基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法及系统，天然气关键管道识别方法包括：步骤S1：获取天然气网络的拓扑结构及管道参数、管道流量数据；步骤S2：根据拓扑结构及管道参数、管道流量数据获得待识别管道的管道介数；步骤S3：构建天然气关键管道识别模型；步骤S4：根据管道介数通过天然气关键管道识别模型对待识别管道进行判断并输出识别结果。

Identification method and system of key natural gas pipeline based on complex network theory

【技术实现步骤摘要】
基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法及系统
本专利技术属于关键元件识别领域，具体地说，尤其涉及一种基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法及系统。
技术介绍
随着天然气在我国的广泛使用，其在我国的能源使用比重已经超过了5％，干线天然气管道的输送任务日益艰巨。作为我国主要生活能源之一，天然气能源的运输管道已经覆盖全国各个范围，干线天然气管道成为我国重要的战略能源通道，输气管道系统的运行安全问题会造成重大的经济与社会损失。因此，有效识别众多运输管道中的关键管道，加强保护措施，保障管道运行安全，够降低燃气管道风险，提高应急处置能力，对国民生活具有极其重要的意义。然而，目前为止仍未能提出一套系统、可行的气网管道重要性识别的方法，反观复杂电网，已形成比较成熟的关键环节评价体系，因此，根据天然气管网自身特点，适当地借鉴其它领域成熟的关键环节评价方法，是建立管网供气关键环节评价方法的一条重要途径。现有对管道重要性的估计主要基于直接法，即直接估算管道失效的后果，并以后果的严重性衡量重要度。为了获取所有管道和管道组合的重要度，需要历遍所有的N-1事件(一条管道失效)，N-2事件(两条管道同时失效)，直到N-n事件(n条管道同时失效)，否则就有遗漏某些关键单元的风险。n的选取应满足两方面条件：首先，n的选取应考虑到计算的可行性；其次，应符合“关键组分”的隐含之意，即少量管道在系统中发挥重要作用。此外，还有学者从致灾脆弱性、应急救援脆弱性、后果脆弱性3个方面进行分析，结合层次分析法，通过问卷调查和计算得到模糊评价矩阵，建立关键输管道的识别方法。但对于大规模天然气管网上述方法计算量大，且对历史数据具有较强依赖性，其结论不具有推广意义。由此，在天然气网规模日益增大、复杂度不断增加的情形下，对气网整体特性进行分析和理解显得尤其重要，从复杂网络的角度进行分析是一种非常重要的方法，因此亟需开发本发一种克服上述缺陷的基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法及系统。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法，其中，包括：步骤S1：获取天然气网络的拓扑结构及管道参数、管道流量数据；步骤S2：根据拓扑结构及管道参数、管道流量数据获得待识别管道的管道介数；步骤S3：构建天然气关键管道识别模型；步骤S4：根据管道介数通过天然气关键管道识别模型对待识别管道进行判断并输出识别结果。上述的天然气关键管道识别方法，其中，于所述步骤S2中，管道介数包括管道枢纽介数、管道距离介数及管道能力介数中的至少二者。上述的天然气关键管道识别方法，其中，于所述步骤S2中包括：根据待识别管道连通的气源至负荷节点的传输路径数及气网中所有气源至负荷节点的传输路径总数获得管道枢纽介数；根据气网中经过待识别管道的气源至负荷节点的管道流量加权传输距离之和与气网中所有气源至负荷节点的管道流量加权传输距离之和获得管道距离介数；根据气网中经过待识别管道的气源至负荷节点的管道流量加权传输能力之和与气网中所有气源至负荷节点的管道流量加权传输能力之和获得管道能力介数。上述的天然气关键管道识别方法，其中，于所述步骤S3中，基于管道介数指标的归一化，通过对管道介数进行加权获得天然气关键管道识别模型。上述的天然气关键管道识别方法，其中，于所述步骤S4中包括：步骤S41：设置天然气关键管道识别模型的权重系数；步骤S42：根据权重系数及管道介数获得待识别管道的关键度综合介数；步骤S43：根据关键度综合介数输出待识别管道的识别结果。本专利技术还提供一种基于复杂网络理论的天然气关键管道识别系统，其中，包括：采集单元，获取天然气网络的拓扑结构及管道参数、管道流量数据；管道介数获取单元，根据拓扑结构及管道参数、管道流量数据获得待识别管道的管道介数；模型构建单元，构建天然气关键管道识别模型；识别单元，根据管道介数通过天然气关键管道识别模型对待识别管道进行判断并输出识别结果。上述的天然气关键管道识别系统，其中，管道介数包括管道枢纽介数、管道距离介数及管道能力介数中的至少二者。上述的天然气关键管道识别系统，其中，所述管道介数获取单元包括：管道枢纽介数计算模块，根据待识别管道连通的气源至负荷节点的传输路径数及气网中所有气源至负荷节点的传输路径总数获得管道枢纽介数；管道距离介数计算模块，根据气网中经过待识别管道的气源至负荷节点的管道流量加权传输距离之和与气网中所有气源至负荷节点的管道流量加权传输距离之和获得管道距离介数；管道能力介数计算模块，根据气网中经过待识别管道的气源至负荷节点的管道流量加权传输能力之和与气网中所有气源至负荷节点的管道流量加权传输能力之和获得管道能力介数。上述的天然气关键管道识别系统，其中，所述模型构建单元基于管道介数指标的归一化，通过对管道介数进行加权获得天然气关键管道识别模型。上述的天然气关键管道识别系统，其中，所述识别单元包括：权重系数设置模块，设置天然气关键管道识别模型的权重系数；计算模块，根据权重系数及管道介数获得待识别管道的关键度综合介数；识别结果输出模块，根据关键度综合介数输出待识别管道的识别结果。本专利技术针对于现有技术其功效在于：本专利技术通过对管道流量传输路径、管道流量加权传输距离以及管道流量加权传输能力的定义，克服了已有关键管道识别方法的复杂性、对历史数据的强依赖性问题，并综合考虑了气网运行的实际物理特性。与传统的情景分析相比，本专利技术基于复杂网络理论的关键管道识别方法能够快速、准确地识别管网中对供气可靠性具有重大影响的关键管道。附图说明图1为本专利技术天然气关键管道识别方法的流程图；图2为图1中步骤S2的分步骤流程图；图3为图1中步骤S4的分步骤流程图；图4为本专利技术天然气关键管道识别系统的结构示意图。其中，附图标记为：采集单元：11管道介数获取单元：12模型构建单元：13识别单元：14管道枢纽介数计算模块：121管道距离介数计算模块：122管道能力介数计算模块：123权重系数设置模块：141计算模块：142识别结果输出模块：143具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”。复杂网络理论将实际网络(如天然气网)用点和边的形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法，其特征在于，包括：/n步骤S1：获取天然气网络的拓扑结构及管道参数、管道流量数据；/n步骤S2：根据拓扑结构及管道参数、管道流量数据获得待识别管道的管道介数；/n步骤S3：构建天然气关键管道识别模型；/n步骤S4：根据管道介数通过天然气关键管道识别模型对待识别管道进行判断并输出识别结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于复杂网络理论的天然气关键管道识别方法，其特征在于，包括：
步骤S1：获取天然气网络的拓扑结构及管道参数、管道流量数据；
步骤S2：根据拓扑结构及管道参数、管道流量数据获得待识别管道的管道介数；
步骤S3：构建天然气关键管道识别模型；
步骤S4：根据管道介数通过天然气关键管道识别模型对待识别管道进行判断并输出识别结果。


2.如权利要求1所述的天然气关键管道识别方法，其特征在于，于所述步骤S2中，管道介数包括管道枢纽介数、管道距离介数及管道能力介数中的至少二者。


3.如权利要求2所述的天然气关键管道识别方法，其特征在于，于所述步骤S2中包括：
根据待识别管道连通的气源至负荷节点的传输路径数及气网中所有气源至负荷节点的传输路径总数获得管道枢纽介数；
根据气网中经过待识别管道的气源至负荷节点的管道流量加权传输距离之和与气网中所有气源至负荷节点的管道流量加权传输距离之和获得管道距离介数；
根据气网中经过待识别管道的气源至负荷节点的管道流量加权传输能力之和与气网中所有气源至负荷节点的管道流量加权传输能力之和获得管道能力介数。


4.如权利要求1所述的天然气关键管道识别方法，其特征在于，于所述步骤S3中，基于管道介数指标的归一化，通过对管道介数进行加权获得天然气关键管道识别模型。


5.如权利要求4所述的天然气关键管道识别方法，其特征在于，于所述步骤S4中包括：
步骤S41：设置天然气关键管道识别模型的权重系数；
步骤S42：根据权重系数及管道介数获得待识别管道的关键度综合介数；
步骤S43：根据关键度综合介数输出待识别管道的识别结果。


6.一种基于复杂网络理...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文霞，黄钰辰，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京;11