【技术实现步骤摘要】
一种基于压力控制的成品油调度方法及装置
本专利技术涉及成品油输送
，尤其涉及一种基于压力控制的成品油调度方法及装置。
技术介绍
目前，成品油管道顺序输送已经成为国内外成品油运输的主要方式。成品油输送以市场为导向，需求种类和需求量并不固定，管道结构相对复杂，因此成品油调度问题是一个十分复杂的问题。一般情况下，不同种油品按照一定的顺序地注入管道中，油品之间不设置隔离器分隔而是直接相邻，前行油品与后行油品在管道中运移的过程中势必会在油品界面附近发生掺混形成一定量的混油，存在混油段的管段应当避免停输，同时油品注入序列应仔细考虑，避免物性差异大的油品相邻输送。在成品油调度问题中，也应将启泵方案确定问题考虑进去，运行过程中不同的启泵方案会导致不同的运行费用，在安全输送的基础上优化选择费用最低的启泵计划有利于降低成本。除此之外，顺序输送过程当中的水力问题也比较复杂，根本上是由于输送的不同种油品的物性不同，不同的密度和粘度造成运动过程的沿程摩阻差别较大。仅考虑批次排序约束时，成品油管道调度问题属于非线性规划问题，启泵方案优化也属于非线性规划问题，若再考虑压力与流量的非线性耦...
【技术保护点】
1.一种基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，包括：根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，所述约束条件包括批次运移约束、下载约束、管道流量约束、特征曲线的线性化约束、泵站约束以及压力约束；在所述成品油运输的约束条件下确定成品油管道调度运行过程中的最优成本。
【技术特征摘要】
1.一种基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，包括：根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，所述约束条件包括批次运移约束、下载约束、管道流量约束、特征曲线的线性化约束、泵站约束以及压力约束；在所述成品油运输的约束条件下确定成品油管道调度运行过程中的最优成本。2.根据权利要求1所述的基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，包括：根据成品油的批次运移数据，建立批次运移约束；所述根据成品油的批次运移数据，建立批次运移约束，包括：令上一个批次的油品体积坐标等于下一个批次油尾体积坐标，并且当批次油头体积坐标大于一节点时，确定该批次油头已经越过该节点：即当VBt,j＞VZi时，BCLAt,i,j等于1；VBt,j-VZi≤BCLAt,i,jMi∈I,j∈J,t∈T公式(1)；VBt,j-VZi≥(BCLAt,i,j-1)Mi∈I,j∈J,t∈T公式(2)；令同一批次成品油到达上一节点的时间早于到达下一节点的时间，并且对于同一节点，上一批次成品油到达该节点的时间早于下一批次成品油到达该节点的时间：即BCLAt,i,j≥BCLAt,i+1,ji＜imax,j∈J,t∈T公式(3)；BCLAt,i,j≥BCLAt,i,j+1i∈I,j＜jmax,t∈T公式(4)；在调度周期的开始时刻，管道内已存在的批次成品油的体积坐标已知，确定后注入的批次成品油的体积坐标：即VBt,j＝VBIjj∈Jold,t∈T,t＝1公式(5)；Jold＝{1,2,…,joldmax}，表示管道中存在的批次油品集合；j,j'∈J＝{1,2,…,jmax}，表示管道中运输的油品批次，J＝{jold∪jold},jmax＝joldmax+jnewmax，jmax表示批次最大编号；将每个节点的输送批次成品油由判别变量ifdi和二元变量BCLAt,i,j约束，当批次油头已越过节点i而下一批次油头还未到达节点i时，节点能够下载该批次成品油；若节点i不是分输站，即ifdi＝0，其分输流量等于0：即有BCLt,i,j＝BCLAt,i,j-BCLAt,i,j+1i∈I,j＜jmax,t∈T公式(7)；QDt,i,j≤ifdiBCLt,i,jMi∈I,j∈J,t＜tmax公式(9)；令同一时刻，管道节点处仅流过一种油品：即根据批次油头越站二元变量确定批次油头位置：即BCZt,i,j＝BCLAt,i,j-BCLAt,i+1,ji＜imax,j∈J,t∈T公式(11)；令同一时刻，一条管段中最多存在一个批次界面：即批次油头体积坐标等于上一时刻体积坐标加上批次油头所在管段的管段流量乘以时步长度；若批次没到达首节点，其体积坐标增加值为t时步内的注入体积；若批次油头已到达末节点，其体积坐标增加值为0；即有VBt+1,j≤VBt,j+Qt,iΔt+(1-BCZt,i,j)Mi＜imax,j∈J,t＜tmax公式(13)；VBt+1,j≥VBt,j+Qt,iΔt+(BCZt,i,j-1)Mi＜imax,j∈J,t＜tmax公式(14)；VBt+1,j≤VBt,j+Qt,1Δt+BCLAt,1,jMj∈J,t＜tmax公式(15)；VBt+1,j≥VBt,j+Qt,1Δt-BCLAt,1,jMj∈J,t＜tmax公式(16)；VBt+1,j-VZi≤(1-BCLAt+1,i,j+BCLAt,i,j)Mi∈I,j∈J,t＜tmax公式(19)；其中，i∈I＝{1,2,…,imax}，i表示注入站场、分输站场、泵站、管道高点、管道低点以及末站管道的节点编号；imax表示节点的最大编号，即末站管道的节点编号；j∈J＝{1,2,…,jmax}，j表示成品油批次编号；jmax表示成品油批次最大编号；t∈T＝{1,2,…,tmax}，t表示时间节点的编号；tmax表示时间节点的最大编号；VBt,j表示第t时步开始时刻批次j油头体积坐标；VZi表示第i节点的体积坐标；BCLAt,i,j表示批次油头越站二元变量；若第t时步开始时刻批次j已经越过第i节点，则BCLAt,i,j＝1，否则BCLAt,i,j＝0；M表示无穷大值；VBIj表示调度周期的开始时刻，成品油批次j的体积坐标；VOj'表示成品油批次j′的注入总体积；BCLt,i,j表示二元变量，如果t时刻批次j的油头超过节点i，而批次j的油尾未超过节点i，则BCLt,i,j为1；否则为0；QDt,i,j表示第t时步内第i节点下载油品j的下载流量；ifdi表示下载站判别二元参数；若第i节点为下载站，则ifdi＝1，否则ifdi＝0；BCBt,i,j表示油品跨站二元变量；若第t时步开始时刻油品j正流过第i节点，BCBt,i,j＝1，否则BCBt,i,j＝0；BCZt,i,j表示批次油头位置二元变量；若第t时步开始时刻批次j油头正处于第i节点到第i+1节点之间管段中，BCZt,i,l＝1，否则BCZt,i,l＝0；Qt,i表示第t时步内第i节点到第i+1节点之间管段流量；Δt表示时步长。3.根据权利要求2所述的基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，还包括：根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的下载约束；所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的下载约束，包括：设置油品下载在实际节点中的允许偏差值μ为5％，即μ＝5％；且令各节点的油品下载符合：令节点的下载体积满足：在任一时刻，当节点开始下载或停止下载时BCDt,i＝1；且各节点处启停泵满足：BCDt,i≥BDt,i-BDt-1,ii∈I,1＜t＜tmax公式(23)；BCDt,i≥BDt-1,i-BDt,ii∈I,1＜t＜tmax公式(24)；(t-t')Δt≥(BCDt,i+BCDt',i-1)Ni∈I,1＜t'＜t＜tmax公式(25)；其中，o∈O＝{1,2,…,omax}；o表示油品类型的编号；omax表示油品类型的最大编号；δj,o表示二元参数，如果批次j油品类型是o，则为1；否则为0；Vdi,o表示节点i需要油品o的体积；BDt,i表示油品分输二元变量；若第t时步内第i节点分输油品，则BDt,i＝1，否则BDt,i＝0；QDINi表示第i节点的允许的最小下载流量；QDAXi表示第i节点的允许的最大下载流量；BCDt,i表示节点下载二元变量；若第t时步开始时刻第i节点开始下载或停止下载油品，则BCDt,i＝1，否则BCDt,i＝0；N表示需求的连续下载时刻数。4.根据权利要求3所述的基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，还包括：根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的管道流量约束；所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的管道流量约束，包括：令一管段流量等于其上一管段流量减去该管段起点节点下载流量，并且第一条管段流量等于首站注入流量，即等于首站所有油品注入流量之和：即Qt,1＝QJtt＜tmax公式(27)；令BSIt,i＝1时，第i管段停输，管段流量为0；令BSIt,i＝0时，对i管段流量进行约束，即Qt,i≤QMAXi(1-BSIt,i)i＜imax,t＜tmax公式(28)；Qt,i≥QMINi(1-BSIt,i)i＜imax,t＜tmax公式(29)；在混油界面位于一管段时，令该管段避免停输；即有：1-εi,jBCZt,i,j≥BSIt,ii＜imax,j∈J,t＜tmax公式(30)；其中，QJt表示首站注入流量；BSIt,i表示管段停输二元变量；若第t时步内第i节点到第i+1节点之间管段停输时，BSIt,i＝1，否则BSIt,i＝0；QMAXi表示第i节点到第i+1节点之间管段允许流体的最大流量；QMINi表示第i节点到第i+1节点之间管段允许流体的最小流量；εi,j表示管段停输二元参数；若批次j的油头位于管段(i,i+1)中，则不允许停输，有εi,j＝1，否则εi,j＝0。5.根据权利要求4所述的基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，还包括：根据成品油在管道内的运输过程中的泵特性曲线建立特征曲线的线性化约束；所述根据成品油在管道内的运输过程中的泵特性曲线建立特征曲线的线性化约束，包括：将泵特性曲线进行线性化处理，各节点向管内流体提供的压力表示为：当BXPt,i,k,a,j＝1时，每个节点提供的压力为固定值；当BXPt,i,k,a,j＝0时，对节点提供的压力不进行约束；即：Pt,i≤ifpi{ρjg[Ai,k(waQt,i+ua)+Bi,k]+(1-BXPt,i,j,k,a)M}i＜imax,j∈J,t＜tmax,k∈Ki,a∈A公式(31)；Pt,i≥ifpi{ρjg[Ai,k(waQt,i+ua)+Bi,k]+(BXPt,i,j,k,a-1)M}i＜imax,j∈J,t＜tmax,k∈Ki,a∈A公式(32)；令任一时刻任一节点必须有一种启泵方案和过泵流量；即：在时，令每个节点的管道流量在上下限范围内；在BXPt,i,k,a,j＝0时，对节点管道流量不进行约束；即：将各节点的输出功率按照同样的方式线性化：即：ECt,i＝ρgQPt,i＝ρgQ(Ai,kQ2-m+Bi,k)＝ρg(Ai,kQ3-m+Bi,kQ)i＜imax,j∈J,t＜tmax,k∈Ki公式(37)；ECt,i≤ifpi{ρjg[Ai,k(WaQt,i+Ua)+Bi,kQt,i]+(1-BXPt,i,j,k,a)M}i＜imax,j∈J,t＜tmax,k∈Ki,a∈A公式(38)；ECt,i≥ifpi{ρjg[Ai,k(WaQt,i+Ua)+Bi,kQt,i]+(BXPt,i,j,k,a-1)M}i＜imax,j∈J,t＜tmax,k∈Ki,a∈A公式(39)；计算管段的摩阻损失；其中，若管段内不存在混油界面，则按公式(42)和公式(43)进行计算；若管段内存在混油界面，则按公式(44)和公式(45)进行计算；即：若第t时步内批次j正通过节点i和节点i+1，即BCBt,i,j和BCBt,i+1,j都等于1，则此管段不存在混油界面；即：若第t时步内批次j-1和j正分别通过节点i+1和节点i，即BCBt,i,j和BCBt,i+1,j-1都等于1，则其混油界面必存在于管段(i,i+1)：即：其中，k∈Ki＝{1,2,…,kimax}；k表示第i节点所有启泵方案编号的集合；kimax表示第i节点启泵方案最大编号；a∈A＝{1,2,...,amax}；a表示流量范围编号；amax表示流量范围的最大编号；BXPt,i,k,a,j表示启泵方案及过泵流量判别二元变量；若第t时步内第i节点采用第k种启泵方案且过泵流量在第a流量区间、过泵油品为第j种油时，BXPt,i,k,a,j＝1，否则BXPt,i,k,a,j＝0；Pt,i表示第t时步内第i节点给输送流体提供的压力；ρj表示成品油批次j的密度；g表示重力加速度；Ai,k、Bi,k表示节点i在k时间段内的泵特性曲线的参数；wa、ua表示在流量范围a内，Q2-m曲线的参数；QRAXi,a表示第i节点的流量在第a流量区间时的最大流量；QRINi,a表示第i节点的流量在第a流量区间时的最小流量；ECt,i表示第t时步内第i节点输出的功率；ρ表示油品密度；Q表示管输流量；m表示水力计算公式-列宾宗公式中表示流型的系数；Wa、Ua表示在流量范围a内，Q3-m曲线的参数；hf表示管道沿程摩阻损失；β表示列宾宗公式系数；ν表示流体粘度；D表示管道内径；L表示计算的管道长度；BXPFt,i,a,j表示纯油管段流量判别二元变量；若第t时步内第i节点到第i+1节点之间管段流量在第a流量区间、管段油品为第j种油时，BXPFt,i,a,j＝1，否则BXPFt,i,a,j＝0；BXMFt,i,j,a表示混油管段流量判别二元变量；若第t时步内第i节点到第i+1节点之间管段流量在第a流量区间、管段油品为第j与j'种油时，BXMFt,i,a,j,j'＝1，否则BXMFt,i,a,j,j'＝0；PFt,i表示第t时步内第i节点到第i+1节点之间管段的摩阻损失；υj表示成品油批次j的粘度；di表示第i节点到第i+1节点之间管段直径；Li表示第i节点到第i+1节点之间管段长度；zai表示节点i的高程。6.根据权利要求5所述的基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，还包括：根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的泵站约束；所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的泵站约束，包括：设置在启泵状态发生改变时，启泵方案改变二元变量为1；即当相邻时步内启泵状态二元变量相减为1时，节点启泵方案改变二元变量为1，否则该节点启泵方案改变二元变量均需为0；即其中，BCPt,i表示启泵方案改变二元变量；若第t时步开始时刻第i节点启泵方案发生改变时，BCPt,i＝1，否则BCPt,i＝0。7.根据权利要求6所述的基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，还包括：根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的压力约束；所述根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的压力约束，包括：令到站剩余压力等于上一节点的到站剩余压力加上上一节点提供的压力减去该节点到上一节点直接管道的摩阻损失以及高程损失；即：PREt,i+1＝PREt,i+Pt,i-PFt,ii＜imax,t＜tmax公式(49)；令首站到站剩余压力等于首站给油泵提供的压力；即：PREt,1＝PGt＜tmax公式(50)；令到站剩余压力不大于管道的设计压力；即：PREt,i≤PDii∈I,t＜tmax公式(51)；令到站剩余压力不小于允许的最小压力；即：PREt,i≥PMii∈I,t＜tmax公式(52)；令各个节点的出站压力不大于管道的设计压力；即：PREt,i+Pt,i≤PDii＜imax,t＜tmax公式(53)；令末站的到站剩余压力等于末站设置进站压力；即：其中，PREt,i表示第t时步内第i节点的进站压力；PG表示首站给油泵提供的压力；PDi表示第i节点到第i+1节点之间管段设计压力；PMi表示第i节点到第i+1节点之间管段允许流体的最小压力；PML表示末站最小允许压力；PMH表示末站最大允许压力。8.根据权利要求7所述的基于压力控制的成品油调度方法，其特征在于，所述在所述成品油运输的约束条件下确定成品油管道调度运行过程中的最优成本，包括：在所述成品油运输的批次运移约束、下载约束、管道流量约束、特征曲线的线性化约束、泵站约束以及压力约束下，确定成品油管道调度运行过程中的最优成本minF；其中，minF＝f1+f2公式(55)；其中，EPt表示第i时步内的电价；EL表示一次启泵的人工费用。9.一种基于压力控制的成品油调度装置，其特征在于，包括：约束条件建立单元，用于根据成品油在管道内的运输过程建立成品油运输的约束条件，所述约束条件包括批次运移约束、下载约束、管道流量约束、特征曲线的线性化约束、泵站约束以及压力...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁永图，张万，廖绮，徐宁，张浩然，聂四明，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11
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