一种基于运行平稳性的成品油管道调度优化方法和系统技术方案

本发明专利技术属于能源调度供给技术领域，涉及一种基于运行平稳性的成品油管道调度优化方法和系统，包括以下步骤：根据实时需求计划和当前管道状况决定理想流量比；将模型输入数据和流量比输入MILP模型，判断是否有可行解，若是则进入下一步；计算站场完成分输批次的时间区间，根据当前时间区间的时长更新下一时间区间开始时间的批次位置和需求计划；判断实际分输的批次不足时，其油尾是否到达站场，若是则重复上述步骤，变量所有时间区间，若否则基于深度搜索算法生成调度计划。其通过建立耦合批次调度与泵调度的MILP模型，获得切实可行的管道运行方案。运行方案。运行方案。

【技术实现步骤摘要】
一种基于运行平稳性的成品油管道调度优化方法和系统


[0001]本专利技术涉及一种基于运行平稳性的成品油管道调度优化方法和系统，属于能源调度供给
，特别涉及成品油管道的调度。

技术介绍

[0002]成品油管道系统一般是由注入站场、分输站场、泵、油罐、管道和其他设备组成的复杂大型系统。考虑到市场和运输经济的多样化需求，多种成品油通常会分批次通过管道被泵送到各个分输站场。为了保证管道运输的安全性和经济性，管道调度人员应考虑到油品供应、市场需求的预测、生产能力和设备使用情况，以制定详细的调度计划。成品油管道详细调度优化是一个复杂的问题，包括批次调度和泵调度两部分。批次调度需要根据实际的市场需求来制定详细的注入和分输计划，而泵调度则是为了保证管道中多个批次油品的安全运输。调度优化的目的是获得满足所有工艺要求的调度方案，同时达到一定的目标，如最小化调度时长或运营成本，以及市场满意度最大化，这对成品油管道系统的运行和管理有很大意义。目前，大多数的研究都将批次调度和泵调度分开来研究。而且在面对大规模管道调度时，所构建的数学模型求解效率较低，通常无法在可行时间内获得符合要求的调度方案。此外，对于一个确定的输送任务，管道流速越稳定，泵送油品的摩擦阻力损失就越小。稳定的流速对操作的安全性是有帮助的。当某一站场分输了足够的油品或开始分输另一批油品时，管道流量通常会发生变化，但除此之外，应尽可能避免不必要的流量变化。根据现场经验，需求量大的站场更可能以相对稳定的流速分输一批油品，而需求量小的站场更可能在集中的时间内快速分输油品。
>[0003]现有的成品油管道调度优化主要分为两个方面，第一个方面是通过构建数学规划模型实现，并采用整数规划、动态规划等方法求解。在大多数现有的模型中，需要引入大量的二元变量来建立变量间的逻辑关系。实际的工程问题涉及大量的非线性关系，如水力计算和泵的效率。因此，混合整数线性规划(MILP)和混合整数非线性规划(MINLP)是这些数学模型的最常见形式。尽管以上模型可以有效地描述复杂管道系统的调度问题，但其通常包含大量的二元变量和大M型的约束，导致松弛效果差、计算性能差。另一方面是在建立模型时同时考虑水力计算和泵功率，其通过采用动态规划、数学规划、启发式算法等方法得到最优的泵运行计划。所提出的两阶段算法大大减少了模型规模，提高了计算效率。然而，此种方法未实现泵调度与批次调度与的耦合，无法保证泵调度的最优性甚至可行性。此外，运行平稳性的好坏影响着泵送油品摩阻损失的大小，且管道稳定地运行有助于提高操作的安全性，而上述模型并未考虑到管道的运行平稳性。但现有技术中的管道调度优化方案鲜少考虑。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于运行平稳性的成品油管道调度优化方法和系统，其通过建立耦合批次调度与泵调度的MILP模型，获得切实可行的管道运行方
案。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出了以下技术方案：一种基于运行平稳性的成品油管道调度优化方法，包括以下步骤：根据实时需求计划和当前管道状况决定理想流量比；将模型输入数据和流量比输入MILP模型，判断是否有可行解，若是则进入下一步；计算站场完成分输批次的时间区间，根据当前时间区间的时长更新下一时间区间开始时间的批次位置和需求计划；判断实际分输的批次不足时，其油尾是否到达站场，若是则重复上述步骤，变量所有时间区间，若否则基于深度搜索算法生成调度计划。
[0006]进一步，理想流量比的计算公式为：
[0007][0008]其中，α
k,j
为在时间区间(k,k+1)内，站场j分输流量与管段(j
‑
1,j)流量的理想比率；i是批次；I是批次集合；o是油品类型；O是油品类型集合；w
Pk,j,i
为参数，如果批次i在时间区间(k,k+1)内通过站场j，w
Pk,j,i
等于1；否则，w
Pk,j,i
等于0；V
Sk,j,o
为时间节点k时，站场j对油品o的需求量；δ
i,o
为如果批次i包括油品o，δ
i,o
等于1；否则，δ
i,o
等于0；V
Rk,j,i
为时间节点k时，管段(1,j)内批次i的总体积。
[0009]进一步，根据时间区间(k,k+1)内的理想流量比获得下一时间区间内理想流量比为：
[0010][0011]其中，V
Dk,j
是时间区间(k,k+1)内站场j的分输量，V
Xk,j
‑1是时间区间(k,k+1)内管段(j
‑
1,j)的分输量；β
k,j
为在时间区间(k,k+1)内，站场j分输流量与管段(j
‑
1,j)流量的实际比率。
[0012]进一步，MILP模型的目标函数为：
[0013][0014]其中，j是站场，Q
Dk,j
是在时间区间(k,k+1)内，站场j的分输流量；Q
Xk,j
是在时间区间(k,k+1)内，管段(j,j+1)内的流量；α
k,j
是在时间区间(k,k+1)内，站场j分输流量与管段(j
‑
1,j)流量的理想比率；A
k,c
是参数，如果在时间区间(k,k+1)内选择了泵的运行方案c，A
k,c
等于1；否则，A
k,c
等于0；f
c
是泵运行方案c的单位成本
[0015]进一步，MILP模型需要满足流量限制、泵和压力限制和流量比限制条件。
[0016]进一步，站场完成分输批次的时间区间是批次i到达下一站场所需时间t
Ak,i
和在时间区间(k,k+1)内，站场j完成批次分输任务所需时间t
Dk,j
之间的最小值；
[0017][0018][0019]其中，Q
Dk,j
是在时间区间(k,k+1)内，站场j的分输流量，w
Zk,j,i
为参数，如果批次i在时间区间(k,k+1)内存在于管段(j,j+1)中，w
Zk,j,i
等于1；否则，w
Zk,j,i
等于0；Q
Xk,j
是在时间区间(k,k+1)内，管段(j,j+1)内的流量；z
j+1
是站场j+1的体积坐标；v
Zk,i
是时间节点k时，第i批次的油头体积坐标。
[0020]进一步，下一时间区间开始时间的批次位置和需求计划的计算公式为：
[0021][0022][0023]其中，V
Sk,j,o
是时间节点k时，站场j对油品o的；τ
k
是时间区间(k,k+1)的时长。
[0024]进一步，当前运行中的泵运行方案的累计时间为：
[0025]h
Pk+1,c
＝A
k,c...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于运行平稳性的成品油管道调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：根据实时需求计划和当前管道状况决定理想流量比；将模型输入数据和所述流量比输入MILP模型，判断是否有可行解，若是则进入下一步；计算站场完成分输批次的时间区间，根据当前所述时间区间的时长更新下一时间区间开始时间的批次位置和需求计划；判断实际分输的批次不足时，其油尾是否到达所述站场，若是则重复上述步骤，变量所有时间区间，若否则基于深度搜索算法生成调度计划。2.如权利要求1所述的成品油管网调度优化方法，其特征在于，所述理想流量比的计算公式为：其中，α
k,j
为在时间区间(k,k+1)内，站场j分输流量与管段(j
‑
1,j)流量的理想比率；i是批次；I是批次集合；o是油品类型；O是油品类型集合；w
Pk,j,i
为参数，如果批次i在时间区间(k,k+1)内通过站场j，w
Pk,j,i
等于1；否则，w
Pk,j,i
等于0；V
Sk,j,o
为时间节点k时，站场j对油品o的需求量；δ
i,o
为如果批次i包括油品o，δ
i,o
等于1；否则，δ
i,o
等于0；V
Rk,j,i
为时间节点k时，管段(1,j)内批次i的总体积。3.如权利要求2所述的成品油管网调度优化方法，其特征在于，根据时间区间(k,k+1)内的理想流量比获得下一时间区间内理想流量比为：其中，V
Dk,j
是时间区间(k,k+1)内站场j的分输量，V
Xk,j
‑1是时间区间(k,k+1)内管段(j
‑
1,j)的分输量；β
k,j
为在时间区间(k,k+1)内，站场j分输流量与管段(j
‑
1,j)流量的实际比率。4.如权利要求1所述的成品油管网调度优化方法，其特征在于，所述MILP模型的目标函数为：其中，j是站场，Q
Dk,j
是在时间区间(k,k+1)内，站场j的分输流量；Q
Xk,j
是在时间区间(k,k+1)内，管段(j,j+1)内的流量；α
k,j
是在时间区间(k,k+1)内，站场j分输流量与管段(j
‑
1,j)流量的理想比率；A
k,c
是参数，如果在时间区间(k,k+1)内选择了泵的运行方案c，A
k,c
等于1；否则，A
k,c
等于0；f
c
是泵运行方案c的单位成本。5.如权利要求4所述的成品油管网调度优化方法，其特征在于，所述MILP模型需要满足流量限制、泵和压力限制和流量比限...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐宁，廖绮，梁永图，涂仁福，李政兵，徐斌，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：