一种天然气管道运行方案自动响应方法技术

本发明专利技术提供了一种天然气管道运行方案自动响应方法，包括以下步骤：1)基于管网仿真模型，对运行方案进行模拟计算，将可行的运行方案导入运行方案数据库中，实现运行方案的数字化管理，包括运行方案的新增、修改和删除；2)通过运行方案数据库实现满足管道安全运行及上下游生产需求的运行方案的自动响应，自动响应包括正常工况和应急工况自动响应。3)采用“层次分析法+模糊隶属函数法”综合评价方法对运行方案进行综合评价；4)针对数据库自动响应无法保证最优性的短板，可调用优化算法自动响应模块，通过管网运行优化模型求解最优运行方案。本发明专利技术可以广泛应用于天然气管网领域，提高现场调度人员决策效率，保证管网系统安全高效运行。效运行。效运行。

【技术实现步骤摘要】
一种天然气管道运行方案自动响应方法


[0001]本专利技术涉及天然气管网运行
，尤其涉及一种基于管网仿真与管网运行优化的运行方案自动响应方法。

技术介绍

[0002]随着技术的更新发展，天然气长距离输送管道由单气源、单管不加压的输送方式向多气源、多管、多个加压站的输送方式进行演变。多气源气量分配、压缩机开机方案选择、各压气站压比选择、异常工况处理等，导致管道运行方案趋于复杂。目前，我国天然气管道运行方案多依靠传统方式进行数据管理，操作繁琐易出错且数据价值密度低，缺乏大规模运行方案统一管理的科学方法。在管道实际运行中，大多数运行方案由技术人员依据经验定性分析和制定。当考虑多个不同压缩机开机方案、不同压比、不同功率的运行方案时，难以凭经验做出准确判断。随着管道系统逐步扩大，亟需高效的数据管理技术与优化工具辅助制订运行方案，降低管道输送成本，提高经济效益。
[0003]在天然气管道运输过程中，必定会有能量消耗，分为直接消耗和间接消耗。其中，直接能耗是指压气站增压的能量消耗以及管道阻力损失能耗等；间接能耗是指输送过程中气体泄露等产生的损耗。能量消耗多少主要取决于管道运行方案，降低管道运行费用的主要途径就是合理选择管道运行方案。通过对气源供应量以及沿线压缩机开机方案的科学规划，可以使输气管道在平稳、安全运行的前提下，完成将规定量天然气输送至下游各用户的任务，保障用户用气的同时降低能耗。
[0004]在选择天然气管道运行方案时，主要考虑如何尽可能低的能耗输送同等气量，保证用户安全、连续、稳定用气，提高经济效益。运行方案的响应方法主要有最优化方法、模拟软件仿真计算和专家经验等。最优化方法可以保证运行方案最优性，但由于数学模型的复杂性和求解规模较大，不一定能得到可行解或最优解，且求解时间较长。模拟软件仿真计算和专家经验能得到可行解，但运行方案的最优性无法保证。因此，需结合两种方法，建立天然气管道运行方案自动响应方法体系，在能满足管道输气要求的基础上保证运行方案最优性。

技术实现思路

[0005]本专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，本专利技术的目的是提供一种基于管网仿真与管网运行优化的天然气管道运行方案自动响应方法。
[0006]为实现上述技术目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0007]一种天然气管道运行方案自动响应方法，其特征在于，所述自动响应方法包括以下步骤：
[0008]S1：根据数据库设计原则与需求分析，建立了天然气管网运行方案数据库，其中开机方案信息表包括各气源来气量、管道互联互通情况、管道输气能力、压缩机总功率、管道管存共22个运行参数；运行参数信息表包括站场开机台数、进站流量、入口压力、出口压力、
压比、转速、计算功率等详细参数。
[0009]S2：基于管网仿真模型，对运行方案进行模拟，将可行的运行方案导入设计好的运行数据库中，实现运行方案的数字化管理，包括运行方案的新增、修改和删除；
[0010]S3：通过运行方案数据库实现管道安全稳定运行、能耗较低的较优运行方案的自动响应，自动响应包括正常工况和应急工况下的自动响应。正常工况指管道在常规气源供气条件下，能满足下游用户用气需求，无需储气库应急气源或互联互通管道进行气量协调；应急工况是指因管道上游气源、管道沿线压气站、管道本身或下游用户出现异常导致供销气严重失衡。本专利技术仅讨论因管道上游气源供气过多或供气不足导致的应急供气事件，分别为气源供气量不足和气源供气量超过用户用气量的情景；
[0011]S4：采用“层次分析法+模糊隶属函数法”综合评价体系对运行方案进行综合评价，并对评价结果进行排序，便于使用者在较短时间内得到满足工况要求且较优的运行方案；
[0012]S5：针对数据库自动响应无法保证最优性的短板，可使用基于优化算法的自动响应模块。基于优化算法的自动响应模块能实现管道在气源供气量确定和供气量不确定条件下的优化求解，完成天然气管道全时段运行优化。该模块主要通过调用管网运行优化模型求解天然气管网最优运行方案，运行方案包括沿线最优压缩机开机方案以及气源最优供气量。
[0013]进一步地，所述步骤S2具体步骤为：
[0014]采用管网仿真模拟软件，以管道水力计算和热力计算为基础，以管道基础物理参数和运行控制条件为边界，结合管网中压缩机等设备运行特性，建立管网稳态仿真模型；
[0015]基于管网稳态仿真模型，开展运行方案输气能力分析，通过不同运行方案的模拟计算，分析不同压缩机开机方案对管道输气能力、管存、干线压缩机总功率的影响，将满足输气能力需求的运行方案导入运行方案数据库中；
[0016]运行方案数据库管理主要实现运行方案在数据库中的新增、修改及删除功能。具体实现方法为：以数据库作为支撑，创建执行语句，最后处理执行管理操作。
[0017]进一步地，所述步骤S3具体步骤为：
[0018]基于运行方案数据库中大量运行方案，采用数据库模糊查询技术，正常工况下可采用4种查询模式，分别为流量查询模式、压气站查询模式、流量+压气站查询模式及压缩机开机方案查询模式，应急工况下可采用2种查询模式，分别为欠量查询模式和超量查询模式；
[0019]根据现场实际工况，选择合适的查询方法，完成不同工况下管道运行方案自动响应。
[0020]进一步地，所述步骤S4具体步骤为：
[0021]查询出满足条件的运行方案后，结合“层次分析法+模糊隶属函数法”综合评价方法，评价步骤为：
①
构造管道运行方案数据库层次分析结构，其中，目标层为管道运行方案评价得分，准则层为运行安全性与经济性，指标层为管道管存、压力波动范围、气源点个数、管道输气能力、增压消耗功率；
②
构造判断矩阵对准则层和指标层进行一致性检验；
③
指标权重计算；
④
管道运行方案评价指标无量纲化处理
⑤
管道运行方案综合评价计算。
[0022]将运行方案中开机方案信息和运行参数信息的评价得分录入数据库中，便于现场人员快速筛选出安全性较高的运行方案。
[0023]进一步地，所述步骤S5具体步骤为：
[0024]调用基于优化算法的自动响应模块，根据现场实际情况，选择使用气源供气量已知或未知模型；
[0025]供气量已知条件下，结合供气量、节点分输量、压缩性能参数等已知参数，基于优化模型，以运行能耗最低为优化目标，求解出管道最优运行方案，运行方案包括压气站的投运方式、压缩机的开机台数、进出口压力、压缩机转速及单机功率。
[0026]供气量未知条件下，气源供气量由已知量变为优化变量，结合节点分输量、压缩性能参数等已知参数，优化模型中目标函数、约束条件与气源供气量已知条件相同，求解出管道最优运行方案，运行方案包括气源供气量、压气站的投运方式、压缩机的开机台数、进出口压力、压缩机转速及单机功率。
[0027]所述步骤S5中的气源供气量已知条件下管道运行优化模型对目标函数表达式为：
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气管道运行方案智能决策方法，其特征在于，所述智能决策方法包括以下步骤：S1：根据数据库设计原则与需求分析，建立了天然气管网运行方案数据库，其中开机方案信息表包括各气源来气量、管道互联互通情况、管道输气能力、压缩机总功率、管道管存共22个运行参数；运行参数信息表包括站场开机台数、进站流量、入口压力、出口压力、压比、转速、计算功率等详细参数；S2：基于管网仿真模型，对运行方案进行模拟，将可行的运行方案导入设计好的运行数据库中，实现运行方案的数字化管理，包括运行方案的新增、修改和删除；S3：通过运行方案数据库实现管道安全稳定运行、能耗较低的较优运行方案的智能决策，智能决策包括正常工况和应急工况下的智能决策；正常工况指管道在常规气源供气条件下，能满足下游用户用气需求，无需储气库应急气源或互联互通管道进行气量协调；应急工况是指因管道上游气源、管道沿线压气站、管道本身或下游用户出现异常导致供销气严重失衡；本发明仅讨论因管道上游气源供气过多或供气不足导致的应急供气事件，分别为气源供气量不足和气源供气量超过用户用气量的情景；S4：采用“层次分析法+模糊隶属函数法”综合评价体系对运行方案进行综合评价，并对评价结果进行排序，便于使用者在较短时间内得到满足工况要求且较优的运行方案；S5：针对数据库智能决策无法保证最优性的短板，可使用基于优化算法的智能决策模块，基于优化算法的智能决策模块能实现管道在气源供气量确定和供气量不确定条件下的优化求解，完成天然气管道全时段运行优化；该模块主要通过调用管网运行优化模型求解天然气管网最优运行方案，运行方案包括沿线最优压缩机开机方案以及气源最优供气量。2.如权利要求1所述的所述步骤S2具体步骤为：采用管网仿真模拟软件，以管道水力计算和热力计算为基础，以管道基础物理参数和运行控制条件为边界，结合管网中压缩机等设备运行特性，建立管网稳态仿真模型；基于管网稳态仿真模型，开展运行方案输气能力分析，通过不同运行方案的模拟计算，分析不同压缩机开机方案对管道输气能力、管存、干线压缩机总功率的影响，将满足输气能力需求的运行方案导入运行方案数据库中；运行方案数据库管理主要实现运行方案在数据库中的新增、修改及删除功能，具体实现方法为：以数据库作为支撑，创建执行语句，最后处理执行管理操作。3.如权利要求1所述的所述步骤S3具体步骤为：基于运行方案数据库中大量运行方案，采用数据库模糊查询技术，正常工况下可采用4种查询模式，分别为流量查询模式、压气站查询模式、流量+压气站查询模式及压缩机开机方案查询模式，应急工况下可采用2种查询模式，分别为欠量查询模式和超量查询模式；根据现场实际工况，选择合适的查询方法，完成不同工况下管道运行方案智能决策。4.如权利要求1所述的所述步骤S4具体步骤为：查询出满足条件的运行方案后，结合“层次分析法+模糊隶属函数法”综合评价方法，评价步骤为：
①
构造管道运行方案数据库层次分析结构，其中，目标层为管道运行方案评价得分，准则层为运行安全性与经济性，指标层为管道管存、压力波动范围、气源点个数、管道输气能力、增压消耗功率；
②
构造判断矩阵对准则层和指标层进行一致性检验；
③
指标权重计算；
④
管道运行方案评价指标无量纲化处理；
⑤
管道运行方案综合评价计算；
将运行方案中开机方案信息和运行参数信息的评价得分录入数据库中，便于现场人员快速筛选出安全性较高的运行方案。5.如权利要求1所述的所述步骤S5体步骤为：调用基于优化算法的自动响应模块，根据现场实际情况，选择使用气源供气量已知或未知模型；供气量已知条件下，结合供气量、节点分输量、压缩性能参数等已知参数，基于优化模型，以运行能耗最低为优化目标，求解出管道最优运行方案，运行方案包括压气站的投运方式、压缩机的开机台数、进出口压力、压缩机转速及单机功率；供气量未知条件下，气源供气量由已知量变为优化变量，结合节点分输量、压缩性能参数等已知参数，优化模型中目标函数、约束条件与气源供气量已知条件相同，求解出管道最优运行方案，运行方案包括气源供气量、压气站的投运方式、压缩机的开机台数、进出口压力、压缩机转速及单机功率。6.如权利要求1所述步骤S5中所述的气源供气量已知条件下管道运行优化模型对目标函数表达式为：式中，f为压气站增压能耗费用，元；为管道沿线压气站总座数，座；S
l
为压气站投运变量，S
l
＝0时，表示第l座压气站不投运，S
l
＝1时，表示第l座压气站正常投运；δ
k,l
为第k座压气站中第l台压缩机开机数；E
l
为压缩机用能价格，元/h；W
l,k
为第k座压气站第l台压缩机的单机功率，kW；t
l<...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，彭思洲，梁光川，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：