一种天然气管道瞬态运行优化方法技术

本发明专利技术公开了一种天然气管道瞬态运行优化方法，建立包括压缩机运行能耗和压缩机开关成本的瞬态优化模型，所述瞬态优化模型选择随时间变化的压缩机站出口压力以及压缩机站开机台数作为优化变量；建立所述瞬态优化模型的约束条件，所述约束条件包括瞬态天然气管道约束、节点约束、压缩机与站场约束、以及终端条件；通过启发式算法对所述瞬态优化模型进行求解，得到最优可行解；所述天然气管道利用所述最优可行解运行，实现瞬态优化。本发明专利技术的瞬态优化模型求解速度快，且能够避免压缩机频繁开关，降低压缩机开关成本，避免为了降低能耗而过度利用管存量减少输量的问题，保证天然气管道系统的平稳运行。

An optimization method for transient operation of natural gas pipeline

【技术实现步骤摘要】
一种天然气管道瞬态运行优化方法
本专利技术属于天然气调度
，特别涉及一种天然气管道瞬态运行优化方法。
技术介绍
长期以来，我国天然气供应以管道天然气为主体，其占全国天然气供应市场的85％以上。然而天然气长输管道在实际运行时，会受到气源供气及用户用气波动的影响，其运行状态不断变化。此外，大型管网的结构及其输入和输出的边界条件十分复杂，稳态优化模型不能满足管网的实际运行情况。因此，在天然气输送管道系统运行管理过程中，采用瞬态优化技术进行模拟与分析更加准确可靠。天然气管道瞬态运行优化技术，是指当天然气管道的边界条件中参数处于不断变化的状态时，采用瞬态优化的方法针对相应的瞬态问题制定一段时间内压缩机站运行方案，包括出站压力、压缩机组开关机方案、气源供气流量等随时间变化的控制措施，实现最低的运行成本。然而现有的瞬态运行优化模型中涉及的变量数目多，约束条件复杂，模型求解困难。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术旨在提供一种天然气管道瞬态运行优化方法，考虑气源、用气终端的进、出气量随时间的变化，结合管道上下游压力、流量、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气管道瞬态运行优化方法，其特征在于，包括：/n建立包括压缩机运行能耗和压缩机开关成本的瞬态优化模型，所述瞬态优化模型选择随时间变化的压缩机站出口压力以及压缩机站开机台数作为优化变量；/n建立所述瞬态优化模型的约束条件，所述约束条件包括瞬态天然气管道约束、节点约束、压缩机与站场约束、以及终端条件；/n通过启发式算法对所述瞬态优化模型进行求解，得到最优可行解；/n所述天然气管道利用所述最优可行解运行，实现瞬态优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种天然气管道瞬态运行优化方法，其特征在于，包括：
建立包括压缩机运行能耗和压缩机开关成本的瞬态优化模型，所述瞬态优化模型选择随时间变化的压缩机站出口压力以及压缩机站开机台数作为优化变量；
建立所述瞬态优化模型的约束条件，所述约束条件包括瞬态天然气管道约束、节点约束、压缩机与站场约束、以及终端条件；
通过启发式算法对所述瞬态优化模型进行求解，得到最优可行解；
所述天然气管道利用所述最优可行解运行，实现瞬态优化。


2.根据权利要求1所述的天然气管道瞬态运行优化方法，其特征在于，所述瞬态优化模型为：



式中：
S为压缩机站的数目；
T为时间层数；
Pts为第s站在时间层t时压缩机消耗的功率，kW；
kts为第s站在时间层t时运行的压缩机数目；
τ为设定的时间间隔；
Cts，up为第s站在时间层t时压缩机打开的消耗，kW.h；
Cts，down为第s站在时间层t时压缩机关闭的消耗，kW.h；
kts，up为第s站在时间层t时相比于上一时间层增加的开机台数；
kts，down为第s站在时间层t时相比于上一时间层减少的开机台数。


3.根据权利要求2所述的天然气管道瞬态运行优化方法，其特征在于，所述瞬态天然气管道约束为：
忽略温度的瞬变影响，输气管线中的气体的运动必然满足质量守恒、动量守恒，所述质量守恒、动量守恒方程为：






式中：

为定义的约化压强；
C0为常数；
q为流量，m3/s；
A为管道截面积，m2；
ρ0为天然气标准状态下的密度，kg/m3；
p为压力，Pa；
g为重力加速度，m/s2；
h为高程，m；
λ为摩阻系数，无量纲；
D为管径，m；
管线中各节点的压力和管道中的流量均在阈值范围内：






式中：
pmin、pmax分别为最小压力和最大压力，Pa；
pti、ptj分别为第t时间层时压缩机进站压力和出站压力，Pa；
qmin、qmax分别为最小流量和最大流量，m3/s；
qti、qtj分别为第t时间层时压缩机进站流量和出站流量，m3/s。


4.根据权利要求3所述的天然气管道瞬态运行优化方法，其特征在于，进行数值求解时，采用隐式差分格式对式(2)和式(3)进行离散化。


5.根据权利要求2所述的天然气管道瞬态运行优化方法，其特征在于，所述节点约束为：管道中的每个节点v必须遵循质量守恒定律，且需从压缩机末端节点的气体流量中减去燃料气的消耗量：



式中：
qp+、qp-分别为流入管道的流量、流出管道的流量，m3/s；
qs+、qs-分别为第s站压缩机的进口流量和出口流量，m3/s；
fs(t)为第s站燃料气的消耗量，m3/s；
Nip+、Nip-均为管道数量，P+代表入口，P-代表出口，无量纲；
Nis+、Nis-均为压缩机站数量，S+代表入口，S-代表出口，无量纲；
在节点v处设置气体流动压力及流量的边界条件：






式中：
pvt为节点v在时间t的压力，Pa；
pvmin、pvmax分别为压力的最小值和最大值，Pa；
qtv为节点v在时间t的流量，m3/s；
qtv，min、qtv，max分别为流量的最小值和最大值，Pa。


6.根据权利要求2所述的天然气管道瞬态运行优化方法，其特征在于，所述压缩机与战场约束为：
(1)压缩机可行域：



式中：
Hts为第t时间层时第s站的压头变量，m；
hs3、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘恩斌，彭善碧，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川;51