太陽(yáng)并不像我們?nèi)庋劭雌饋?lái)的那么平靜，太陽(yáng)上突然的爆發(fā)性活動(dòng)會(huì)在日地空間引發(fā)一系列強(qiáng)烈擾動(dòng)。這種爆發(fā)性的太陽(yáng)活動(dòng)被稱為太陽(yáng)風(fēng)暴。當(dāng)太陽(yáng)風(fēng)暴襲擊地球，劇烈擾動(dòng)的地球磁場(chǎng)會(huì)在地球表面產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，進(jìn)而在地面長(zhǎng)距離導(dǎo)體設(shè)備中產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流（Geomagnetically induced currents, 簡(jiǎn)稱GIC）。
GIC會(huì)對(duì)高壓輸電網(wǎng)，油氣管道，高鐵等地面長(zhǎng)距離導(dǎo)電設(shè)備的安全運(yùn)行造成威脅。電網(wǎng)中的GIC會(huì)引起變壓器過(guò)熱，勵(lì)磁和無(wú)功損耗增加，威脅電網(wǎng)的安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至引起變壓器損毀和電網(wǎng)癱瘓，造成巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失，如，1989年的加拿大魁北克大停電事故就是太陽(yáng)風(fēng)暴引起電網(wǎng)癱瘓最典型的事例。一般認(rèn)為，高緯地區(qū)由于地磁擾動(dòng)劇烈，電網(wǎng)受GIC侵害的風(fēng)險(xiǎn)較高。但近些年來(lái)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電網(wǎng)規(guī)模、負(fù)荷日益增加，中低緯度地區(qū)電網(wǎng)受到GIC影響的報(bào)道日益增多。但是，超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴侵襲地球時(shí)，中低緯度地球電網(wǎng)的GIC到底會(huì)有多強(qiáng)？造成的后果將有多嚴(yán)重？這些地區(qū)是否需要投入力量進(jìn)行電網(wǎng)防護(hù)？這些都是懸而未決的問(wèn)題。另一方面，我國(guó)地處中低緯度地區(qū)，目前已經(jīng)建成了世界上電壓等級(jí)最高、傳輸距離最長(zhǎng)、負(fù)荷最高的輸電網(wǎng)絡(luò)，極端空間天氣條件下，這些電網(wǎng)中GIC的預(yù)測(cè)和模擬研究對(duì)保障電網(wǎng)在極端空間天氣條件下的安全運(yùn)行具有重要意義。
近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心空間天氣學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張佼佼研究員與合作者建立了基于全球三維MHD模型的中低緯度地區(qū)電網(wǎng)GIC計(jì)算模型，利用該模型他們模擬研究了一次卡林頓級(jí)別超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴（2012年7月23日太陽(yáng)風(fēng)暴事件）侵襲地球時(shí)，我國(guó)廣東500 kV電網(wǎng)的GIC變化情況，進(jìn)而對(duì)GIC引起的電網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)果表明，一旦該超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴襲擊地球，廣東電網(wǎng)54個(gè)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)中產(chǎn)生的GIC最強(qiáng)將超過(guò)300 A，這是該電網(wǎng)目前為止已監(jiān)測(cè)到過(guò)的最強(qiáng)GIC的3倍多，幅度與1989年魁北克電網(wǎng)事故中GIC的幅度相當(dāng)。如果電網(wǎng)不采取任何保護(hù)措施，GIC引起的電網(wǎng)癱瘓風(fēng)險(xiǎn)將非常大。該研究強(qiáng)調(diào)對(duì)中低緯度地區(qū)電網(wǎng)GIC的監(jiān)測(cè)，預(yù)報(bào)，防護(hù)的必要性。研究建立的電網(wǎng)GIC預(yù)測(cè)模型可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)風(fēng)-磁層-電離層-地磁擾動(dòng)-電網(wǎng)GIC作用過(guò)程的全鏈條展示，在未來(lái)電網(wǎng)規(guī)劃，電網(wǎng)GIC預(yù)測(cè)、預(yù)警及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，減災(zāi)防災(zāi)等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
圖1. 超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴侵襲下，地球磁層電流（左）和場(chǎng)向電流（右）密度。
圖2. 模擬計(jì)算的超強(qiáng)太陽(yáng)風(fēng)暴侵襲下，我國(guó)廣東500kV電網(wǎng)各變電站節(jié)點(diǎn)的GIC情況。
相關(guān)文章發(fā)表在國(guó)際知名期刊Space Weather上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金，子午工程高端用戶課題等項(xiàng)目的支持。
Citation：Zhang, J. J., Yu, Y. Q., Chen, W. Q., Wang, C., Liu, Y. D., Liu, C. M., & Liu, L. G. (2022). Simulation of Geomagnetically Induced Currents in a Low-Latitude 500 kV Power Network During a Solar Superstorm. Space Weather, 20(4), e2021SW003005. https://doi.org/https://doi.org/10.1029/2021SW003005
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