一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法技术

本发明专利技术供了一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，该方法包括：根据多气源管网结构参数，将管网划分为具有不同节点的多气源管网；根据多气源管网结构参数、气源气质参数、天然气购销参数、用户需求参数，构建基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型的约束条件；根据约束条件及多目标函数运营利润最大化与用户满意度最大化构建基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型；求解基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型输出多气源管网运行调度优化结果。该方法为解决实施能量计量体系后多气源管网一体化运营的关键问题提供有力支撑，促进天然气产业链的整合与升级。级。级。

【技术实现步骤摘要】
一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法


[0001]本专利技术涉及多气源管网运行优化领域，具体涉及一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法。

技术介绍

[0002]随着天然气管网规模扩大，天然气贸易交流更加频繁，天然气管网上游气源和下游用户逐渐多样化，传统的体积计量不足以解决管网集中调控遇到的诸多复杂问题，也不能反映用户对气质的要求。能量计量是以天然气能量作为结算单位的一种计量方式，是在体积计量的基础上，同时测量天然气的热值，通过单位体积的热值含量和体积量计算出流经管道的天然气总能量。天然气作为一种清洁能源，其最大的价值就体现在燃烧所产生的热量，而天然气是一种含有多种组分的混合气体，不同地区天然气的热值不同，同一用户的来自不同气源的天然气热值可能也不同。因此，为发挥天然气的商品价值，有必要建立能量计量体系。目前，国际天然气贸易，包括管输天然气和液化天然气(LNG)贸易以及天然气现货、期货和期权交易中，均用能量作天然气的计量单位，这也是我国未来天然气交易计量的发展趋势。
[0003]在全国“一张网”的趋势下，管网供气方案逐渐多样化，使用能量计量可以更好的表示用户对天然气气质的满意度，但仍然面临在能量计量下如何优化管网运行方案的问题，即确保在满足用户用气需求的前提下，最大限度地降低管网运行成本，提高运营利润。因此，在能量计量体系下如何合理选择各气源及其供应量，制定运营方案，提高运营利润显得十分迫切和重要。
[0004]综上，本专利技术提供一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，考虑不同气源间气质、热值、气价、供气能力间的差异以及不同用户的气质、气量需求不同等影响因素，开展能量计量体系下多气源管网运行优化研究，对推动天然气能量计量体系的有序、快速、高效、可控地建立起到了积极作用，为解决实施能量计量体系后多气源管网一体化运营的关键问题提供有力支撑，对保障国民经济和社会发展的能源安全具有重要意义，促进了整个天然气产业链的整合与升级。

技术实现思路

[0005]针对能量计量下多气源管网运行方案优化的问题，本专利技术提出了一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，该方法能够得到满足用户用气需求与经济性的多气源管网运行调度方案，对多气源管网运行调度具有一定的指导意义。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]本专利技术提供的一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，包括：
[0008]S1：根据多气源管网结构参数，将管网划分为具有不同节点的多气源管网；
[0009]S2：根据多气源管网结构参数、气源气质参数、天然气购销参数、用户需求参数，构建基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型的约束条件；
[0010]S3：根据约束条件及多目标函数运营利润最大化与用户满意度最大化构建基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型；
[0011]S4：求解基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型输出多气源管网运行调度优化结果。
[0012]进一步的，本专利技术采用的能量计价方式主要根据基准热值，通过现行体积价格进行计量单位的形式转换；同时，转换过程中还将引入价格波动系数，表征各地、各用户交易时实际天然气的热值与国家发布的热值标杆之间的差异引起的价格波动；
[0013]所述的波动系数w为：
[0014][0015]式中，w为天然气价格波动系数；H
act
为实际天然气热值；H0天然气价格从体积计价转换为能量计价的基准热值；
[0016]所述的能量计量下天然气销售价格F
sell
、购买价格F
purchase
及运输价格F
pipe
转换公式为：
[0017][0018][0019][0020]式中，F
sell
为能量计量下天然气销售价格；F
v，sell
为体积计量下的天然气销售价格；F
purchase
为能量计量下天然气购买价格；F
v，purchase
为体积计量下的天然气购买价格；F
pipe
为能量计量下天然气购买价格；F
v，pipe
为体积计量下的天然气购买价格。
[0021]进一步的，在所述步骤S1前，还需要获取目标管网的结构参数、气源供气参数、天然气购销参数、用户需求参数；
[0022]所述的管网结构参数包括气源位置、用户位置、压气站位置、管道长度；
[0023]所述的气源供气参数包括：气源供气压力、供气能力边界、气源气质参数；
[0024]所述的天然气购销参数包括：天然气购气价格、天然气管输价格、天然气销售价格；
[0025]所述的用户需求参数包括：用户气量需求、用户气质需求。
[0026]进一步的，步骤S1中所述的节点包括：气源节点、用户节点、管道节点、压气站节点；
[0027]所述的气源节点用于表示具有供气能力的气源；
[0028]所述的用户节点用于表示下游用户；
[0029]所述的管道节点用于表示连接各类节点的管道；
[0030]所述的压气站节点用于表示具有增压功能的压气站。
[0031]进一步的，步骤S2中所述的约束包括气体压力约束、气体流量约束、压缩机约束、天然气气质约束；
[0032]所述的气体压力约束包括用户节点压降约束、压力约束、管道压力约束；
[0033]所述的用户节点压降约束指的是以体积流量表示的基本压降公式，约束关系式为：
[0034][0035]式中，Q
i,e
为节点i
‑
元件e管段内天然气的体积流量；d
i,e
为节点i
‑
元件e管段的管段内径；P
i|(i,e)
为节点i
‑
元件e管段的起点压力；P
e|(i,e)
为节点i
‑
元件e管段的终点压力；z为天然气压缩因子；Δ为天然气相对密度；T
i,e
为节点i
‑
元件e管段内页岩气平均热力学温度；L
i,e
为节点i
‑
元件e管段的管道长度；
[0036]所述的用户节点压力约束指的是用户节点u的压力应满足用户最低需求压力，约束关系式为：
[0037][0038]式中，为用户节点u的最低需求压力；P
u
为用户节点u的压力；
[0039]所述的管道压力约束指的是管道节点l压力应在最小允许运行压力和最大允许运行压力之间，约束关系式为：
[0040]P
lmin
≤P
l
≤P
lmax
[0041]式中，P
l
为管道节点l的运行压力；为管道节点l的最小运行压力；为管道节点l的最大允许运行压力；
[0042]所述的气体流量约束包括节点流量平衡约束、气源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据多气源管网结构参数，将管网划分为具有不同节点的多气源管网；S2：根据多气源管网结构参数、气源气质参数、天然气购销参数、用户需求参数，构建基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型的约束条件；S3：根据约束条件及多目标函数运营利润最大化与用户满意度最大化构建基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型；S4：求解基于能量计量的多气源管网运行调度优化模型输出多气源管网运行调度优化结果。2.如权利要求1所述的一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，其特征在于，本发明采用的能量计价方式主要根据基准热值，通过现行体积价格进行计量单位的形式转换；同时，转换过程中还将引入价格波动系数，表征各地、各用户交易时实际天然气的热值与国家发布的热值标杆之间的差异引起的价格波动；所述的波动系数w为：式中，w为天然气价格波动系数；H
act
为实际天然气热值；H0天然气价格从体积计价转换为能量计价的基准热值；所述的能量计量下天然气销售价格F
sell
、购买价格F
purchase
及运输价格F
pipe
转换公式为：转换公式为：转换公式为：式中，F
sell
为能量计量下天然气销售价格；F
v，sell
为体积计量下的天然气销售价格；F
purchase
为能量计量下天然气购买价格；F
v，purchase
为体积计量下的天然气购买价格；F
pipe
为能量计量下天然气购买价格；F
v，pipe
为体积计量下的天然气购买价格。3.如权利要求1所述的一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，其特征在于，在所述步骤S1前，还需要获取目标管网的结构参数、气源供气参数、天然气购销参数、用户需求参数；所述的管网结构参数包括气源位置、用户位置、压气站配置、管道长度；所述的气源供气参数包括：气源供气压力、供气能力边界、气源气质参数；所述的天然气购销参数包括：天然气购气价格、天然气管输价格、天然气销售价格；所述的用户需求参数包括：用户气量需求、用户气质需求。4.如权利要求1所述的一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，其特征在于，步骤S1中所述的节点包括：气源节点、用户节点、管道节点、压气站节点；所述的气源节点用于表示具有供气能力的气源；所述的用户节点用于表示下游用户；
所述的管道节点用于表示连接各类节点的管道；所述的压气站节点用于表示具有增压功能的压气站。5.如权利要求1所述的一种基于能量计量的多气源管网运行调度优化方法，其特征在于，步骤S2中所述的约束包括气体压力约束、气体流量约束、压缩机约束、天然气气质约束；所述的气体压力约束包括用户节点压降约束、压力约束、管道压力约束；所述的用户节点压降约束指的是以体积流量表示的基本压降公式，约束关系式为：式中，Q
i,e
为节点i
‑
元件e管段内天然气的体积流量；d
i,e
为节点i
‑
元件e管段的管段内径；P
i|(i,e)
为节点i
‑
元件e管段的起点压力；P
e|(i,e)
为节点i
‑
元件e管段的终点压力；Z为天然气压缩因子；Δ为天然气相对密度；T
i,e
为节点i
‑
元件e管段内页岩气平均热力学温度；L
i,j
为节点i
‑
元件e管段的管道长度；所述的用户节点压力约束指的是用户节点u的压力应满足用户最低需求压力，约束关系式为：式中，为用户节点u的最低需求压力；P
u
为用户节点u的压力；所述的管道压力约束指的是管道节点l压力应在最小允许运行压力和最大允许运行压力之间，约束关系式为：P
lmin
≤P
l
≤P
lmax
式中，P
l
为管道节点l的运行压力；为管道节点l的最小运行压力；为管道节点l的最大允许运行压力；所述的气体流量约束包括节点流量平衡约束、气源节点流量约束和需求节点流量约束；所述的节点流量平衡约束指的是流入节点i的流量之和应与流出节点i的流量之和相等，约束关系式为：式中，Q
i
为节点i的流量；β
ie
为节点i与元件e之间的连接关系系数；Q
e
为元件e的流量；所述的气源节点流量平衡约束指的是气源节点g的流量受到供气能力约束，约束关系式为：式中，为气源节点g的供气能力下界；Q
g
为气源节点g的供气量；为气源节点g的供气能力上界；所述的用户节点流量平衡约束指的是用户节点u的流量应满足节点用户最小需求气量，约束关系式为：
式中，为用户节点u的需求流量；Q
u
为用户节点u的注入流量；所述的压缩机约束包括进气压力约束、排气压力约束、压比约束、转速约束、进气流量约束、运行功率约束、开机台数约束；所述的进气压力约束指的是压气站节点c中压缩机j的进气压力应大于最小进气压力，约束关系式为：式中，为压气站节点c中压缩机j允许的最小进气压力；为压气站节点c中压缩机j的进气压力；所述的排气压力约束指的是压气站节点c中压缩机j的排气压力应小于最大排气压力，约束关系式为：式中，为压气站节点c中压缩机j的排气压力；为压气站节点c中压缩机j允许的最大排气压力；所述的压比约束关系式为：式中，ε
c,j
为压气站节点c中压缩机j的压比；若压比ε
c,j
大于1，则需要运行压缩机j进行增压，压缩机运行变量b
c,j
＝1，压缩机j运行功率N
c,j
赋正值；若压比ε
c,j
小于等于1，压缩机j运行变量b
c,j
＝0，压缩机停止运行，压缩机j运行功率N
c,j
为0，所述的压缩机功率计算公式为：式中，N
c,j
为压气站节点c中处压缩机j的运行功率；k为气体比热，为压缩机j吸气条件下的气体压缩因子；为压缩机j排气条...

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，王涛，梁光川，彭思洲，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：