一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法技术

本发明专利技术公开了一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法，主要步骤为：2)建立服从正态分布的气负荷概率模型F(x)，并抽样得到节点气负荷样本矩阵X。2)将负荷的每组样本代入天然气网络的稳态能流计算，得到输出变量y

A method of gas storage and allocation in natural gas network based on global sensitivity analysis

【技术实现步骤摘要】
一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法
本专利技术涉及天然气网络稳态能流计算领域，具体是一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法。
技术介绍
能流计算作为获取天然气状态分布的基本方法，是天然气网络运行和规划的基础。在实际的系统运行过程中，负荷波动等随机因素的变化通常会改变天然气网络的运行状态，甚至造成不可忽视的负面影响。通常情况下，运行人员会在天然气网络中配置储气以提高网络气压水平和运行稳定性，但出于经济性的考虑，在所有节点设置储气往往是不合理的。因此，定量评估系统中的不确定因素对于重要状态变量的影响，以识别影响系统状态的关键不确定因素，对于运行人员合理配置储气、提高天然气网络安全稳定运行具有重要的指导意义。全局灵敏度分析是一种有效的不确定因素分析方法。它能够充分计及系统中不确定因素的概率分布特性和相关性，并量化它们对于输出变量波动的影响。目前Sobol’法是一种常用的全局灵敏度分析方法，传统的Sobol’法需要以大量确定性计算作为基础，计算效率较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术中存在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法，其特征在于，主要包括以下步骤：/n1)获取所述天然气网络参数，并建立天然气网络的稳态能流模型；/n2)基于天然气网络中节点气负荷的随机性和秩相关性，建立服从正态分布的气负荷概率模型F(x)，并基于该模型对所有气负荷进行抽样，得到节点气负荷样本矩阵X。/n3)将负荷的每组样本作为已知量代入天然气网络的稳态能流模型，采用牛顿法求解所述稳态能流模型，得到输出变量y的样本向量y

【技术特征摘要】
1.一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
1)获取所述天然气网络参数，并建立天然气网络的稳态能流模型；
2)基于天然气网络中节点气负荷的随机性和秩相关性，建立服从正态分布的气负荷概率模型F(x)，并基于该模型对所有气负荷进行抽样，得到节点气负荷样本矩阵X。
3)将负荷的每组样本作为已知量代入天然气网络的稳态能流模型，采用牛顿法求解所述稳态能流模型，得到输出变量y的样本向量yED；
4)基于气负荷样本矩阵X和输出变量yED，采用稀疏多项式混沌展开方法求解输出变量y关于各节点气负荷的全局灵敏度指标Si；
5)确定最大全局灵敏度指标式中，imax为节点气负荷变量编号；在负荷变量imax所在节点设置储气装置。


2.根据权利要求1所述的一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法，其特征在于：所述天然气网络参数主要包括气源参数、管道参数、节点气负荷A＝[x1,x2,···,xN]T、气负荷的秩相关系数和平衡节点压力初始值。


3.根据权利要求1所述的一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法，其特征在于，抽样得到节点气负荷样本矩阵X的主要步骤如下：
1)设定天然气网络中有1个平衡节点和N-1个非平衡节点；平衡节点编号记为1；非平衡节点均接有气负荷；天然气网络节点所在位置集合记为网络中与任一节点a直接相连的所有节点构成的集合为设定抽样次数为NED；设定N维独立标准正态变量ξ＝[ξ1,ξ2,···,ξN]T；
2)建立服从正态分布的气负荷概率模型，其累积概率函数F(x)为：



式中，x表示气负荷；X为气负荷某一实际取值；μx为气负荷的均值；气负荷的均值μx等于气负荷基准值；σx为气负荷的标准差；
3)基于拉丁超立方抽样法和高斯Copula函数，对气负荷A进行抽样，主要步骤如下：
3.1)建立节点气负荷A＝[x1,x2,···,xN]T的秩相关系数矩阵CS，即：



式中，ρsij为节点气负荷xi和节点气负荷xj的秩相关系数，当i＝j时，ρsij＝1；当i≠j时，0≤ρsij≤1；
3.2)基于拉丁超立方抽样法，建立变量ξ的概率模型样本矩阵Xξ，即：



3.3)将气负荷的秩相关系数转化为等效线性相关系数，转换公式如下：



式中，ρij为在标准正态空间中节点气负荷xi和节点气负荷xj的等效线性相关系数；
基于等效线性相关系数ρij，建立气负荷的等效线性相关系数矩阵CX，即：



3.4)对矩阵CX进行Cholesky分解，得到下三角矩阵L：
CX＝LLT；(6)
3.5)基于独立标准正态变量样本矩阵Xξ和下三角矩阵L，建立线性相关的标准正态变量样本矩阵X'，即：
X'＝LXξ；(7)
式中，矩阵X'中各元素的线性相关性满足矩阵CX；矩阵X'中各元素的等效秩相关性满足矩阵CS；
3.6)将矩阵X'中的变量样本进行等概率转换，得到气负荷样本矩阵X；其中，矩阵X中任一元素xim如下所示：
xim＝Fi-1(Φ(x'im))；(8)
式中：Fi-1(·)表示变量xi的累积分布函数的反函数；Ф(·)表示标准正态分布变量的累积分布函数；x'im为矩阵X'中的元素，表示第i个变量的第m个样本。


4.根据权利要求1所述的一种基于全局灵敏度分析的天然气网络储气配置方法，其特征在于：建立天然气稳态能流模型，将负荷的每组样本作为已知量代入天然气网络的稳态能流模型，采用牛顿法求解所述稳态能流模型，得到输出变量y的样本向量yED的主要步骤如下：
1)选取矩阵X的第m列作为负荷变量的第m组样本作为天然气稳态能流模型的已知量，采用牛顿法求解天然气能流模型，得到输出变量向量yED＝[y1,y2,···,yNED]T；其中ym表示气负荷的第m组样本对应的输出变量；输出变量y为任意节点压力或者管道流量；m＝1，2，…NED；采用牛顿法求解天然气网络能流模型的最大迭代次数为Tmax，收敛判据为λ；
2)令某一管道两端节点编号为a和b，建立流经管道的气流量方程：



式中，Fa-b为由a流向b的天然气流量；pa和pb分别为节点a和b的压力；sa-b为方向变量，当pa>pb，sa-b＝1，否则sa-b＝-1；D为管道a-管道b的直径；f为管道的摩擦系数；L为管道长度；SG为天然气的相对密度；a≠b；
仅考虑天然气网络中的管道元件，建立节点a的管道流量平衡方程：



式中，Fa为节点a的注入流量；
3)计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵霞，胡潇云，冯欣欣，李欣怡，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50