《Electric Power Systems Research》：SVC-assisted power factor optimization: A dual-benefit strategy for grid efficiency and pipeline integrity management
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电磁干扰下埋地管道腐蚀抑制及电网效率提升的静态无功补偿器协同优化策略研究。该研究提出SVC辅助的功率因数优化方法，通过电磁建模与电化学验证的集成框架，建立感应电流密度（0-200 A/m2）与API X70钢腐蚀速率（0.119-0.404 mm/year）的定量关系，成功将某400 kV输电线路的电流密度从24.14降至19.99 A/m2，在满足20 A/m2安全阈值的同时实现434 MVAR无功补偿，实现电网效率与基础设施保护的双重效益。
M’hamed Ouadah | Omar Touhami | Rachid Ibtiouen | Ahlem Chahinez Kadri | Sofiane Chabane
阿尔及利亚阿尔及尔国家高级技术学院，邮政信箱474，邮编16001
摘要
本研究提出了一种主动的源头控制策略，通过静态无功补偿器（SVC）辅助的功率因数优化来减轻埋设管道上的电磁干扰（EMI）。该集成框架将电磁建模与电化学验证相结合，建立了感应电流密度（Jind）与API X70钢材腐蚀速率之间的定量关系（随着Jind从0增加到200 A/m2，腐蚀速率从0.119毫米/年增加到0.404毫米/年）。对于一条400千伏、900兆瓦的输电线路，迭代优化算法实现了0.966的最佳功率因数，将Jind从24.14 A/m2降低到19.99 A/m2，同时满足20 A/m2的安全阈值，并节省了434 MVAR的无功功率。这些成果体现了三个关键贡献：（1）SVC技术在跨基础设施应用中的创新，超越了传统的经济优化目标；（2）验证了Jind与腐蚀速率之间的定量关系，有助于风险评估；（3）这种双重效益的解决方案在提高电网效率的同时，保护了共享能源走廊中的管道完整性。
引言
埋设的金属管道是全球能源运输网络的重要组成部分，其结构完整性主要依靠阴极保护（CP）系统来保障[1]。当这些管道与高压交流输电线路（HVPTLs）共享走廊时，会面临重大挑战，因为这些线路产生的电磁场通过感应、电容和导电耦合机制在管道上产生交变电压和电流[[2], [3], [4], [5], [6]]。这种电磁干扰（EMI）会降低CP的效果，并促进交流（AC）腐蚀，显著增加管道退化或失效的风险，带来严重的环境和经济后果[7,10]。特别是，HVPTLs产生的EMI主要通过感应耦合引起电流，其中感应电流密度（Jind是评估腐蚀风险的关键参数[11,12]。国际标准定义了三种风险等级——Jind ≤ 20 A/m2（安全）、20–100 A/m2（不确定）和Jind > 100 A/m2（高风险）[12]——为制定缓解策略提供了定量阈值。
传统的缓解方法主要集中在管道端，如梯度控制垫、补充接地和增强阴极保护[13–17]。虽然这些方法可以缓解腐蚀症状，但它们忽视了电力网络内部的干扰根源，并且效果因情况而异，还会带来显著的经济成本[18,19]。这种被动应对方式凸显了一个关键的研究空白：需要采取与现代智能电网能力相匹配的主动源头控制策略，从源头解决EMI问题。
同时，柔性交流输电系统（FACTS）技术的发展使得静态无功补偿器（SVC）成为电网侧优化的有效工具，主要用于电压调节、损耗减少和配电网络的经济效率提升[[20], [21], [22], [23], [24], [25]]。最近的研究证明了SVC在经济优化方面的有效性[26]，以及电容器组在成本效益高的无功补偿中的作用[27]，但这些应用仍然局限于电网侧。然而，输电线路电流与电磁干扰之间的内在关系[28]提供了一个未探索的机会：将SVC技术从经济优化重新用于基础设施保护。
本研究通过证明SVC辅助的功率因数优化可以同时保护埋设管道的完整性和提高电力系统的运行效率，实现了范式的转变。该框架通过三个主要贡献推动了技术进步：首先，它展示了SVC技术在跨基础设施应用中的创新，将其传统作用从纯粹的经济电网优化扩展到主动控制电磁干扰源头，保护相邻的关键基础设施——这是FACTS文献中尚未涉及的一个方面；其次，建立了集成的多物理场验证框架，将电磁干扰参数（特别是感应电流密度）与实验得出的电化学腐蚀指标定量关联起来，从而明确了电力系统运行条件与材料退化速率之间的直接关系；第三，开发了一种受安全约束的双重效益优化算法，在保持Jind低于腐蚀阈值的同时，通过无功功率补偿提高电网效率，其有效性已在实际的输电水平运行场景中得到验证。通过结合电力系统工程、电磁场理论和腐蚀电化学，这项工作为日益一体化的能源走廊中的基础设施保护提供了一个全面且主动的框架。
方法部分
SVC辅助功率因数优化的综合方法
本研究的核心是一种专有的迭代算法，用于确定确保相邻埋设管道完整性所需的最小功率因数校正水平。所提出的方法将电磁场理论、基于电路的建模和控制逻辑无缝集成在一个统一的仿真框架中。后续部分介绍了完整的方法工作流程以及在数值环境中实现的控制方程。
结果与讨论
本节展示了我们的研究结果并进行了解释。我们首先描述了研究系统和基线EMI风险，然后对腐蚀机制进行了电化学验证。结果证明了塔架配置选择的有效性，以及核心成果：通过SVC辅助的功率因数优化成功减轻了EMI。所有电磁耦合计算、SVC控制模拟和优化程序都
结论
本研究证实了SVC辅助的功率因数优化是一种有效的主动电磁干扰管理方法，填补了综合能源基础设施保护中的一个关键空白。研究表明，能够定量关联Jind与腐蚀速率（0.119→0.404毫米/年），通过功率因数优化将感应电流密度维持在20 A/m2的安全阈值以下（0.966），同时提供434 MVAR的无功补偿，有效
作者贡献声明
M’hamed Ouadah：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、项目管理、方法论。
Omar Touhami：初稿撰写、验证、监督。
Rachid Ibtiouen：初稿撰写、验证、监督。
Ahlem Chahinez Kadri：初稿撰写、方法论、研究。
Sofiane Chabane：初稿撰写、可视化、验证、方法论。
