【技术实现步骤摘要】
确定自适应控制双向输出大功率阴极保护电源的方法及系统
[0001]本专利技术涉及直流接地极对埋地油气管道影响防护领域，并且更具体地，涉及一种确定自适应控制双向输出大功率阴极保护电源的方法及系统。
技术介绍
[0002]直流输电系统接地极会对附近的埋地油气管道产生影响，在直流接地极与油气管道均十分密集的地方，直流接地极入地电流对附近油气管道的影响会很大。实际的埋地油气管道上使用了多种防护设施，主要包括绝缘接头、局部接地、牺牲阳极、强制阴极排流等。这些防护措施的存在会改变接地极入地电流对管道的影响，其中强制阴极保护电源是唯一一个有源防护设备，而且是可以根据干扰大小主动调节输出的设备。但是，油气管道上的阴极保护电源是针对自然腐蚀来设计的，很难应对高压直流接地极电流的影响。自然条件下的杂散电流幅值通常很小，长距离管道上的杂散电流分布没有规律，管道上目前使用的阴极保护设备的输出能力足以解决杂散电流引起的管道干扰问题，而直流接地极入地电流有电流幅值大（数千安）、短时间内稳定且电流方向固定的特点，受直接接地极电流干扰后，现有管道上的阴极保护系统由于输出能力小（通常最大输出电流为10～20A），且只能单向输出，很难解决接地极电流影响的干扰问题。比如，直流接地极阳极运行，流出数千安电流时，距直流接地极较近的管道处电位负偏，如果负偏过多，管道会有氢脆风险，两侧的管道可能会有腐蚀风险；直流接地极阴极运行，流入数千安电流时，距直流接地极较近的管道处电位正偏，管道会有腐蚀风险，两侧的管道可能会有氢脆风险。部分影响更严重的情况，甚至会导致阴极保...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种确定自适应控制双向输出大功率阴极保护电源的方法，其特征在于，所述方法包括：根据直流接地极参数、油气管道参数和土壤参数计算直流接地极电流影响下的油气管道最大泄漏电流密度和油气管道极化电位分布；根据所述油气管道最大泄漏电流密度和油气管道极化电位分布确定直流接地极对油气管道的干扰等级；根据所述油气管道极化电位分布和所述干扰等级确定拟配置的双向输出大功率阴极保护电源的数量；根据拟配置的双向输出大功率阴极保护电源的数量，以及设置的阴极保护电源优化配置的目标函数与约束条件，采用自适应控制算法确定阴极保护电源最优配置参数，所述阴极保护电源最优配置参数包括电源数量，电源位置，电源输出电流值和方向。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据直流接地极参数、油气管道参数和土壤参数计算直流接地极电流影响下的油气管道最大泄漏电流密度和油气管道极化电位分布，包括：将油气管道分段等效成包覆绝缘层的空心圆柱导体，将直流接地极分段等效成圆柱导体，以矩量法和电路理论为基础，建立直流接地极和油气管道的电路模型；基于所述直流接地极和油气管道的电路模型，根据直流接地极参数、油气管道参数和土壤参数计算直流接地极和油气管道上的泄漏电流，其中，直流接地极参数包括直流接地极位置、布置型式、材料及尺寸、入地电流方向及大小；油气管道参数包括油气管道位置、管径及埋深、防腐层类型及厚度、已有其他防护措施信息；土壤参数包括土壤结构、每层土壤电阻率及厚度；根据所述油气管道上的泄漏电流和设置的管道破损率计算油气管道最大泄漏电流密度；根据所述直流接地极和油气管道上的泄漏电流，计算油气管道的管道极化电位分布。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述油气管道最大泄漏电流密度和油气管道极化电位分布确定直流接地极对油气管道的干扰等级，包括：根据所述油气管道最大泄漏电流密度，通过法拉第电解定律计算油气管道的年腐蚀深度；根据第一比较结果和/或第二比较结果确定直流接地极对油气管道的干扰等级，其中，所述第一比较结果是所述年腐蚀深度和设置的深度阈值进行比较的结果，所述第二比较结果是所述油气管道极化电位分布和设置的电位区间的比较结果。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据第一比较结果和/或第二比较结果确定直流接地极对油气管道的干扰等级，包括：根据所述年腐蚀深度和设置的深度阈值确定第一比较结果，其中：当H1＜H＜H2时，确定第一比较结果为一般干扰，当H≥H2时，确定第一比较结果为严重干扰，当H≤H1时，确定第一比较结果为无干扰，式中，H为所述年腐蚀深度，H1为第一深度阈值，H2为第二深度阈值，且H1＜H2；根据所述油气管道极化电位分布和设置的电位区间确定第二比较结果，其中：当U
min1
＜U1＜U
min0
，或者U
max0
＜U2＜U
max1
时，确定第二比较结果为一般干扰，当U1≤U
min1
，
或者U2≥U
max1
时，确定第二比较结果为严重干扰，当U
min0
≤U1＜U
max0
时，确定第二比较结果为无干扰，式中，U1和U2分别为所述油气管道极化电位分布的下限值和上限值，U
min0
和U
max0
分别为管道极化电位正常区间的下限值和上限值，U
min1
和U
max1
分别为确定管道极化电位严重异常的下限值和上限值；当采用第一比较结果和第二比较结果，或者只采用第二比较结果确定直流接地极对油气管道的干扰等级时，以第二比较结果作为直流接地极对油气管道的干扰等级；当只采用第一比较结果确定直流接地极对油气管道的干扰等级时，以第一比较结果作为直流接地极对油气管道的干扰等级。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述油气管道极化电位分布和所述干扰等级确定拟配置的双向输出大功率阴极保护电源的数量，包括：当干扰等级为一般干扰时，设置2n+1个阴极保护电源，其中，油气管道极化电位最大处设置1个作为中心阴极保护电源，剩余2n个以中心阴极保护电源为中心沿油气管道对称分布，n为自然数；当干扰等级为严重干扰时，使用2个绝缘接头将油气管道分成电气独立的三段，其中，所述绝缘接头位置选择的依据为分段后的三段管道的最大泄漏电流密度基本相等，中间管道设置2n+1个阴极保护电源，其中，油气管道极化电位最大处设置1个作为中心阴极保护电源，剩余2n个以中心阴极保护电源为中心沿油气管道对称分布，其余两段管道分别设置p个和q个阴极保护电源，p和q为自然数。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据拟配置的双向输出大功率阴极保护电源的数量，以及设置的阴极保护电源优化配置的目标函数与约束条件，采用自适应控制算法确定阴极保护电源最佳配置，包括：步骤601，令中心阴极保护电源的位置坐标为0，根据阴极保护电源优化配置的约束条件确定拟配置的阴极保护电源的迭代初始值，生成N个粒子，其中，所述迭代初始值包括拟配置的双向输出大功率阴极保护电源的数量S，电源位置迭代初始值和电源输出电流初始值，每个粒子代表S个拟配置的阴极保护电源的位置坐标，以及输出电流值和方向的组合，所述约束条件包括任意两个相邻阴极保护电源的距离不小于距离阈值，阴极保护电源输出电流值不大于电流阈值；步骤602，采用粒子群算法，基于N个粒子确定的油气管道的最大泄漏电流密度和管道极化电位分布计算目标函数值，确定第t次迭代的N个粒子中的全局最优解和每个粒子的个体最优解，其中，t的初始值为1，当只根据第一比较结果确定干扰等级时，所述目标函数W的表达式为：表达式为：式中，max(CH)为管道最大年腐蚀深度，S为阴保电源数量； 为不同位置阴保电源输出电流向量，M为管道上的采样节点数，U
i
和J
i
分别为采样节点i的管道极化电位和泄漏电流密
度，mean(U)和mean(J)分别表示管道上所有采样节点管道极化电位平均值和泄漏电流密度平均值，c1，c2，c3，c4，c5分别表示不同目标项的惩罚系数(无量纲)；当只根据第二比较结果确定干扰等级，或者根据第一比较结果和第二比较结果确定干扰等级时，所述目标函数W的表达式为：所述目标函数W的表达式为：式中，max(max(U)+U
max0
,0)+max(U
min0
‑
min(U)+,0)表示管道极化电位与管道极化电位正常区间的下限值和上限值的差值；步骤603，当第t次迭代的目标函数值满足收敛条件时，结束迭代，取第t次迭代的全局最优解为阴极保护电源最佳配置，其中，所述收敛条件为t≤T，且满足∣W
t
‑
W
t
‑1∣＜A的次数大于B，T为迭代次数阈值，W
t
和W
t
‑1分别为第t次和第t
‑
1次迭代的目标函数值，A为收敛阈值，是一个常数，B为自然数；步骤604，当第t次迭代的目标函数值不满足收敛条件时，根据所述全局最优解和每个粒子对应的个体最优解，生成对每个粒子进行速度向量和位置向量的更新后的N个粒子，所述位置向量包括电源数量，电源位置和电源输出电流，所述速度向量是位置向量的更新方向，令t=t+1，返回步骤602，其中，所述粒子进行速度向量和位置向量更新的公式为：所述粒子进行速度向量和位置向量更新的公式为：式中，i为粒子的序号，1≤i≤N，N为粒子的总数；d为粒子变量的维度；t为迭代次数；v
id
(t)表示第t次迭代中第i个粒子第d维分量的速度矢量；x
id
(t)表示第t次迭代中第i个粒子第d维分量的位置矢量；pbest
id
表示第i个粒子第d维分量当前个体最优解，用gbest
d
表示第d维分量当前全局最优解；w为惯性因子，其值为非负数，其值较大时，全局寻优能力强，局部寻优能力弱，反之相反；c1和c2分别为个体学习因子和群体学习因子，rand()为介于0到1之间的随机数。7.一种确定自适应控制双向输出大功率阴极保护电源的系统，其特征在于，所述系统包括：参...
【专利技术属性】
技术研发人员：曹方圆，白锋，赵录兴，何堃，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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