天然气管网的模拟仿真方法、系统、存储介质和电子设备技术方案

本发明专利技术涉及天然气管网技术领域，尤其涉及一种天然气管网的模拟仿真方法、系统、存储介质和电子设备，方法包括：将待模拟天然气管网的几何模型划分为多个局部几何模型，多个局部几何模型之间设有至少一个联络节点；为每个局部几何模型分别设置初始条件，计算得到每个局部几何模型的运行状态数据，并通过守恒方程对每个局部天然气管网的末端和联络节点进行迭代，当满足守恒方程的收敛条件时，停止迭代，得到待模拟天然气管网的运行状态数据。可对大规模、复杂结构、强非线性的全要素天然气管网进行模拟仿真，且对处于正常工况下的天然气管网的模拟仿真具备极强的稳定性，在处于异常工况下的天然气管网的模拟仿真具备较好的容错性。下的天然气管网的模拟仿真具备较好的容错性。下的天然气管网的模拟仿真具备较好的容错性。

【技术实现步骤摘要】
天然气管网的模拟仿真方法、系统、存储介质和电子设备


[0001]本专利技术涉及天然气管网
，尤其涉及一种天然气管网的模拟仿真方法、系统、存储介质和电子设备。

技术介绍

[0002]随着天然气管网自身规模的不断增大，管网气源及用户增多，管网拓扑结构日益复杂，管网运行工况日趋多变，客观上需要一套工具或技术来快速、准确预测天然气在管中的输送状态，管存变化等信息，从而为管网的安全调度及突发事故预警提供重要的信息。天然气管网仿真技术利用数字模拟建立与实际管道相一致的虚拟数字管道，在空间上实现对全管网系统各个节点运行参数如压力、温度的计算，在时间上，可以再现历史运行工况、预测未来运行状态。因此天然气管网仿真技术已成为解决上述问题的技术和工具，是管网业务不可或缺的核心技术。在天然气管网仿真技术中，核心算法决定了管网仿真的稳定性及计算效率，也一定程度影响了仿真精度，因此，受到的关注日益递增。
[0003]自1970年以来，基于公开发表文献报道可知，主流商业仿真软件的仿真核心算法多为全局求解方法，也即直接求解大规模，离散后的，具备稀疏性特征的非线性方程组。求解的方法从数学的角度分类，可以分为直接线性化或逐次线性化，直接线性化代表性的方法有水力配置法，商业软件TGNET,TLNET就使用了此类方法，该类方法的缺点是难以应对大规模管网问题，原因在于直接线性化难以有效应对强非线性问题，在工业实践过程中虽可通过减小时间步长来降低线性化过程的信息丢失量，使计算能够顺利进行。但是这种作法会使得模拟时长变长，无法高效模拟大规模管网。<br/>[0004]逐次线性化代表性的方法有N
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R方法(牛顿
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拉夫逊方法)，改进的N
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R方法(牛顿
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拉夫逊方法+加速因子或线性搜索)，拟牛顿法等，管道仿真行业的代表性人物STONER就曾在发表于1972年地论文讲述了商业软件SPS所用的核心算法，采用的是牛顿
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拉夫逊方法+加速因子。目前尝试采用如分而治之思路(分层算法)这类另辟捷径的方法。分层算法的原理简单直接，通过将大规模问题分解成若干小规模问题，从而使得顶层矩阵的数量大大降低，以提升稳定性及降低计算时间。以测试的简单情况为例，3.7万千米的大规模全要素管网，如采用前述的全局求解方法，在不考虑能量方程的前提下，计算规模约为7.4万乘7.4万个计算节点，在考虑能量方程的前提下计算规模约为11.1万乘11.1万个计算节点。如采用分层算法，需求解的顶层矩阵规模约为1000乘1000，很显然，顶层矩阵的计算规模直接降低约100倍左右，相对而言，其求解的稳定性和计算效率显然可得到大大提升。
[0005]然而分层算法也有其明显弱点，主要源于两点：
[0006]1)现有的分层算法的底层是采用线性化技术的，因此当边界条件变化过大的情况，如前所示，该方法是容易发散；
[0007]2)分层算法的计算顺序显然是自顶层而至底层的，而顶层矩阵是必然牵涉到全局相关信息，所以一旦出现不符合物理规律的情况，在顶层矩阵求解时会直接出现发散情况，导致底层矩阵直接无法求解。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种天然气管网的模拟仿真方法、系统、存储介质和电子设备。
[0009]本专利技术的一种天然气管网的模拟仿真方法的技术方案如下：
[0010]将待模拟天然气管网的几何模型划分为多个局部几何模型，多个局部几何模型之间设有至少一个联络节点；
[0011]为每个局部几何模型分别设置初始条件，计算得到每个局部几何模型的运行状态数据；
[0012]基于得到每个局部几何模型的运行状态数据，并通过守恒方程对每个局部天然气管网的末端和联络节点进行迭代，当满足守恒方程的收敛条件时，停止迭代，得到所述待模拟天然气管网的运行状态数据。
[0013]本专利技术的一种天然气管网的模拟仿真方法的有益效果如下：
[0014]可对大规模、复杂结构、强非线性的全要素天然气管网进行模拟仿真，且对处于正常工况下的天然气管网的模拟仿真具备极强的稳定性，在处于异常工况下的天然气管网的模拟仿真具备较好的容错性。
[0015]在上述方案的基础上，本专利技术的一种天然气管网的模拟仿真方法还可以做如下改进。
[0016]进一步，计算得到每个局部几何模型的运行状态数据，包括：
[0017]利用非线性方程组计算得到每个局部几何模型的运行状态数据。
[0018]进一步，所述守恒方程为质量守恒方程、动量守恒方程或能量守恒方程。
[0019]进一步，所述待模拟天然气管网的运行状态数据包括：所述待模拟天然气管网的每个预设位置的压力随时间变化的数据、每个预设位置的流量随时间变化的数据以及所述待模拟天然气管网沿线压力分布数据。
[0020]本专利技术的一种天然气管网的模拟仿真系统的技术方案如下：
[0021]包括划分设置模块、计算模块和迭代计算模块；
[0022]所述划分设置模块用于：将待模拟天然气管网的几何模型划分为多个局部几何模型，多个局部几何模型之间设有至少一个联络节点；
[0023]所述计算模块用于：为每个局部几何模型分别设置初始条件，计算得到每个局部几何模型的运行状态数据；
[0024]所述迭代计算模块用于：基于得到每个局部几何模型的运行状态数据，并通过守恒方程对每个局部天然气管网的末端和联络节点进行迭代，当满足守恒方程的收敛条件时，停止迭代，得到所述待模拟天然气管网的运行状态数据。
[0025]本专利技术的一种天然气管网的模拟仿真系统的有益效果如下：
[0026]可对大规模、复杂结构、强非线性的全要素天然气管网进行模拟仿真，且对处于正常工况下的天然气管网的模拟仿真具备极强的稳定性，在处于异常工况下的天然气管网的模拟仿真具备较好的容错性。
[0027]在上述方案的基础上，本专利技术的一种天然气管网的模拟仿真系统还可以做如下改进。
[0028]进一步，所述计算模块具体用于：
[0029]利用非线性方程组计算得到每个局部几何模型的运行状态数据。
[0030]进一步，所述守恒方程为质量守恒方程、动量守恒方程或能量守恒方程。
[0031]进一步，所述待模拟天然气管网的运行状态数据包括：所述待模拟天然气管网的每个预设位置的压力随时间变化的数据、每个预设位置的流量随时间变化的数据以及所述待模拟天然气管网沿线压力分布数据。
[0032]本专利技术的一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述任一项所述的一种天然气管网的模拟仿真方法。
[0033]本专利技术的一种电子设备，包括处理器和上述的存储介质，所述处理器执行所述存储介质中的指令。
附图说明
[0034]图1为本专利技术实施例的一种天然气管网的模拟仿真方法的流程示意图；
[0035]图2为多进口和多出口天然气管网的示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天然气管网的模拟仿真方法，其特征在于，包括：将待模拟天然气管网的几何模型划分为多个局部几何模型，多个局部几何模型之间设有至少一个联络节点；为每个局部几何模型分别设置初始条件，计算得到每个局部几何模型的运行状态数据；基于得到每个局部几何模型的运行状态数据，并通过守恒方程对每个局部天然气管网的末端和联络节点进行迭代，当满足守恒方程的收敛条件时，停止迭代，得到所述待模拟天然气管网的运行状态数据。2.根据权利要求1所述的一种天然气管网的模拟仿真方法，其特征在于，计算得到每个局部几何模型的运行状态数据，包括：利用非线性方程组计算得到每个局部几何模型的运行状态数据。3.根据权利要求1或2所述的一种天然气管网的模拟仿真方法，其特征在于，所述守恒方程为质量守恒方程、动量守恒方程或能量守恒方程。4.根据权利要求1或2所述的一种天然气管网的模拟仿真方法，其特征在于，所述待模拟天然气管网的运行状态数据包括：所述待模拟天然气管网的每个预设位置的压力随时间变化的数据、每个预设位置的流量随时间变化的数据以及所述待模拟天然气管网沿线压力分布数据。5.一种天然气管网的模拟仿真系统，其特征在于，包括划分设置模块、计算模块和迭代计算模块；所述划分设置模块用于：将待模拟天然气管网的几何模型划分为多个局部几何模型，多个局部几何...

【专利技术属性】
技术研发人员：张对红，陈朋超，杨毅，魏政，阎涛，侯本权，刘天尧，徐波，朱峰，薛向东，康阳，
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：