一种杂散电流治理方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种杂散电流治理方法及系统，采集管地电位，利用所述管地电位获取对应区域的杂散电流特征频段信息；利用所述杂散电流特征频段信息计算占空比，将所述占空比经PWM调制后得到杂散电流治理装置的驱动信号。本发明专利技术通过采样管地电位提取出杂散电流特征频段信号的频段信息，实现了治理点杂散电流的快速跟踪，解决了现有技术响应速度慢的问题。解决了现有技术响应速度慢的问题。解决了现有技术响应速度慢的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种杂散电流治理方法及系统


[0001]本专利技术涉及杂散电流防护治理领域，特别是一种杂散电流治理方法及系统。

技术介绍

[0002]城市轨道交通在运行时对地会产生大量杂散电流(最大可达牵引电流的10％)，杂散电流通过防腐层漏点流入流出管道，极易造成管道局部阳极极化，导致阴保系统失效、管道服役寿命缩短。杂散电流直流干扰危害严重，直流干扰的腐蚀效率可高达交流腐蚀效率的50～100倍，1A杂散电流1年内可以腐蚀掉9.13kg钢铁，能够使壁厚8mm的钢管在数月腐蚀穿孔，导致管道发生泄漏/破裂，降低管道寿命，引发重大安全事故。因而，城市轨道交通对油气管道的动态直流干扰问题已成为能源输送系统不容忽视的重大威胁。
[0003]为了预防辖区整段管地电位的正向偏移，阴保系统常加大阴保电流输出，将导致出现局部管地电位过负情况，大幅加剧管道氢脆风险。同时动态变化的杂散电流导致阴保系统难以快速响应，在地铁交叉/并行段仍会出现管地电位正向偏移，无法从根本上解决杂散电流干扰难题。杂散电流干扰复杂，对油气长输管道的腐蚀更趋严重，而现有阴保系统难以支撑长输管道负电位阴极保护，亟待有效治理杂散电流直流干扰问题，保障能源系统安全运行。
[0004]现有杂散电流治理技术主要在干扰严重区域新增一条杂散电流泄放通道，通过减少杂散电流在管道破损点的流出量维持阴保系统正常运行。现有技术多聚焦材料防腐和电化学阴极保护，排流装置智能化水平低；采用牺牲阳极接地排流，受土壤电阻限制，接地排流效果不佳，牺牲阳极损耗大，难以形成有效防护。虽然近年来也有一些杂散电流强制排流技术研究，但对于引入油气管道的杂散电流排放与吸收仍存在较大技术缺陷，如响应速度慢，体积大，不便于在站外杂散电流干扰严重处布放安装等，对杂散电流的治理效果有限，响应速度慢，无法实现杂散电流的快速跟踪。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种杂散电流治理方法及系统，提高响应速度，实现杂散电流的快速跟踪。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种杂散电流治理方法，包括以下步骤：
[0007]S1、采集管地电位，利用所述管地电位获取对应区域的杂散电流特征频段信息；
[0008]S2、利用所述杂散电流特征频段信息计算占空比，将所述占空比经PWM调制后得到杂散电流治理装置的驱动信号；
[0009]步骤S2中，利用所述杂散电流特征频段信息计算占空比的具体实现过程包括：
[0010]A)保留所述杂散电流特征频段信号U
n_filter
(k)中幅值最大的h个分量，得到优选信号U
n_m
(k)；其中m表示优选信号的编号，m∈[1,h]；
[0011]B)对所述优选信号U
n_m
(k)进行IFFT变换，得到优选信号电位u
n_m
(x)；
[0012]C)对所述优选信号电位u
n_m
(x)取反，得到指令值U
ref
＝
‑
u
n_m
(x)；
[0013]D)将所述杂散电流治理装置的输出电压U
o
作为反馈值，并将所述指令值U
ref
与反馈值U
o
相减，差值经PR控制器，得到占空比D1：其中，ω
m
表示杂散电流的特征角频率，k
p
和k
r
表示PR控制器的比例系数；s为复变量；
[0014]其中，杂散电流治理装置数量为N个，每个所述杂散电流治理装置的正极与一辅助阳极、第一参比电极连接，负极与埋地管道连接；N≥1；所述第一参比电极用于采集所述管地电位；
[0015]所述杂散电流治理装置包括串联的双向反激变换器和全桥四象限变换器。
[0016]本专利技术的杂散电流治理装置结构简单，体积小，便于在站外杂散电流干扰严重处布放；本专利技术通过采样管地电位提取出杂散电流特征频段信号的频段信息，通过对杂散电流干扰影响最大的几个频段信号进行分频补偿控制，进一步提高了响应速度，可快速补偿治理点的动态杂散电流，实现了治理点杂散电流的快速跟踪，解决了现有技术响应速度慢的问题。
[0017]步骤S1的具体实现过程包括：
[0018]1)采集任一区域n的管地电位u
n
(x)，n∈[1,N]；
[0019]2)将所述管地电位u
n
(x)输入高通滤波器，滤除高频噪声干扰信号，得到滤波后的管地电位u
n_filter
(x)；
[0020]3)对滤波后的管地电位u
n_filter
(x)进行FFT变换，得到杂散电流特征频段信号U
n_filter
(k)。
[0021]本专利技术采集管地电位后，对管地电位进行高通滤波，然后进行FFT变换，处理过程简单，进一步提高了响应速度，实用性强。
[0022]所述埋地管道与阴极保护装置负极连接，所述阴极保护装置正极接阳极地床、第二参比电极；所述阴极保护装置包括串联的双向反激变换器和全桥四象限变换器；所述阴极保护装置控制过程包括：
[0023]I)获取N个杂散电流治理装置各自所在区域的管地电位，并计算每个区域的管地电位的平均值，得到任一区域n的电位平均值n∈[1,N]；
[0024]II)构建目标函数当目标函数F取得最小值时，判定区域n埋地管道的阴极保护平均状态处于最优水平，此时阴极保护装置的输出电流指令值为I
ref
；u
e
表示优化目标值；
[0025]III)将电流指令值I
ref
与阴极保护装置的输出电流I
o
相减，差值经过PI控制器得到占空比D2：D2＝k
p
(I
ref
‑
I
o
)+k
i
∫(I
ref
‑
I
o
)dt；其中，k
p
，k
i
分别表示PI控制器的比例系数和积分系数；
[0026]IV)将所述占空比D2经PWM调制，得到阴极保护装置的驱动信号。
[0027]本专利技术阴极保护装置控制过程不但可以实现辖区内油气管道在杂散电流干扰下保持最优阴保(阴极保护)状态，还可以保证站内阴保装置(阴极保护装置)的出力最小。
[0028]阴极保护电位的范围为
‑
1.2V≤u
e
≤
‑
0.85V。
[0029]所述辅助阳极位于阴极保护主站外并埋放在埋地管道旁，所述辅助阳极中心线与所述埋地管道轴线平行，能够最大化增加辅助阳极对埋地管道的覆盖范围。
[0030]作为一个专利技术构思，本专利技术还提供了一种杂散电流治理系统，其包括N个杂散电流治理装置；每个所述杂散电流治理装置的正极与一辅助阳极、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种杂散电流治理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、采集管地电位，利用所述管地电位获取对应区域的杂散电流特征频段信号；S2、利用所述杂散电流特征频段信号计算占空比，将所述占空比经PWM调制后得到杂散电流治理装置的驱动信号；其中，利用所述杂散电流特征频段信息计算占空比的具体实现过程包括：A)保留所述杂散电流特征频段信号中幅值最大的h个分量，得到优选信号U
n_m
(k)；其中m表示优选信号的编号，m∈[1,h]；B)对所述优选信号U
n_m
(k)进行IFFT变换，得到优选信号电位u
n_m
(x)；C)对所述优选信号电位u
n_m
(x)取反，得到指令值U
ref
＝
‑
u
n_m
(x)；D)将所述杂散电流治理装置的输出电压U
o
作为反馈值，并将所述指令值U
ref
与反馈值U
o
相减，差值经PR控制器，得到占空比D1：其中，s表示复变量，ω
m
表示杂散电流的特征角频率，k
p
和k
r
表示PR控制器的比例系数；所述杂散电流治理装置数量为N个，每个所述杂散电流治理装置的正极与一辅助阳极、第一参比电极连接，每个所述杂散电流治理装置的负极均与埋地管道连接；N≥1；所述第一参比电极用于采集所述管地电位；所述杂散电流治理装置包括串联的双向反激变换器和全桥四象限变换器。2.根据权利要求1所述的杂散电流治理方法，其特征在于，步骤S1的具体实现过程包括：1)采集任一区域n的管地电位u
n
(x)，n∈[1,N]；2)将所述管地电位u
n
(x)输入高通滤波器，滤除高频噪声干扰信号，得到滤波后的管地电位u
n_filter
(x)；3)对滤波后的管地电位u
n_filter
(x)进行FFT变换，得到杂散电流特征频段信号U
n_filter
(k)。3.根据权利要求1或2所述的杂散电流治理方法，其特征在于，所述埋地管道与阴极保护装置负极连接，所述阴极保护装置正极接阳极地床、第二参比电极；所述阴极保护装置包括串联的双向反激变换器和全桥四象限变换器；所述阴极保护装置控制过程包括：I)获取N个杂散电流治理装置各自所在区域的管地电位，并计算每个区域的管地电位的平均值，得到任一区域n的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王舒克，周乐明，罗安，袁征，刘同旭，黄福乐，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：