用到地磁感應(yīng)模塊，計(jì)算得到地球表面的感應(yīng)地電場(chǎng)；2、感應(yīng)地電場(chǎng)計(jì)算電網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)的GIC，如圖5．2所示。這兩個(gè)步驟都受到大地采用文獻(xiàn)[58】中的方圖5．1變化的磁層．電離層電圖5．1變化的磁層．電離層電流在地球表面產(chǎn)生地電圖5-2利用感應(yīng)地電場(chǎng)計(jì)算電網(wǎng)中不同節(jié)點(diǎn)的項(xiàng)目中實(shí)際將ModelingCenter)中運(yùn)行的3．D層MHD模型BATS．R．US和2．D靜態(tài)電離層內(nèi)邊緣模型結(jié)合應(yīng)用實(shí)現(xiàn)Level2預(yù)的。BATS．R．US模型的輸入為太陽風(fēng)等離子體的密度，速度和溫度以及太陽風(fēng)的場(chǎng)參數(shù)，輸出包括磁層等離子體的參數(shù)(密度，速度，壓強(qiáng)，磁場(chǎng)參數(shù)，電流)和離層參數(shù)(電勢(shì)，彼得森電導(dǎo)系數(shù)H和P)。利用此模型輸出的電離層電流數(shù)據(jù)計(jì)感應(yīng)地電場(chǎng)(2．D靜態(tài)電離層內(nèi)邊緣模型)的步驟如下：l、將得到的電離層電流數(shù)從地磁坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到從地磁坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地理坐標(biāo)下；2、地理坐標(biāo)中選定要計(jì)算的區(qū)域坐標(biāo)(眈，無)；3按時(shí)間步長(zhǎng)得N(Oo，乃)周圍半徑1000km范圍內(nèi)水平電離層電流分布，如圖1．D大地電導(dǎo)率結(jié)構(gòu)下的感應(yīng)地電場(chǎng)，如圖5．4所示q圖5．3計(jì)算得到圖5_4復(fù)鏡像法計(jì)算感應(yīng)地電預(yù)測(cè)得到的電力系統(tǒng)中某節(jié)點(diǎn)的GIC值儲(chǔ)存為一個(gè)文本文檔。預(yù)報(bào)系統(tǒng)預(yù)測(cè)得到的電力系統(tǒng)中某節(jié)點(diǎn)的GIC值儲(chǔ)存為一個(gè)文本文檔。預(yù)報(bào)系統(tǒng)設(shè)置據(jù)的更新時(shí)間間隔為10分鐘，這個(gè)時(shí)間是可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整的。此模的運(yùn)行速度快，可以實(shí)現(xiàn)提前15～60分鐘的實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)透帶電粒子輻射會(huì)影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，導(dǎo)致強(qiáng)烈太陽風(fēng)條件下的GIC并不準(zhǔn)確或者缺失。這是目前為止還不能解決的問題，除非有另外的衛(wèi)星代替ACE盡管Level2預(yù)報(bào)系統(tǒng)起到了很重要的作用，但Level1更長(zhǎng)的提前預(yù)報(bào)時(shí)間啟動(dòng)一臺(tái)火力發(fā)電機(jī)需要12h，所以提前更多時(shí)間預(yù)報(bào)大擾動(dòng)的發(fā)生是極具意義的下，預(yù)報(bào)提前的時(shí)間越長(zhǎng)，預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確度也會(huì)隨之下降。Level1預(yù)報(bào)系統(tǒng)致力于由于現(xiàn)階段強(qiáng)大的計(jì)算能力以及許多日面和日球模型的建立都為預(yù)報(bào)創(chuàng)造條件。ENLIL模型結(jié)合WSA模型和錐模型能夠模擬CMECME在傳播過程中與背景太陽風(fēng)有相互作用，背景太陽風(fēng)會(huì)影響CME的傳播速和傳播方向。WSA模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)背景太陽風(fēng)的模擬，模型輸出做為ENLIL模的內(nèi)邊界條件。錐模型是將暈狀CME近似為一個(gè)角寬度和徑向速度不變的錐體構(gòu)，利用錐模型得到CME開始時(shí)間、緯度、經(jīng)度、角寬度、徑向速度等參數(shù)，后作為ENLIL模型的內(nèi)邊界條件。ENLIL模型最終可以得到CME激波到達(dá)L1的時(shí)間以及太陽風(fēng)磁場(chǎng)的幅值1預(yù)報(bào)系統(tǒng)建立了一條模型鏈，將幾個(gè)模型結(jié)合起來，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)首先，LASCO觀測(cè)到CME的參數(shù)做為錐模型的輸入，錐模型的仿真結(jié)果作ENLIL模型的輸入，輸出為CME到達(dá)L1星際傳播過程中的變化，所以不能用模型輸出的太陽風(fēng)參數(shù)直接用于GIC的計(jì)算項(xiàng)目中用太陽風(fēng)數(shù)據(jù)和某點(diǎn)的GIC數(shù)據(jù)進(jìn)行概率耦合的方法實(shí)現(xiàn)1GIC預(yù)報(bào)詳見文獻(xiàn)[59】，如圖5．5用于計(jì)算的GIC模型由如下步驟得到。首先，從電網(wǎng)中待計(jì)算節(jié)點(diǎn)處取得的GIC數(shù)據(jù)，從附近的地磁臺(tái)站取得相應(yīng)的地磁數(shù)據(jù)；然后用文獻(xiàn)[58107方法確電網(wǎng)參數(shù)和大地電導(dǎo)率，之后按文獻(xiàn)[59】中的方法計(jì)算對(duì)數(shù)正態(tài)條件概率分I Esw)，Esw是太陽風(fēng)傳遞的電場(chǎng)圖5-5Level1預(yù)報(bào)系統(tǒng)買2圖5-5Level1預(yù)報(bào)系統(tǒng)買2中磁層MHD值得注意的是，原則上日球MHD模型的輸出可以作為輸入，進(jìn)而Level2的方法實(shí)現(xiàn)GIC的預(yù)測(cè)。但是，由于我們還不能確定日球模型“平滑”的輸出結(jié)果是否能夠在磁層MHD模型中產(chǎn)生足夠大的波動(dòng)，以引發(fā)的GIC5．2．3預(yù)報(bào)系統(tǒng)的終端實(shí)1989年3月發(fā)生的超強(qiáng)磁暴事件之后，美國(guó)電力研究院發(fā)起了名為項(xiàng)目工程，這個(gè)工程的主要目的就是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)中GIC水平的監(jiān)測(cè)。目前SUNBURST工具可以為電力運(yùn)行人員提供實(shí)時(shí)的GIC監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括GIC事件太陽盾工程的預(yù)報(bào)系統(tǒng)的終端實(shí)現(xiàn)就是利用EPRI的SUNBURST工具。他們這個(gè)工具不僅能夠顯示監(jiān)測(cè)到的GIC，同時(shí)也可以顯示預(yù)報(bào)的GIC。終端顯示效I????一==?=一?一==一一一一．，、匾面蕊忑i瓣鬻囊溪萋≯一了_≯鋈囊霧溪I瑟I????一==?=一?一==一一一一．，、匾面蕊忑i瓣鬻囊溪萋≯一了_≯鋈囊霧溪I瑟瑟瑟蒸瑟零瑟瑟l{File_5ervef黝麟鬻 l豢鐫§㈥潮黼繅獺辮麟壤躐嘲麟鬻黼圖5-6預(yù)報(bào)GIC的終端顯不event”表示沒圖中，左邊區(qū)域中“state”項(xiàng)顯示給使用者是否有事件發(fā)生GIC活動(dòng)被預(yù)報(bào)出來oncoming”表示GIC活動(dòng)已經(jīng)被預(yù)報(bào)出來了，但是underway”表示GIC活動(dòng)正在發(fā)生。“ForecastStartTime”動(dòng)還沒有開始測(cè)的GIC活動(dòng)發(fā)生的時(shí)間，“ForecastEndTime”是預(yù)測(cè)的活動(dòng)的結(jié)束時(shí)間5．2．4預(yù)報(bào)圖5．7中給出了2003年10月磁暴事件中北美電網(wǎng)中某節(jié)點(diǎn)的GIC觀測(cè)2的預(yù)報(bào)值。我們可以看到預(yù)報(bào)的GIC的幅值和時(shí)間跨度與實(shí)際測(cè)量的的幅值和時(shí)間都是很吻合的，這說明Level2預(yù)報(bào)系統(tǒng)具有很高的準(zhǔn)確性以14個(gè)暈狀CME事件為例1GIC預(yù)報(bào)結(jié)果如圖5．8所示。圖5．8標(biāo)了一次GIC事件的開始和結(jié)束時(shí)間以及峰值。事件開始時(shí)間定義為波動(dòng)的GIC從很小的背景幅值明顯變大的瞬時(shí)時(shí)間點(diǎn)，結(jié)束時(shí)間定義為GIC值平穩(wěn)的降幅值大小的時(shí)間，GIC的最大值即是開始到結(jié)束時(shí)間段內(nèi)GIC所達(dá)到的最大值“start”表示預(yù)報(bào)的開始時(shí)間誤差，“l(fā)ength”用的，第一個(gè)站14個(gè)事件中準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了12個(gè)，第二個(gè)站準(zhǔn)確預(yù)報(bào)了7個(gè)MeasuredGIClat：53．2．10ng：一圖5．7電網(wǎng)中某訂點(diǎn)的GIC觀測(cè)值與220J吣Ⅻoh．1er啪2'CO．t．072DO，lMeasuredGIClat：53．2．10ng：一圖5．7電網(wǎng)中某訂點(diǎn)的GIC觀測(cè)值與220J吣Ⅻoh．1er啪2'CO．t．072DO，lh．b啪-232?！?卸Oa，lOmflh．帥m一2∞2ⅧtOl州N刪-9h蛔叼m一24stJIct-2口0a0s槲0rL岫價(jià)黼∞02a日～?～‘?一“一k哪-21卸Oa蝴Ⅻ1hⅫ腫一涮--5hh崎咖-5h’囂：檻腫一。5Ⅻ-'5h．岫☆。15∞∞∞商R-5h．培r神一Ⅻ-6h；l●呻一t5瑚曲’0飛I啪蚋-圖5-8GIC預(yù)報(bào)結(jié)果l5．3本章小統(tǒng)計(jì)學(xué)方法預(yù)報(bào)GIC需要龐大的數(shù)據(jù)量，由于計(jì)算精度的問題，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)警情況。在中低緯度地區(qū)，電網(wǎng)中GIC的監(jiān)測(cè)設(shè)備還很少，所以沒有足夠的數(shù)據(jù)太陽盾工程實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)數(shù)據(jù)太陽盾工程實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)GIC的兩級(jí)預(yù)報(bào)，對(duì)于空間天氣的研究而言，這是項(xiàng)具有重大影響的工程。但是2中MHD模型只適用于高600)的計(jì)算，所以需進(jìn)一步研究利用最先進(jìn)的內(nèi)部磁場(chǎng)模型，使得Level2也可以用于中低緯度地區(qū)的GIC預(yù)測(cè)兩級(jí)預(yù)報(bào)依賴于ACE和SOHO取代這兩顆衛(wèi)星的其他衛(wèi)星，新發(fā)射的SDO衛(wèi)星并沒有裝日冕儀，所以一旦這顆衛(wèi)星出現(xiàn)問題，或者對(duì)于這兩顆衛(wèi)星沒有觀測(cè)到的事件，就不能進(jìn)行GIC了電網(wǎng)中裝有GIC監(jiān)測(cè)儀器的節(jié)點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)GIC的預(yù)報(bào)。更多的新的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的建立可以幫助預(yù)報(bào)系統(tǒng)更廣泛的測(cè)預(yù)報(bào)有著極大的參考和學(xué)習(xí)價(jià)值第6章結(jié)論與展2004年11月10日電網(wǎng)的GIC為什么大第6章結(jié)論與展2004年11月10日電網(wǎng)的GIC為什么大是我們自從獲得該次GIC事件來一直想解決的問題。CME是導(dǎo)致磁暴發(fā)生，從而引發(fā)電網(wǎng)GIC文借助太陽物理、空間物理科學(xué)家的成果，從CME角度，以該問題為出發(fā)點(diǎn)，數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出以下結(jié)論1．CME等離子體進(jìn)入地球磁層，使磁層電流劇烈變化，導(dǎo)致地球磁場(chǎng)水平分量減磁暴。地磁場(chǎng)的變化會(huì)在地球表面感生出電場(chǎng)，從而會(huì)在中性點(diǎn)接地的變地之間的回路中產(chǎn)生GIC2．經(jīng)過仔細(xì)的分析，得到雖然目前我國(guó)的空間天氣監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)或單位能夠提供暴的預(yù)報(bào)，但從服務(wù)內(nèi)容、預(yù)報(bào)信息可以看出這些預(yù)報(bào)參數(shù)和預(yù)警指標(biāo)還不能電網(wǎng)防災(zāi)的要求3．利用芬蘭輸油管道中監(jiān)測(cè)的GIC數(shù)據(jù)和SOHO提供的CME數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)析，得到電網(wǎng)GIC事件的發(fā)生及大小與CME所能獨(dú)立驅(qū)動(dòng)的。CME的角寬度、初始速度和日面位置是驅(qū)動(dòng)較大電網(wǎng)GIC鍵參數(shù)；在研究CME加速度對(duì)電網(wǎng)GIC大小的貢獻(xiàn)時(shí)還需結(jié)合CME尤其是對(duì)CME初始速度和加速度做綜合分析與討論。由于是用同一GIC監(jiān)數(shù)據(jù)，可以不考慮大地電性構(gòu)造和電網(wǎng)構(gòu)成條件等因素對(duì)電網(wǎng)GIC大小的影響究不僅完全可行，結(jié)果也是可信的4．詳細(xì)分析了幾次典型電網(wǎng)GIC事件發(fā)生的過程，從CME中的傳播，結(jié)合其行星際太陽風(fēng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析得到事件中較大GIC產(chǎn)生的原因。其中2004年11月lO日這次事件是由兩個(gè)起源于日面中心位置的CME共同引發(fā)的，并且這兩次CME均具有很大的角寬度和速度，從而其相應(yīng)的ICME具有很場(chǎng)、太陽風(fēng)速度和太陽風(fēng)動(dòng)壓，導(dǎo)致了特大磁暴的發(fā)生，引發(fā)了較大的電網(wǎng)GIC5．研究了預(yù)報(bào)GIC的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法和模型方法；詳細(xì)介紹了美國(guó)太陽盾工程6．2展隨著第4個(gè)太陽活動(dòng)周的到來，對(duì)特高壓電網(wǎng)而言，其輸電距離長(zhǎng)、線路電阻小，并且采用單相變壓器組，所以遭受磁暴影響的風(fēng)險(xiǎn)很大。采用實(shí)際的治理方法不僅從技術(shù)上非常困難，需要的投資也會(huì)非常大。如果實(shí)現(xiàn)通過CME對(duì)電6．2展隨著第4個(gè)太陽活動(dòng)周的到來，對(duì)特高壓電網(wǎng)而言，其輸電距離長(zhǎng)、線路電阻小，并且采用單相變壓器組，所以遭受磁暴影響的風(fēng)險(xiǎn)很大。采用實(shí)際的治理方法不僅從技術(shù)上非常困難，需要的投資也會(huì)非常大。如果實(shí)現(xiàn)通過CME對(duì)電網(wǎng)GIC干擾水平的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)，對(duì)電網(wǎng)預(yù)防磁暴災(zāi)害意義重大。由于通過監(jiān)測(cè)資料對(duì)電網(wǎng)GIC事件的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是難度很大的前沿課題，除了加強(qiáng)日地系統(tǒng)空間的探測(cè)之外，獲得我國(guó)不同地區(qū)、不同結(jié)構(gòu)電網(wǎng)的GIC數(shù)據(jù)，不僅是我國(guó)磁暴干擾研究與災(zāi)害防御的需求，并且對(duì)研究中低緯的空間天氣也具有重要意義，所以對(duì)我國(guó)電網(wǎng)開展全面監(jiān)測(cè)是需要盡快開始實(shí)施的工作于中低緯地區(qū)的電網(wǎng)GIC進(jìn)一步研究和探討目前針對(duì)利用CME觀測(cè)預(yù)報(bào)GIC的研究只能通過統(tǒng)計(jì)分析和演繹推理的方法學(xué)科交叉以及實(shí)際條件的限制都使得這個(gè)課題面臨著巨大的困難，想要實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)要引起電力行業(yè)足夠的重視和關(guān)注，更需要爭(zhēng)取空間天氣領(lǐng)域?qū)＜业膸椭c作Jstormsandtheironpowersystems[J】PowerEngineeringReview,1996，l6(5)：5-張冰，劉連光，肖湘寧．地磁感應(yīng)電流對(duì)變壓器震動(dòng)、噪聲的影響[J】．高電壓術(shù)，2009，33(11)：1-V[3JGforJstormsandtheironpowersystems[J】PowerEngineeringReview,1996，l6(5)：5-張冰，劉連光，肖湘寧．地磁感應(yīng)電流對(duì)變壓器震動(dòng)、噪聲的影響[J】．高電壓術(shù)，2009，33(11)：1-V[3JGforgeomagneticstorms【J】stormof29．31OctoberPulkkinen，A【4inducedcurrentsandtheirrelationinthesystem[J]．Spacehighvoltagepower劉連光，劉春明，張冰，等．我國(guó)廣東電網(wǎng)的幾次強(qiáng)磁暴影響事件[J]學(xué)報(bào)，2008，51(4)：976—[6盤學(xué)南，玉小玲．變壓器運(yùn)行噪聲異常的探討[J】．變壓器張建平，潘星．500kv變壓器異常噪聲與振動(dòng)的原因分析【J】．浙江電力2006(3)：6—1宋麗敏，張軍，楊志良，汪毓明，汪景繡．對(duì)地日冕物質(zhì)拋射研究[J]，20(1：33-34[8【9[10王水，李波，趙寄昆．日冕物質(zhì)拋射[J】．天文學(xué)進(jìn)展[R】．合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)r●L1N．Coronalejectionsof2006(27)：243-GopalswamyN，LaraA，YashiroS，eta1．Solarvariability 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