Preliminary study of the sensitivity to geomagnetic storms of the power network substations in Portugal south region

Abstract

A rede elétrica portuguesa é suscetível a tempestades geomagnéticas, que criam correntes geomagnéticas induzidas (GICs) que afetam os transformadores das subestações da rede. Este trabalho começa com uma revisão do processo de acoplamento Sol-Terra, com foco no vento solar como elemento de conexão. Em seguida, é feita uma aplicação original do código de Pethick para explicar o efeito dos modelos de condutividade 1D no cálculo da matriz de impedância MT, seguida por uma análise original de cinco tempestades geomagnéticas durante o início da fase de declínio do ciclo solar 24, combinando dados geomagnéticos do observatório magnético de Coimbra com dados de satélite dos parâmetros do vento solare. Em seguida é usada uma combinação de um determinado modelo simplificado de condutividade, para a região sul de Portugal continental, com os sinais de tempestade geomagnética para produzir gráficos originais do campo elétrico induzido, destacando o efeito da costa. Isso leva, finalmente, ao uso original de uma versão modificada do código GEOMAGICA, num modelo da região sul de Portugal, para testar a sensibilidade de diferentes subestações a uma mudança nas tempestades geomagnéticas e nos parâmetros de resistência de aterramento. Este trabalho também conclui que algumas subestações dificilmente sentem alguma diferença quando a resistência de aterramento é alterada, mas outras sentem, e o facto de se considerar o valor standard de 0.20 Ohm pode resultar num erro de cálculo da GIC da ordem de sim 10%.

The Portuguese power network is susceptible to geomagnetic storms, which create geomagnetic induced currents (GICs) that affect the transformers of the network substations. This work starts with a review on the Sun-Earth coupling process focusing on the solar wind as the connecting element. Then it is made an original application of Pethick to explain the effect of 1D conductivity models on the computation of the MT impedance matrix followed by an original analysis of five geomagnetic storms during the begin of decline phase of solar cycle 24, combining geomagnetic data of the magnetic observatory of Coimbra with satellite data of solar wind parameters. Next it is used a combination of a given simplified model of conductivity for the southern region of Portugal mainland with the geomagnetic storm signals, to produce original charts of the induced electric field, highlighting the coast effect. This leads to, finally, an original use of a modified version of the GEOMAGICA code on a model of the Portuguese southern region, to test the sensitivity of different substations to a change in the geomagnetic storms and in the earthing resistance parameters. It is found that the STVR substation has the highest GIC maximum for each storm and that the stronger the geomagnetic storm, the more intense is the GIC in the substations. This work also conclude that some substations hardly feel some difference when the earthing resistance is changed but others do, and the assumption of 0.20 Ohms values can result in a GIC miscalculation of the order of 10%.