[发明专利]大规模埋地油气管道GIC和PSP计算方法

说明书

本发明公开了一种基于广义对称分量的直流有源电路等效的大规模埋地管道GIC和PSP计算方法，包括：第一步，将大规模埋地油气管道等效电路分成若干部分；第二步，选取大规模埋地油气管道等效电路的若干部分之一，保留其非线性电路部分，利用有源Y—△型联结电路变换正变换和有源Y—△型联结电路逆变换，对大规模埋地油气管道等效电路的其余部分进行等效电路变换实现简化，从而将高阶大规模埋地油气管道等效电路变成低阶埋地油气管道等效电路；第三步，利用回路电流方程或节点电压方程求解低阶埋地油气管道等效电路GIC和PSP；第四步，将大规模埋地油气管道等效电路的若干部分的每一部分都分别扫描计算一遍，集成若干部分的计算结果就得到大规模埋地油气管道GIC和PSP全部结果。本发明的技术方案解决了现有技术中含非线性电路的大规模埋地油气管道GIC和PSP求解难题。

技术领域

本发明涉及埋地油气管道自然灾害防御技术领域，具体涉及一种基于广义对称分量的直流有源电路等效的大规模埋地管道GIC和PSP计算方法。

背景技术

由于现场实际大规模埋地油气管道纵横交错，其等效电路也就会错综复杂，另外，由于受地磁暴影响后的等效电路是有源分布的。这样，埋地油气管道网络含分布源等效电路模型就会更加复杂，而且，网络规模极其庞大，就给埋地油气管道GIC和PSP的计算带来困惑。解决问题的途径在传统上一般有回路电流方法和节点电压方法两种方法。在回路电流方法中，研究发现，由于埋地油气管道网络的大规模特征使回路电流方法回路方程阶数增多，从而使求解GIC(地磁感应电流GIC，Geomagnetically Induced Current)和PSP(干扰管地电位PSP，Pipe to Soil Potential)的计算收敛速度变得太慢，当高阶代数方程阶数过多时，会导致仿真计算有时甚至不能求出真解或导致算法根本无法给出收敛的计算结果。同样，在节点电压方法中，研究发现，存在与回路电流方法同样的问题，埋地油气管道网络的大规模特性使节点电压方法中的节点方程阶数增高，从而使求解GIC和PSP的计算收敛速度变得太慢，当高阶代数方程阶数过多时，会导致仿真计算有时甚至不能求出真解或导致算法根本无法给出收敛的计算结果。

为了能够利用传统回路电流方法和节点电压方法求解大规模埋地油气管道网络的GIC和PSP，必须对大规模埋地油气管道网络等效电路进行降阶化简处理。已有方法有两种：对于单端固定的放射状电路，应用戴维南定理或诺顿定理等效方法比较有效；对于双端固定的闭合电路回路，一般应用Y－△型联结电路变换方法效果较好。

在单端固定的放射状电路的戴维南定理或诺顿定理等效方法中。对于线性的埋地油气管道等效电路，为解决其大规模GIC和PSP计算问题，以往的传统解决办法是：首先从电路中选择所要计算GIC和PSP的管道及其所对应等效电路，然后，从电路首端或末端开始，通过使用戴维南定理或诺顿定理迭代等效电路来进行等效，得到简化电路(包含所选择的要计算的管道GIC和PSP所对应等效电路)并求解得到所选择管道的GIC和PSP结果，从而，同理进一步可以使大规模电路可求解并能够提高求解速度。但是，如果要考虑埋地油气管道电路中所含的阴极保护装置或非线性的去耦合器等对埋地油气管道电路的影响时，尽管埋地油气管道电路是线性非实变的，但是，由于阴极保护装置或非线性的去耦合器等的非线性模型特性，叠加原理已不再适用，对其非线性电路进行等效是极其困难的甚至是不可能的。因此，在其GIC和PSP仿真计算过程中，只能对线性电路进行等效，使用戴维南定理或诺顿定理迭代法则对非线性电路进行等效面临了叠加原理不适用的挑战。这样，在单端固定的放射状电路的求解过程中，为化简电路就必须尝试寻找从两端受限电路内任意一点开始对电路进行迭代等效方法，其问题的核心是双端固定的闭合线性电路等效问题。