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。實踐表明采用技術(shù)手段治理和防治難度大，投資高，實現(xiàn)GIC的預(yù)測預(yù)報將是最經(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。實踐表明采用技術(shù)手段治理和防治難度大，投資高，實現(xiàn)GIC的預(yù)測預(yù)報將是最經(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)報與電網(wǎng)防災(zāi)的差別；利用統(tǒng)計方法對CME相參數(shù)數(shù)據(jù)和GIC數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找到對電網(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GIC方法，重點介紹了美國的太陽盾工程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)報并不能滿足電網(wǎng)防災(zāi)的需求，預(yù)測預(yù)報才是最有效的手段；CME的寬度、初始速度、日面源區(qū)是對電網(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)測到了很大的GIC，這次事件是由兩個起源于日面中心位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、太陽風(fēng)速度和太陽風(fēng)動壓，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)計學(xué)的方法可以建立預(yù)測預(yù)報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國內(nèi) 摘要1．1課題的提出1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1．2．1國外研究現(xiàn)狀1．2．2國內(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)報理論與方法研究15．1統(tǒng)計方法預(yù)報5．1．1利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理預(yù)報5．1．2利用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)報5．2模型方法預(yù)報5．2．1太陽盾工程5．2．2預(yù)報系統(tǒng)的設(shè)計5．2．3預(yù)報系統(tǒng)的終端實現(xiàn)5．2．4預(yù)報實例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、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、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監(jiān)測的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，若能實現(xiàn)對GIC的預(yù)測預(yù)報，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，是地磁暴的主要驅(qū)動源【8】【91，磁暴電網(wǎng)GIC的事實，如果能夠利用CME的觀測數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電網(wǎng)GIC時間的預(yù)測預(yù)報，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)測預(yù)報，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對地有效性的，然后尋求利用這些參數(shù)預(yù)報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國外的空間天氣學(xué)者們做過大量的統(tǒng)計分析和研究。Gopalswamy_【10兒¨J分析了年1月至2005年6月SOHO／LASCO觀測到的CME，得到平均速度為根據(jù)Gopalswamytl2】等人的統(tǒng)計結(jié)果，超過2000km／s的CME比例很d',(25／8008)，到2006年底，觀測到的速度最大的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，需要有推動力對其加速，此時推動力要克服CME本身的重力和其他的阻力，而當(dāng)CME傳到遠(yuǎn)離時，其所受的合力很可能指向日面，CME運動的加速或減速過程就是這些力共作用的結(jié)果，Yashiro等人對SOHO／LASCO觀測的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)中真實的GIC值，許多國家研制了GIC監(jiān)測設(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)測設(shè)備【14】GC的監(jiān)測【15；1992SUNBURST系統(tǒng)監(jiān)測20GC[16JGIC的計算模型也有一定研究，并取得了很多重大成果。平面波法計算GIC[1『7】【l81、復(fù)鏡像法計算感應(yīng)電兩級預(yù)報，預(yù)報時間分別可以提前60分鐘和1．2天。1．2．2當(dāng)前，預(yù)報太陽活動以及行星際、磁層、電離層效應(yīng)和地磁暴已經(jīng)成為了國外太陽物理、地球物理科學(xué)家的研究目標(biāo)。在我國，人們對日地系統(tǒng)各空動的物理過程與模式也有了初步的認(rèn)識，但這些研究多針對地磁暴，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。中國科學(xué)院等單位雖然對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、重點基金項目，推動了空間天氣學(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的研主要針對電流的計算、監(jiān)測和災(zāi)害防治等，對預(yù)測預(yù)報GIC的研究尚未開展。華電力大學(xué)自國家提出西電東送、全國聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略起，首先提出并研究磁暴對我國電的影響，完成了《地磁感應(yīng)電流對我國電網(wǎng)影響問題的研究》()和《特高壓電網(wǎng)地磁感應(yīng)電流評估模型和算法研究》)兩項基金項目，以及《磁暴對大型電網(wǎng)及變壓器影響的分析控制技術(shù)》“863計劃”專題項目。重要的是我國磁臺網(wǎng)中心、電離層監(jiān)測中心都已建成使用，能獲得項目研究相關(guān)的數(shù)據(jù)資料備了研究全國電網(wǎng)GIC備了研究全國電網(wǎng)GIC電網(wǎng)預(yù)測預(yù)報GIC是電網(wǎng)防災(zāi)的有效手段，本文針對這一課題，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)報不能滿足電網(wǎng)防災(zāi)需要的原因：闡述GIC對電網(wǎng)的危害及部分技術(shù)治理措施，說明了利2．利用統(tǒng)計方法對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GIC值的影響度，說明具有何種參針對我國電網(wǎng)中監(jiān)測的幾次典型的GIC事件，以CME為源，推演各次事件發(fā)生的研究了預(yù)報GICGIC的預(yù)報；以美國太陽盾工程實現(xiàn)的GIC預(yù)報系統(tǒng)為例，說明了利用模型預(yù)報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。太陽是一個劇烈活動的天體，與日地空間環(huán)境關(guān)系切的太陽結(jié)構(gòu)和太陽活動有：太陽磁場、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～項元素，或甚至三項都沒有。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，人們越來越認(rèn)識到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圖像，便于人們對4圖2．1SOHO觀測的CME典型結(jié)構(gòu)示例CME相關(guān)圖2．1SOHO觀測的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主要參數(shù)的統(tǒng)計研1．CME初始速對于運動的物質(zhì)而言，速度是最基本的特征量。目前觀測的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，背離日心運動離．時間”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儀器觀測到的速度不同，計算得到平均速度在400SOHO／LASCO觀測的數(shù)據(jù)更具有統(tǒng)計意義，因為它不僅視場范圍大，而且覆蓋間長。文獻(xiàn)[11]中對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極大年是太陽活動極小年的一倍，統(tǒng)計還發(fā)現(xiàn)速度超過千米每秒的CME很少。文獻(xiàn)[12167對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。對于起源于太陽邊緣的CME，測量得到的張角接近于真實的角寬度，對于兩邊緣的位置角之差。對于起源于太陽邊緣的CME，測量得到的張角接近于真實的角寬度，對于遠(yuǎn)離太陽邊緣的CME，測量得到的張角可能高于其真實的寬度。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CME角寬度的統(tǒng)計做了匯總：St．Cyr統(tǒng)計分析了1996年到年SOHO觀測的CME，得到其平均角寬度為720；Yeh統(tǒng)計1996年到2003年觀測的與耀斑相關(guān)的CME，得到平均角寬度為770，他們對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角寬度的監(jiān)測影響很大Yashiro分析得出，CME的平均角寬度在太陽活動極小年的時最小，在太陽活動大年的開始階段達(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～時刻觀測到的日輪上某一點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的傳播過程中會受到各種力的作用，所以運動過程中肯定有加速度。從日面出發(fā)時，推動力助其加速，同時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動。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，反之，呈加速趨勢2．2．1是全球同時發(fā)生，發(fā)生時對磁場水平分量的強(qiáng)度影響特別顯著，對垂直分量影暴時變化大體可分為3個階段：初相段、主相段和結(jié)束時的恢復(fù)相段。緊接磁始之后，數(shù)小時之內(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，磁照圖相對穩(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下降時間約半天，其間，磁照圖起伏劇烈，這是下降時間約半天，其間，磁照圖起伏劇烈，這是磁暴表現(xiàn)最活躍的時期，稱為磁主相。通常所謂磁暴幅度或磁暴強(qiáng)度，即指這個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)地磁擾動強(qiáng)度的一種分級指標(biāo)，一般比較常用的就是Dst指數(shù)和l邙指數(shù)。Dt要是測量地磁水平分量的強(qiáng)度變化。由于在磁赤道附近的磁場強(qiáng)度主要是受到環(huán)型Dsp指數(shù)是全球每日每個3小時內(nèi)的地磁擾動強(qiáng)度的指數(shù)，又稱為--d,時指數(shù)或磁情指這是一種定量的分級指數(shù)，從0到9共分10級，數(shù)字越大表示地磁擾動越強(qiáng)。按照K值，一般可以將磁暴分為3級，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，簡言之是偶極型的，近似于把一個磁鐵棒放到地球中心，使它的極大體上對著南極而產(chǎn)生的磁場形狀，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)電液體核中流動的發(fā)電機(jī)效應(yīng)產(chǎn)生磁場圖2—2偶極型地球磁地球磁場不是孤立的，它受到外界擾動的影響，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時輻射出來，速度較稱為“持續(xù)太陽風(fēng)”；另一種是在太陽活動時輻射出來，速度較大，粒子含量也較多球磁場的反抗下，太陽風(fēng)繞過地球磁場，繼續(xù)向前運動，于是形成了一個被太1000公包圍的、彗星狀的地球磁場區(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，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)，形成一條長長的尾巴，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)?。也有人把整個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。。A(‘F翠媲醺輻TC-]輟逆地圖2-3有太陽風(fēng)作用的地球磁對地CME通常在1至5天內(nèi)就會從太陽抵達(dá)地球。當(dāng)太陽出現(xiàn)CME可造成中低緯地面觀測到的磁場強(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化，得到一個由全暈CME“膨脹速度V分’來預(yù)報行星際磁云產(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CMEICME事件，結(jié)合太陽光球磁場的觀測和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)時刻的日球電流片位形對CME引起的地磁擾動強(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強(qiáng)弱程度的貼近度法。初步研究結(jié)果表報準(zhǔn)確率為100％，大磁擾事件預(yù)報準(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，在磁層和電離層的電流會產(chǎn)生很大的變化，導(dǎo)致地磁場產(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：時變的磁場會在大中感應(yīng)出電場，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)時會在其中產(chǎn)生GIC，經(jīng)過多年的統(tǒng)計分析研究發(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，瞬時值達(dá)到一定強(qiáng)度的時候要比直流輸電影響大；GIC強(qiáng)弱和持續(xù)時間與太陽活動周期的關(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)時間相對長。這是由于中低緯地區(qū)磁場受環(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)測的GIC5．電網(wǎng)中的GIC受大地電導(dǎo)率和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、運行方式的影響。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)生的偏磁電流對交流電網(wǎng)產(chǎn)生的危風(fēng)險的預(yù)報即可應(yīng)用于GIC的預(yù)報，但是經(jīng)我們進(jìn)一步研究證明，地磁指數(shù)的預(yù)報能滿足電網(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)計算感應(yīng)地電場的具體算法，如圖2．4實際計算中地磁數(shù)據(jù)采用的是秒數(shù)據(jù)，地磁臺提供磁場水平分量(H)和磁偏角(D)，利用公式曰，．=HcosD，B、，=HsinD計算得到磁場水平分量，然后按流程圖計算得到感應(yīng)地電場，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，從而也不能計算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)性并不能實現(xiàn)對GIC3．對比發(fā)現(xiàn)Dst指數(shù)的峰值出現(xiàn)時間與GICDst是小時平均值，GIC是10s間隔的數(shù)據(jù)，所以利用Dst無法預(yù)報GIC發(fā)生時間比如開始和結(jié)束時間，以及最大值的持續(xù)時間4．電網(wǎng)中各節(jié)點的GIC導(dǎo)率和電網(wǎng)運行方式以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的影響。Dst指數(shù)是利用全球五個地磁臺站差異是非常大的。同一次磁暴事件中，全球各國電網(wǎng)中的各節(jié)點流過的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)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)對電網(wǎng)GIC的實時預(yù)測是個亟待研究的課題圖2_4利用磁暴數(shù)據(jù)計算圖2_4利用磁暴數(shù)據(jù)計算2．3．2電網(wǎng)GIC與CMECME爆發(fā)時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，對磁流體系產(chǎn)生影響，磁層電流在極區(qū)通過場向電流流入電離層，使電離層環(huán)增強(qiáng)。因為環(huán)電流的變化產(chǎn)生的磁場方向與地球磁場方向相反，所以環(huán)電使地磁場水平分量減小，導(dǎo)致地磁場的劇烈擾動。變化的地磁場在地球表面感應(yīng)電場，地電場在接地的導(dǎo)體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)產(chǎn)生GIC，示意圖見圖2．5太陽活動爆發(fā)上CME在行星際上與地球磁層相互作太陽活動爆發(fā)上CME在行星際上與地球磁層相互作上上地球磁場變上上電網(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)對磁暴災(zāi)害的主要技術(shù)措施，例如：變壓器中性點串接電阻、變壓器內(nèi)部改裝、中性點串聯(lián)電容器、輸電線串聯(lián)電容器以及反向電流補(bǔ)償?shù)萷變壓器中性點的直流電流。但是這種方法的缺點在于只能改善電網(wǎng)中個別點的點直流電流增大，給電網(wǎng)帶來新的影響。反向電流補(bǔ)償裝置可以針對不同的中GIC值，動態(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，間接損失和社會影響無法估計?？笨耸鹿屎?，魁北克水電局投入的防治和改造費用高達(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對電網(wǎng)的影響，最有效直接的手段就是實現(xiàn)對GIC的預(yù)測預(yù)報前幾天或數(shù)小時的預(yù)報，能夠給電網(wǎng)的運行人員預(yù)留一定時間，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，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)致地球磁場水平分量減少，引發(fā)磁暴。地磁場的變化會在地球表面感生出電場，從而會在中性點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)報并不能滿足電網(wǎng)防災(zāi)的需要。因為已知Dst并不能得到的起始和結(jié)束時間，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現(xiàn)對GIC預(yù)報第3章驅(qū)動GIC事件的CME相關(guān)參想要實現(xiàn)預(yù)第3章驅(qū)動GIC事件的CME相關(guān)參想要實現(xiàn)預(yù)報，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)組合對電網(wǎng)GIC有重要影響，找出具有預(yù)報意義的CME由于電網(wǎng)中監(jiān)測的GIC數(shù)據(jù)很少，所以本文用芬蘭輸油管道中監(jiān)測的GIC據(jù)做統(tǒng)計分析。因為磁暴具有全球性，雖然全球各地的大地電導(dǎo)率和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不同但因為此處我們只做定性分析，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次事件對應(yīng)的磁暴源和CME計算所有CME的質(zhì)量和能量，所以本文只針對角寬度、初始速度、日面速度四個參數(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CME共同引發(fā)的文獻(xiàn)[37]對大量電網(wǎng)和輸油氣管線GIC數(shù)據(jù)的研究表明，對地暈狀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)行分析按照對稱性全暈狀CME一般分三類，完全對稱型(S)、亮度不對稱型(BA)、外形不對稱型(OA)。本文中有45個全暈狀CME，其中S型有8個，BA型有22個OA型有10個，還有5個沒有查到相關(guān)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計結(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)動的。相對而言，由OA型驅(qū)動的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，因為即便其在傳播過程中受到行引發(fā)GIC事故。應(yīng)該指出的是，SOHO衛(wèi)星觀測到的CME角寬度是指CME在冕儀上的投影寬度，通常大于實際的張角寬度。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)動激波。CME的速度影響驅(qū)動激波的能力磁暴的行星際源之一【411。我們計算得到速度在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?？梢姸仍?000km／s以上的CME對地球影響更Dst<．200nT的磁暴產(chǎn)生的GIC大，且對應(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，我們分參考文獻(xiàn)[421qb的磁暴事件分級，我們分別計算全部磁暴事件、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。對于由多個CME共同作用的GIC，度進(jìn)行計算。計算結(jié)果列于表3．3，事件分布的散點圖如圖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，這主要是因為有幾次事件中CME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)，這是因為快速CME驅(qū)動強(qiáng)烈的行星際擾動，強(qiáng)南向行星際磁場作用在地球上，使地磁場水平變化量陡增，因為電網(wǎng)GIC的突變與地磁場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【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)系散點圖3-3大磁暴事件中CME初始速度與GIC關(guān)系散點CME的日面源文獻(xiàn)[391m多個暈狀CME事件進(jìn)行統(tǒng)計分析的結(jié)果表明，產(chǎn)生地磁擾動的多發(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稱性，而發(fā)生在西邊的CME發(fā)生在東邊的CME更容易對地球空間造成影響。文獻(xiàn)[471分析了69個到正面暈狀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)分對這種CME日面分布的不對稱性，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CME在背景太陽風(fēng)的推動作用下，受到一個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，背景太陽風(fēng)將CME的速度快于背景太陽風(fēng)時，背景太陽風(fēng)將阻礙其前進(jìn)，使CME受到一個具東向分量的力而向東偏轉(zhuǎn)。所以，地球空間觀測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CME速度的統(tǒng)計，驅(qū)動表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)位置正對地球，同時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)動的GIC較大在驅(qū)動本文GIC事件的CME中，有28個減速CME和23個加速CME，共同作用引發(fā)同一次GIC事件的多個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GIC大小的貢獻(xiàn)時還需結(jié)合的其它參數(shù)，尤其是對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)速度的相對大小。當(dāng)CME的速度小于背景太陽風(fēng)速度時，則呈現(xiàn)加速趨勢，反之，呈減速趨勢。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GIC的有效性。文獻(xiàn)[27]選取了141個CME，其中個加速事件，69個減速事件。在72個加速事件中，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，對快速的加速CME，能用其速度與背景太陽風(fēng)速度的相對大小解釋其加速特征，但對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本章通過對監(jiān)測的GIC數(shù)據(jù)與CME日面參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計、對比分析，得以下結(jié)論2．CME的初始速度是對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通過對數(shù)據(jù)的定性分析，我們知第4章電網(wǎng)GIC通過對數(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變壓器中性點的GIC監(jiān)測數(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，且對應(yīng)的ME的初始速度都在105km／s以上。計算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)度東西不對稱性，整體分布偏日面西側(cè)，最大的三次GIC事件對應(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在日冕儀中的觀測都表現(xiàn)出CME幾何模在對于一些邊緣爆發(fā)的CME的研究中，許多CME在日冕儀中的觀測都表現(xiàn)出錐型輪廓，并且在觀測視野中可以保持這一形狀而沿徑向傳播，這些觀測事實表明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的觀測來限定CME的爆發(fā)區(qū)域；其次，利用／LASCO觀測來測量CME在天空平面投影前沿的時間一高度曲線，進(jìn)而確定在天空平面各個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在大空平面各個方位角上的投影前4．2．3CME在行CME在行星際中傳播，會受到背景太陽風(fēng)和行星際磁場作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)4．2．3CME在行CME在行星際中傳播，會受到背景太陽風(fēng)和行星際磁場作用而發(fā)生偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)角度可以用下面公式計算得到【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CME源，列于表4．2其按1．5表4．2三個GIC事件的CME源參數(shù)數(shù)下面將對這幾次事件的發(fā)生過程進(jìn)行詳細(xì)分析4．7表4．31號CME天空平面各個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CME天空平面各個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CME天空方位角(。投影速度方位角投影速度itl洲表4．31號CME天空平面各個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CME天空平面各個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CME天空平面各個方位角上的投影速方位角投影速度方位角投影速表5號CME天空平面各個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)合冰激凌錐模型計算公式得到5次CME和角寬度，利用公式4．5、4．6計算得到各次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號和5號CME圓代表地球，虛線表示假設(shè)未發(fā)生偏轉(zhuǎn)時CME的傳播情況，實線表示發(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CME日面中心正對地球，并且有較大的角寬度，均能到達(dá)地球，而4和5號由于其角寬度偏小，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)，但仍正對地球傳播而4和5號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)星可以觀測到ICME的結(jié)構(gòu)。我們在ACE的觀測數(shù)據(jù)中找到這5次CME對應(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CME的傳表4-95個CME對應(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)，包括行星際磁場南向分量Bz值，太陽風(fēng)總磁場B的最大值，太陽風(fēng)速度的最大值，行星際晨昏向電場Ey的大值，太陽風(fēng)動壓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)烈的南向磁場與地球磁層磁場重聯(lián)是引發(fā)磁暴的主要原因【52J，行際磁場的Bx和By分量相對于Bz的大小也對磁暴強(qiáng)度有影響。文獻(xiàn)【53】指風(fēng)速度在行星際磁場南向旋轉(zhuǎn)后及具有南向分量期間，調(diào)制亞暴磁暴的強(qiáng)度、及脈動性質(zhì)，從而決定地磁指數(shù)的時變相應(yīng)，是形成磁層亞暴和磁層暴的充分條太陽風(fēng)動壓是一個耦合函數(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)動壓的增加會增強(qiáng)能量向環(huán)電流的輸入；文獻(xiàn)[55析了1998年10月18．19日大磁暴主項的行星際源，分析結(jié)果表數(shù)。文獻(xiàn)[541指出太陽風(fēng)動壓的增加會增強(qiáng)能量向環(huán)電流的輸入；文獻(xiàn)[55析了1998年10月18．19日大磁暴主項的行星際源，分析結(jié)果表明，太陽風(fēng)動壓低的南向事件不會產(chǎn)生大磁暴，當(dāng)行星際磁場有南向分量時，太陽風(fēng)動壓成為磁暴主相發(fā)展的一個非常主要的參量。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)星觀測到了很高的行星際數(shù)。其中l(wèi)、2號CME的太陽風(fēng)速度和太陽風(fēng)動壓最高。其他參數(shù)都是4、5號高。3號對應(yīng)的幾個參數(shù)都是最低的。這是因為1、2、4、5號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CME事件中那么大的GIC，但因為其很快的速度，對應(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)測點(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值，由于距離遠(yuǎn)，實際值與估計值的誤差和可信度，對本文電網(wǎng)GIC事件以及本文對電網(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、預(yù)報GIC事件及大小還有很大的差距第5章電網(wǎng)GIC預(yù)報理論與方法5．1．1利用神經(jīng)第5章電網(wǎng)GIC預(yù)報理論與方法5．1．1利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理預(yù)報人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常是通過一個基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計學(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)計學(xué)方法的一種實際應(yīng)用。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)近來越來越受到人們的關(guān)注，因為它為解決大復(fù)雜度問題提供了一種相對來說比較有效的簡單方法，可以很容易的解決具有上百個參數(shù)的問題。在結(jié)構(gòu)上，可以把一個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)劃分為入層、輸出層和隱含層。輸入層的每個節(jié)點對應(yīng)一個個的預(yù)測變量。輸出對應(yīng)目標(biāo)變量，可有多個。在輸入層和輸出層之間是隱含層，隱含層的層節(jié)點的個數(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)器人運動控制、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)計等3．預(yù)報和智能信息管股票市場預(yù)測、地震預(yù)報、有價證券管理、借賃風(fēng)險分析、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)中的呼叫接納識別及控制5數(shù)，并從數(shù)據(jù)庫中取得預(yù)測所需要的數(shù)據(jù)，就能生成預(yù)測結(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)報值為輸出5．1．2利用模糊數(shù)學(xué)方法預(yù)報究等領(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變化是由于太陽活動、行星際擾動以及地球系統(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事件進(jìn)行分類預(yù)報。利用此方法，可將GIC按大小分級，從而對GIC進(jìn)行分類預(yù)報5．2模型方法預(yù)報用一系列的模型鏈模擬對地CME的傳播過程和其對地效應(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美國宇航局和電科院聯(lián)合開展的太陽盾項目，利用日地空間一系列模型鏈實現(xiàn)對電網(wǎng)GIC的兩級預(yù)報，目前已在美國電網(wǎng)中實施運用，雖然此預(yù)報系統(tǒng)僅適用于高緯地區(qū)，但對于中低緯地區(qū)的GIC預(yù)報也有非常大的借鑒價值5．2．1太太陽盾工程是美國宇航局(NASA)戈達(dá)德宇航飛行中心和電力研究院(EPRI預(yù)報GIC系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以用于削減GIC對高壓電力系統(tǒng)的影響。這個預(yù)報從太陽爆發(fā)活動到地球上產(chǎn)生GC是一個漫長且復(fù)雜的過程，實現(xiàn)利用對太陽表面活動的觀測來預(yù)報電網(wǎng)中GIC是一項極具挑戰(zhàn)性的工作，想要達(dá)到一定的提前Level1和Level2兩級預(yù)報系統(tǒng)滿足以下要求1的預(yù)報時間為提前l(fā)～2天2的預(yù)報時間為提前30,--60分鐘1預(yù)報基于對太陽表面的爆發(fā)活動的觀測，數(shù)據(jù)來源于SOHO23．預(yù)報GIC的強(qiáng)度4．指明受GIC影響3．預(yù)報GIC的強(qiáng)度4．指明受GIC影響的地理區(qū)域或位置預(yù)報GIC事件的結(jié)束時間5．2．22預(yù)報系統(tǒng)是基于拉格朗日Ll點的太陽風(fēng)觀測數(shù)據(jù)和磁層的磁流體動流體動力模型實現(xiàn)的。Level2預(yù)報系統(tǒng)的預(yù)報結(jié)果是確定性的，而Level1統(tǒng)的預(yù)報結(jié)果是具有概率特性的。下面詳細(xì)介紹了兩級預(yù)報系統(tǒng)1．Level2Level2GIC預(yù)報是利用L1點的太陽風(fēng)觀測數(shù)據(jù)，理想情況下，依靠太陽風(fēng)時間相對較短，但仍舊可以為電力系統(tǒng)的運行人員提供60分鐘以內(nèi)的反應(yīng)時間從1點的ACE衛(wèi)星觀測到的太陽風(fēng)數(shù)據(jù)可以作為地球磁層MHD這個MHD模型將進(jìn)入磁層的太陽風(fēng)等離子體近似為一個單一的受電磁力作用的導(dǎo)電體流體。盡管這只是對復(fù)雜的空間等離子體的一個近似描述，但是此模型很好的重現(xiàn)了很多磁層的主要動力特征?，F(xiàn)階段，這個磁層MHD模型有一個很重征，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，如圖5．1所示?？偨Y(jié)起來，預(yù)報可以分兩步完成(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，計算得到地球表面的感應(yīng)地電場；2、感應(yīng)地電場計算電網(wǎng)中不同節(jié)點的GIC，如圖5．2所示。這兩個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)地電場計算電網(wǎng)中不同節(jié)點的項目中實際將ModelingCenter)中運行的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)，磁場參數(shù)，電流)和離層參數(shù)(電勢，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)計感應(yīng)地電場(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)中選定要計算的區(qū)域坐標(biāo)(眈，無)；3按時間步長得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，如圖5．4所示q圖5．3計算得到圖5_4復(fù)鏡像法計算感應(yīng)地電預(yù)測得到的電力系統(tǒng)中某節(jié)點的GIC值儲存為一個文本文檔。預(yù)報系統(tǒng)預(yù)測得到的電力系統(tǒng)中某節(jié)點的GIC值儲存為一個文本文檔。預(yù)報系統(tǒng)設(shè)置據(jù)的更新時間間隔為10分鐘，這個時間是可以根據(jù)實際需要進(jìn)行調(diào)整的。此模的運行速度快，可以實現(xiàn)提前15～60分鐘的實時預(yù)報透帶電粒子輻射會影響監(jiān)測數(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)報系統(tǒng)起到了很重要的作用，但Level1更長的提前預(yù)報時間啟動一臺火力發(fā)電機(jī)需要12h，所以提前更多時間預(yù)報大擾動的發(fā)生是極具意義的下，預(yù)報提前的時間越長，預(yù)報的準(zhǔn)確度也會隨之下降。Level1預(yù)報系統(tǒng)致力于由于現(xiàn)階段強(qiáng)大的計算能力以及許多日面和日球模型的建立都為預(yù)報創(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)會影響CME的傳播速和傳播方向。WSA模型能夠?qū)崿F(xiàn)對背景太陽風(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的時間以及太陽風(fēng)磁場的幅值1預(yù)報系統(tǒng)建立了一條模型鏈，將幾個模型結(jié)合起來，最終實現(xiàn)對首先，LASCO觀測到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的計算項目中用太陽風(fēng)數(shù)據(jù)和某點的GIC數(shù)據(jù)進(jìn)行概率耦合的方法實現(xiàn)1GIC預(yù)報詳見文獻(xiàn)[59】，如圖5．5用于計算的GIC模型由如下步驟得到。首先，從電網(wǎng)中待計算節(jié)點處取得的GIC數(shù)據(jù)，從附近的地磁臺站取得相應(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】中的方法計算對數(shù)正態(tài)條件概率分I Esw)，Esw是太陽風(fēng)傳遞的電場圖5-5Level1預(yù)報系統(tǒng)買2圖5-5Level1預(yù)報系統(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的方法實現(xiàn)GIC的預(yù)測。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，以引發(fā)的GIC5．2．3預(yù)報系統(tǒng)的終端實1989年3月發(fā)生的超強(qiáng)磁暴事件之后，美國電力研究院發(fā)起了名為項目工程，這個工程的主要目的就是實現(xiàn)電網(wǎng)中GIC水平的監(jiān)測。目前SUNBURST工具可以為電力運行人員提供實時的GIC監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括GIC事件太陽盾工程的預(yù)報系統(tǒng)的終端實現(xiàn)就是利用EPRI的SUNBURST工具。他們這個工具不僅能夠顯示監(jiān)測到的GIC，同時也可以顯示預(yù)報的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GIC的終端顯不event”表示沒圖中，左邊區(qū)域中“state”項顯示給使用者是否有事件發(fā)生GIC活動被預(yù)報出來oncoming”表示GIC活動已經(jīng)被預(yù)報出來了，但是underway”表示GIC活動正在發(fā)生。“ForecastStartTime”動還沒有開始測的GIC活動發(fā)生的時間，“ForecastEndTime”是預(yù)測的活動的結(jié)束時間5．2．4預(yù)報圖5．7中給出了2003年10月磁暴事件中北美電網(wǎng)中某節(jié)點的GIC觀測2的預(yù)報值。我們可以看到預(yù)報的GIC的幅值和時間跨度與實際測量的的幅值和時間都是很吻合的，這說明Level2預(yù)報系統(tǒng)具有很高的準(zhǔn)確性以14個暈狀CME事件為例1GIC預(yù)報結(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)束時間以及峰值。事件開始時間定義為波動的GIC從很小的背景幅值明顯變大的瞬時時間點，結(jié)束時間定義為GIC值平穩(wěn)的降幅值大小的時間，GIC的最大值即是開始到結(jié)束時間段內(nèi)GIC所達(dá)到的最大值“start”表示預(yù)報的開始時間誤差，“l(fā)ength”用的，第一個站14個事件中準(zhǔn)確預(yù)報了12個，第二個站準(zhǔn)確預(yù)報了7個MeasuredGIClat：53．2．10ng：一圖5．7電網(wǎng)中某訂點的GIC觀測值與220J吣Ⅻoh．1er啪2'CO．t．072DO，lMeasuredGIClat：53．2．10ng：一圖5．7電網(wǎng)中某訂點的GIC觀測值與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)報結(jié)果l5．3本章小統(tǒng)計學(xué)方法預(yù)報GIC需要龐大的數(shù)據(jù)量，由于計算精度的問題，經(jīng)常會出現(xiàn)警情況。在中低緯度地區(qū)，電網(wǎng)中GIC的監(jiān)測設(shè)備還很少，所以沒有足夠的數(shù)據(jù)太陽盾工程實現(xiàn)了對電網(wǎng)數(shù)據(jù)太陽盾工程實現(xiàn)了對電網(wǎng)GIC的兩級預(yù)報，對于空間天氣的研究而言，這是項具有重大影響的工程。但是2中MHD模型只適用于高600)的計算，所以需進(jìn)一步研究利用最先進(jìn)的內(nèi)部磁場模型，使得Level2也可以用于中低緯度地區(qū)的GIC預(yù)測兩級預(yù)報依賴于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，或者對于這兩顆衛(wèi)星沒有觀測到的事件，就不能進(jìn)行GIC了電網(wǎng)中裝有GIC監(jiān)測儀器的節(jié)點才能實現(xiàn)GIC的預(yù)報。更多的新的監(jiān)測點的建立可以幫助預(yù)報系統(tǒng)更廣泛的測預(yù)報有著極大的參考和學(xué)習(xí)價值第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，數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，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)致地球磁場水平分量減磁暴。地磁場的變化會在地球表面感生出電場，從而會在中性點接地的變地之間的回路中產(chǎn)生GIC2．經(jīng)過仔細(xì)的分析，得到雖然目前我國的空間天氣監(jiān)測機(jī)構(gòu)或單位能夠提供暴的預(yù)報，但從服務(wù)內(nèi)容、預(yù)報信息可以看出這些預(yù)報參數(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)測的GIC數(shù)據(jù)和SOHO提供的CME數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計析，得到電網(wǎng)GIC事件的發(fā)生及大小與CME所能獨立驅(qū)動的。CME的角寬度、初始速度和日面位置是驅(qū)動較大電網(wǎng)GIC鍵參數(shù)；在研究CME加速度對電網(wǎng)GIC大小的貢獻(xiàn)時還需結(jié)合CME尤其是對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、太陽風(fēng)速度和太陽風(fēng)動壓，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GIC的統(tǒng)計學(xué)方法和模型方法；詳細(xì)介紹了美國太陽盾工程6．2展隨著第4個太陽活動周的到來，對特高壓電網(wǎng)而言，其輸電距離長、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)險很大。采用實際的治理方法不僅從技術(shù)上非常困難，需要的投資也會非常大。如果實現(xiàn)通過CME對電6．2展隨著第4個太陽活動周的到來，對特高壓電網(wǎng)而言，其輸電距離長、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)險很大。采用實際的治理方法不僅從技術(shù)上非常困難，需要的投資也會非常大。如果實現(xiàn)通過CME對電網(wǎng)GIC干擾水平的預(yù)測、預(yù)報，對電網(wǎng)預(yù)防磁暴災(zāi)害意義重大。由于通過監(jiān)測資料對電網(wǎng)GIC事件的預(yù)測預(yù)報是難度很大的前沿課題，除了加強(qiáng)日地系統(tǒng)空間的探測之外，獲得我國不同地區(qū)、不同結(jié)構(gòu)電網(wǎng)的GIC數(shù)據(jù)，不僅是我國磁暴干擾研究與災(zāi)害防御的需求，并且對研究中低緯的空間天氣也具有重要意義，所以對我國電網(wǎng)開展全面監(jiān)測是需要盡快開始實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利用CME觀測預(yù)報GIC的研究只能通過統(tǒng)計分析和演繹推理的方法學(xué)科交叉以及實際條件的限制都使得這個課題面臨著巨大的困難，想要實現(xiàn)預(yù)報要引起電力行業(yè)足夠的重視和關(guān)注，更需要爭取空間天氣領(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)電流對變壓器震動、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)電流對變壓器震動、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．我國廣東電網(wǎng)的幾次強(qiáng)磁暴影響事件[J]學(xué)報，2008，51(4)：976—[6盤學(xué)南，玉小玲．變壓器運行噪聲異常的探討[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：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)r●L1N．Coronalejectionsof2006(27)：243-GopalswamyN，LaraA，YashiroS，eta1．Solarvariability inputr●Ltheenvironment[J】-ESA Division，2003，2003(403)：23-r●L高朋鑫，李可軍．日冕物質(zhì)拋射基本物理參數(shù)的統(tǒng)計特征[J】．天文學(xué)進(jìn)展2008(2)：117·-r●Linducedproject[Jpowerengineeringreview,1995，1995(21)，20—2BotelerD．H，WatanabeT，etofgeomagneticallyinducedr●LInthetransactionssystem[JLesherRL，PofterJW：ByedyRT．Sunburst-anetworkofgic【16 currentsPh-in[17systemsvariations[J】2825．283TransactionsonPower【18】PirjolaR．Reviewonthecalculationofsurfaceandfieldsandinduced ground—basedSurveysGeophysics，2002，23(1)：71—[19]BotelerDRmethod complex-andatthesurfaceofthebytheGeophysicalvariations[J】2825．283TransactionsonPower【18】PirjolaR．Reviewonthecalculationofsurfaceandfieldsandinduced ground—basedSurveysGeophysics，2002，23(1)：71—[19]BotelerDRmethod complex-andatthesurfaceofthebytheGeophysicalInt，1998，132(1)：31—[20】PirjolaR，ViljanenA．Compleximagemethodforcalculating byanauroralelectrojetoffinitelength[J】．AnnGeophysicac，1fields1998(16)：1434-[2l】美國宇航局．CCMCModeI[EB／OL]．：CCMC模[22】WangYM，ShenCL，WangS，eta1．Anempiricalformularelatingthestormsintensitytheinterplanetaryparameters[J]．GeophysRes[23]WangYinterplanetarycauselargestorms：fastforwardLett，2003b，30(13)：1preceding