一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法技术

本发明专利技术公开了一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，涉及管道运输液体技术领域，解决现有管道运输开泵开阀方案存在精确性差和可靠性差的技术问题，方法包括：读取管道的基本参数和初始生产计划表，并根据基本参数和初始生产计划表预测管道的初始运行工况；根据实现情况对初始运行工况进行调整；引入模型预测控制，根据当前时刻的实际运行工况实时预测下一阶段管道的运行工况；根据管道的实际运行工况建立开泵开阀方案序贯决策模型；求解开泵开阀方案序贯决策模型，并输出相应时段的开泵开阀方案；判断是否已求解出整个计划对应的开泵开阀方案，并根据求解结果进行下一步的计算。步的计算。步的计算。

【技术实现步骤摘要】
一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法


[0001]本专利技术涉及管道运输液体
，更具体地说，它涉及一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法。

技术介绍

[0002]对于多批次顺序运输液体管道开泵开阀方案优化问题，目前主要通过人工决策的方式进行，工作量大、效率低，而且往往难以考虑到节能的因素。对此，已有学者开展了相应的研究，目前的多批次顺序运输液体管道开泵开阀方案优化方法仅根据管道初始生产计划预测管道的运行工况，并据此计算出整个计划时段内的开泵开阀方案。而管道运行工况复杂，管道实际运行的情况与预测结果会存在偏差；同时，管道运行过程中，也可能会对管道的运行工况进行调整；此外，管道运行过程中压力损失存在连续时间变化关系，但传统模型所采取的离散时间建模无法考虑时间窗内部的工况变化，此时若仍根据原始生产计划决策出的开泵开阀方案运行，显然会带来安全性问题，降低决策出的开泵开阀方案的有效性和安全性。再则，传统模型当中由于减压阀暂无成熟的解析模型，故模型未考虑减压阀的作用，与实际工况存在偏差。为适应管道运行工况调整的情况，需要实时计算当前时段的开泵开阀方案并对时间窗内部工况进行连续决策，但如果每次都将剩下所有时段进行计算，求解效率会降低，难以实现实时计算。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的上述不足，本专利技术的目的是提供一种可以提高精确性和可靠性的多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法。
[0004]本专利技术的技术方案是：一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，包括：
[0005]步骤S1.读取管道的基本参数和初始生产计划表，并根据所述基本参数和初始生产计划表预测所述管道的初始运行工况；
[0006]步骤S2.根据实现情况对所述初始运行工况进行调整；引入模型预测控制，根据当前时刻的实际运行工况实时预测下一阶段所述管道的运行工况；
[0007]步骤S3.根据所述管道的实际运行工况建立开泵开阀方案序贯决策模型；
[0008]步骤S4.求解所述开泵开阀方案序贯决策模型，并输出相应时段的开泵开阀方案；
[0009]步骤S5.判断是否已求解出整个计划对应的开泵开阀方案，并根据求解结果进行下一步的计算。
[0010]作为进一步地改进，所述基本参数包括管道沿线各站场的进站压力、出站压力、泵的数量、各泵的特征参数、各管段管径、各管段长度、液体的物理特性；
[0011]所述初始运行工况包括以下信息：
[0012]管道沿线的各个注入站在未来各个时段内注入的液体种类和对应的注入流量；
[0013]管道沿线的各个下载站在未来各个时段内下载的液体种类和对应的下载流量；
[0014]管道沿线各个管段在未来各个时段运输的液体种类和相应的输送流量；
[0015]管道进行各项操作的时刻，包括管道沿线各注入站注入的液体种类和相应流量的变化时刻，以及各下载站下载的液体种类和相应流量的变化时刻；
[0016]根据管道内液体混合界面的分布情况以及各个管段内液体在各个时段内的流量预测出各个液体混合界面到达各个站场的时刻，结合液体混合界面到达站场的时刻以及管道进行各项操作的时刻，将整个管道的运行时间划分为T个时间窗；
[0017]根据管道各个管段内在各个时刻的液体分布情况，预测出在各个管段首末站之间的压力损失随时序的线性变化关系，并以此为基础进行管道开泵开阀方案的决策，在压力损失越限时自动划分小时间窗。
[0018]进一步地，在步骤S3中，所述开泵开阀方案序贯决策模型的基本结构如式(1)所示：
[0019][0020]式中，为进行第τ次开泵开阀方案决策时的目标函数，对应于所需决策开泵开阀方案的当前时段开始的H个时段内管道的运行费用，H为每次决策优化开泵开阀方案的时段数，BP为管道的基本参数，IP为管道的初始生产计划，AP
τ
为在第τ个时段开始时刻管道运行工况的调整情况，为决策变量，包括各个泵站内各台泵在t至t+H
‑
1时段内的启停状态、各个泵站在t至t+H
‑
1时段内提供的扬程和压力以及各个站场在t至t+H
‑
1时段内的进出站压力，D为可行域，h
i
和g
j
分别对应于该优化问题的等式约束和不等式约束。
[0021]进一步地，如果当前剩余需要求解的时间窗数目T≥H，则模型求解的时间段为当前时刻接下来的H个大时间窗，并取求解出的这H个大时间窗中第一个大时间窗的结果作为当前时段的开泵开阀方案；求解当前第τ时段的开泵开阀方案时的目标函数如式(2)所示：
[0022][0023]如果当前剩余需要求解的时间窗数目T<H，则模型求解的时间段为当前时刻接下来的T个大时间窗，取求解结果作为最后这T个大时间窗的开泵开阀方案；求解剩余T个时段的开泵开阀方案时的目标函数如式(3)所示：
[0024][0025](2)、(3)式中：为第τ次求解时对应的H个时窗的管道运行费用，FE为电量单价，为第i个站场中第k台泵在第t个大时间窗的第n个小时间窗中的启停状态二元变量，为第i个站场中第k台泵在第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的扬程，为
第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的第i个站场的过泵液体密度，g为重力加速度，为第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的第i个站场的过泵流量，为第t个大时间窗的第n个小时间窗中的所持续的时长，为第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的第i个站场中第k台泵的运行效率。
[0026]进一步地，在进行第τ次开泵开阀方案求解时的相关约束包括主输泵特性约束，
[0027]在第t个时间窗内的第n个小时间窗中，第i个站场中第k台泵的扬程与该时间窗内第i个站场的过泵流量之间的函数关系约束如式(4)所示：
[0028][0029]在第t个时间窗内的第n个小时间窗中，第i个站场中第k台泵的效率与该时间窗内第i个站场的过泵流量之间的函数关系约束如式(5)所示：
[0030][0031]在第t个时间窗内的第n个小时间窗中，第i个站场中的过泵流量的上下限约束如式(6)和(7)所示：
[0032][0033][0034]式中：K
i
为第i个站场中含有的泵台数，为第i个站场中第k台泵的过泵流量下限，第i个站场中第k台泵的过泵流量上限。
[0035]进一步地，在进行第τ次开泵开阀方案求解时的相关约束包括压力约束，
[0036]在时间窗t内的第n个小时间窗中，站场i提供的压力可按式(8)所示：
[0037][0038]管道沿线首站的进站压力等于注液泵提供的压力，即首站进站压力约束如式(9)所示：
[0039][0040]式中：PG为注液泵提供的压力；
[0041]在第t个时间窗的第n个小时间窗中开始和结束时刻，各站场的进/出站压力约束如式(10)
‑
(13)所示：
[0042]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，其特征在于，包括：步骤S1.读取管道的基本参数和初始生产计划表，并根据所述基本参数和初始生产计划表预测所述管道的初始运行工况；步骤S2.根据实现情况对所述初始运行工况进行调整；引入模型预测控制，根据当前时刻的实际运行工况实时预测下一阶段所述管道的运行工况；步骤S3.根据所述管道的实际运行工况建立开泵开阀方案序贯决策模型；步骤S4.求解所述开泵开阀方案序贯决策模型，并输出相应时段的开泵开阀方案；步骤S5.判断是否已求解出整个计划对应的开泵开阀方案，并根据求解结果进行下一步的计算。2.根据权利要求1所述的一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，其特征在于，所述基本参数包括管道沿线各站场的进站压力、出站压力、泵的数量、各泵的特征参数、各管段管径、各管段长度、液体的物理特性；所述初始运行工况包括以下信息：管道沿线的各个注入站在未来各个时段内注入的液体种类和对应的注入流量；管道沿线的各个下载站在未来各个时段内下载的液体种类和对应的下载流量；管道沿线各个管段在未来各个时段运输的液体种类和相应的输送流量；管道进行各项操作的时刻，包括管道沿线各注入站注入的液体种类和相应流量的变化时刻，以及各下载站下载的液体种类和相应流量的变化时刻；根据管道内液体混合界面的分布情况以及各个管段内液体在各个时段内的流量预测出各个液体混合界面到达各个站场的时刻，结合液体混合界面到达站场的时刻以及管道进行各项操作的时刻，将整个管道的运行时间划分为T个时间窗；根据管道各个管段内在各个时刻的液体分布情况，预测出在各个管段首末站之间的压力损失随时序的线性变化关系，并以此为基础进行管道开泵开阀方案的决策，在压力损失越限时自动划分小时间窗。3.根据权利要求1或2所述的一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，其特征在于，在步骤S3中，所述开泵开阀方案序贯决策模型的基本结构如式(1)所示：式中，为进行第τ次开泵开阀方案决策时的目标函数，对应于所需决策开泵开阀方案的当前时段开始的H个时段内管道的运行费用，H为每次决策优化开泵开阀方案的时段数，BP为管道的基本参数，IP为管道的初始生产计划，AP
τ
为在第τ个时段开始时刻管道运行工况的调整情况，为决策变量，包括各个泵站内各台泵在t至t+H
‑
1时段内的启停状态、各个泵站在t至t+H
‑
1时段内提供的扬程和压力以及各个站场在t至t+H
‑
1时段内的进出站压力，D为可行域，h
i
和g
j
分别对应于该优化问题的等式约束和不等式约束。4.根据权利要求3所述的一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，其特
征在于，如果当前剩余需要求解的时间窗数目T≥H，则模型求解的时间段为当前时刻接下来的H个大时间窗，并取求解出的这H个大时间窗中第一个大时间窗的结果作为当前时段的开泵开阀方案；求解当前第τ时段的开泵开阀方案时的目标函数如式(2)所示：如果当前剩余需要求解的时间窗数目T<H，则模型求解的时间段为当前时刻接下来的T个大时间窗，取求解结果作为最后这T个大时间窗的开泵开阀方案；求解剩余T个时段的开泵开阀方案时的目标函数如式(3)所示：(2)、(3)式中：为第τ次求解时对应的H个时窗的管道运行费用，FE为电量单价，为第i个站场中第k台泵在第t个大时间窗的第n个小时间窗中的启停状态二元变量，为第i个站场中第k台泵在第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的扬程，为第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的第i个站场的过泵液体密度，g为重力加速度，为第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的第i个站场的过泵流量，为第t个大时间窗的第n个小时间窗中的所持续的时长，为第t个大时间窗内的第n个小时间窗中的第i个站场中第k台泵的运行效率。5.根据权利要求3所述的一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，其特征在于，在进行第τ次开泵开阀方案求解时的相关约束包括主输泵特性约束，在第t个时间窗内的第n个小时间窗中，第i个站场中第k台泵的扬程与该时间窗内第i个站场的过泵流量之间的函数关系约束如式(4)所示：在第t个时间窗内的第n个小时间窗中，第i个站场中第k台泵的效率与该时间窗内第i个站场的过泵流量之间的函数关系约束如式(5)所示：在第t个时间窗内的第n个小时间窗中，第i个站场中的过泵流量的上下限约束如式(6)和(7)所示：和(7)所示：式中：K
i
为第i个站场中含有的泵台数，为第i个站场中第k台泵的过泵流量下限，第i个站场中第k台泵的过泵流量上限。
6.根据权利要求3所述的一种多批次顺序运输液体管道开泵方案序贯决策方法，其特征在于，在进行第τ次开泵开阀方案求解时的相关约束包括压力约束，在时间窗t内的第n个小时间窗中，站场i提供的压力可按式(8)所示：管道沿线首站的进站压力等于注液泵...

【专利技术属性】
技术研发人员：田中山，王现中，廖兴万，方家琨，杨文，李苗，左连勇，段曦瞳，
申请(专利权)人：国家石油天然气管网集团有限公司，
类型：发明
国别省市：