一种基于燃气管网拓扑的燃气调度方法与流程

1.本发明涉及燃气调度技术领域，特别涉及一种基于燃气管网拓扑的燃气调度方法。


背景技术：

2.对于一个具有气源站、多节点的完备燃气管网拓扑结构，节点处的压缩机存在多种组合方式，通过压缩机的组合方式对节点的压力进行调控，从而控制节点处的用户用气情况，一方面在保证节点用气的情况下，节省用气成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于在保证用户用气量的情况下，降低用气成本，提供一种基于燃气管网拓扑的燃气调度方法。
4.为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：一种基于燃气管网拓扑的燃气调度方法，包括以下步骤：步骤s1：构建燃气管网拓扑结构，对燃气管网拓扑中的节点和管段进行编号；并建立节点与管段之间的关联矩阵；步骤s2：统计各节点的流量历史数据，根据流量历史数据，获得每根管段的流量和每个节点的压力降；步骤s3：对每根管段的流量进行迭代，迭代结束后，根据每根管段的流量和每个节点的压力降，控制每个节点处的压缩机组合方式，使得每个节点的压力和每根管段的流量处于燃气管网拓扑结构的最优模型。
5.所述构建燃气管网拓扑结构，对燃气管网拓扑中的节点和管段进行编号的步骤，包括：步骤s11：所述燃气管网拓扑结构中包含一个气源站、若干个节点，且气源站或每个节点均可能连接多根管段；其中气源站的压力为已知，每个节点处至少已知压力或流量其中之一；步骤s12：对每个节点进行编号，对气源站与节点或节点与节点之间的管段进行编号，并初始化设定每根管段中燃气流动的方向；当管段中燃气实际流动方向与设定燃气流动方向一致时，则管段流量qn取正数，否则管段流量qn取负数，其中n为管段的编号。
6.所述并建立节点与管段之间的关联矩阵的步骤，包括：步骤s13：根据节点和管段的编号，建立关联矩阵a：其中关联矩阵a共有m行、n列，第i行表示编号为第i个节点，第j列表示编号为第j
根管段；步骤s14：计算每根管段流量的导纳系数g：步骤s14：计算每根管段流量的导纳系数g：其中，d为该根管段的内径，为该根管段内壁相对粗糙程度，为燃气密度，为标准绝对状态下的温度，为该根管段的热力学温度，为该根管段的长度；步骤s15：将导纳系数g扩充为n阶的对角矩阵：。
7.所述统计各节点的流量历史数据的步骤，包括：步骤s21：根据已知流量的节点，获取已知流量的节点的历史一周用气流量数量；对于每一个节点在历史一周的用气流量数据按24小时分类形成24个数据集，每个数据集中包括该节点在历史一周中每天的该小时用气流量数据；步骤s22：获取每个数据集中用气流量数据最大值，将24个用气流量数据最大值取平均值作为该节点的输出流量qi，其中i表示该节点的编号。
8.所述根据流量历史数据，获得每个节点的输出流量的步骤，包括：步骤s23：根据已知流量的节点的输出流量qi，建立第一线性迭代方程组：通过第一线性迭代方程组可求解出每根管段的流量；步骤s24：令，建立第二线性迭代方程组：其中为关联矩阵a的转置矩阵；通过第二线性迭代方程组可求解出每个节点的压力降；步骤s25：根据每个节点的压力降，获得每个节点相对于压力降更准确的压力降：；步骤s26：根据更为准确的压力降，获得每根管段相对于流量更准确的管段流量q：g。
9.所述对每根管段的流量进行迭代的步骤，包括：将管段流量q与流量初始值进行比较，直到《阈值时，迭代终止。
10.所述根据每根管段的流量和每个节点的压力降，控制每个节点处的压缩机组合方
式，使得每个节点的压力和每根管段的流量处于燃气管网拓扑结构的最优模型的步骤，包括：步骤s31：每个节点处设置有多台压缩机，设每个节点处的压缩机组合方式有bi种，其中i表示节点的编号；按照bi种组合方式对燃气管网拓扑结构中所有节点的压缩机进行仿真，根据各个节点处的压力降情况，在满足管段流量为q时，节点用气负荷的组合方式构成可行域c；步骤s32：根据各台压缩机的运行成本，构建成本优化模型，使得压缩机的成本为最低，其中，为各台压缩机的运行成本；步骤s33：根据各个节点处的压力降情况，构建压力优化模型，使得气源站输出压力最低。
11.与现有技术相比，本发明的有益效果：本方案在保证管段流量的前提下，通过调整各个节点处压缩机的组合方式，并且需保证压力降在范围内，控制压缩机的成本，使得气源站输出压力最低。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
13.图1为本发明实施例燃气管网拓扑结构示意图。
具体实施方式
14.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
15.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
16.实施例1：本发明通过下述技术方案实现，一种基于燃气管网拓扑的燃气调度方法，包括以下步骤：步骤s1：构建燃气管网拓扑结构，对燃气管网拓扑中的节点和管段进行编号；并建立节点与管段之间的关联矩阵。
17.请参见图1，一个完备的燃气管网拓扑中包括至少一个气源站、多个节点，也可以
包括一个或多个调压站，调压站用于控制节点处压缩机的组合方式。可见，一个气源站作为该管网拓扑的燃气输入点，该气源站可以连接一根或多根管段，使得该气源站与一个或多个节点通过管段连接；同样，一个节点也可以连接一根或多根管段，使得该节点与一个或多个节点通过管段连接。
18.在一个燃气管网拓扑结构中，气源站的压力是已知且恒定的，每个节点处至少已知该节点的压力或流量其中一个数据。
19.对每个节点进行编号，比如请参加图1，包括节点（1）、（2）、（3）、（4）、（5）、（6）、（7）、（8）、（9）。然后对气源站与节点或节点与节点之间的管段进行编号，比如请参见图1，气源站与节点（1）之间连接的管段编号为1，节点（1）与节点（7）之间连接的管段编号为15。
20.并初始化设定每根管段中燃气流动的方向；当管段中燃气实际流动方向与设定燃气流动方向一致时，则管段流量qn取正数，否则管段流量qn取负数，其中n为管段的编号。
21.对节点和管段完成编号后，建立关联矩阵a：其中关联矩阵a共有m行、n列，第i行表示编号为第i个节点，第j列表示编号为第j根管段。从关联矩阵a中即可获得节点与管段之间的关系。
22.然后计算每根管段流量的导纳系数g：然后计算每根管段流量的导纳系数g：其中，d为该根管段的内径，为该根管段内壁相对粗糙程度，为燃气密度，为标准绝对状态下的温度，为该根管段的热力学温度，为该根管段的长度。
23.最后将导纳系数g扩充为n阶的对角矩阵：。
24.步骤s2：统计各节点的流量历史数据，根据流量历史数据，获得每根管段的流量和每个节点的压力降。
25.由于每个节点处至少已知该节点的压力或流量其中一个数据，那么根据已知流量的节点，获取已知流量的节点的历史一周用气流量数量；对于每一个节点在历史一周的用气流量数据按24小时分类形成24个数据集，每个数据集中包括该节点在历史一周中每天的该小时用气流量数据。
26.作为解释，按24小时分类形成24个数据集，则每个数据集依次表示0点到24点的数据集，比如0点对应的数据集中，包含了7个元素，每个元素表示该节点在历史一周中每天在
0点的用气流量数据。比如0点对应的数据集为x(o)：其中，表示该节点在历史一周中第一天在0点时的用气流量数据，表示该节点在历史一周中第五天在0点时的用气流量数据。
27.在数据集x(o)中可以得到一个用气流量最大值，那么24个数据集即可得到24个用气流量最大值，将24个用气流量数据最大值取平均值作为该节点的输出流量qi，其中i表示该节点的编号。
28.根据已知流量的节点的输出流量qi，建立第一线性迭代方程组：通过第一线性迭代方程组可求解出每根管段的流量，此处得到的管段流量不够准确。
29.令，建立第二线性迭代方程组：其中为关联矩阵a的转置矩阵；通过第二线性迭代方程组可求解出每个节点的压力降，此处得到的压力降不够准确。
30.根据每个节点的压力降，获得每个节点相对于压力降更准确的压力降：。根据更为准确的压力降，获得每根管段相对于流量更准确的管段流量q：g。
31.步骤s3：对每根管段的流量进行迭代，迭代结束后，根据每根管段的流量和每个节点的压力降，控制每个节点处的压缩机组合方式，使得每个节点的压力和每根管段的流量处于燃气管网拓扑结构的最优模型。
32.将管段流量q与流量初始值进行比较，直到《阈值时，迭代终止。
33.每个节点处设置有多台压缩机，设每个节点处的压缩机组合方式有bi种，其中i表示节点的编号；按照bi种组合方式对燃气管网拓扑结构中所有节点的压缩机进行仿真，根据各个节点处的压力降情况，在满足管段流量为q时，节点用气负荷的组合方式构成可行域c。
34.比如现有2个节点，分别为节点（1）、（2），节点（1）有3台压缩机，节点（2）有2台压缩机，那么节点（1）处的压缩机则有3种组合方式，分别是开启1台压缩机、开启2台压缩机、开启3台压缩机，同样节点（2）处的压缩机则有2种组合方式，分别为开启1台压缩机、开启2台压缩机。
35.需要在满足管段流量的情况下，调整节点处压缩机的组合方式，并且不能过于降低压缩机的开启数量，否则节点处的压力会骤降，所以在前述计算出各节点的压力降，为的就是保证节点处在调整压缩机组合方式时，压力降需要在范围内，才能同时保证节点处正常使用燃气。
36.根据各台压缩机的运行成本，构建成本优化模型，使得压缩机的成本为最低，其中，为各台压缩机的运行成本。根据各个节点处的压力降情况，构建压力优化模型，使得气源站输出压力最低。
37.本方案在保证管段流量的前提下，通过调整各个节点处压缩机的组合方式，并且需保证压力降在范围内，控制压缩机的成本，使得气源站输出压力最低。
38.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。