燃氣輸配管網智能調度研究

1、<p>　　燃氣輸配管網智能調度研究</p><p>　　摘要：從世界形勢來看，能源系統(tǒng)已經發(fā)生了變化，優(yōu)質、清潔、高效的天然氣能源成為了人類經濟發(fā)展的新能源引擎。我國在合理利用能源方針和節(jié)能減排的政策下，燃氣事業(yè)迅速發(fā)展。人們對燃氣的日益依賴加重了城市燃氣網的運營任務，同時也是對它提出的更高要求，只有發(fā)展才能滿足人們日益增長的需求，保證燃氣供應更加安全、可靠、便捷。 </p><p

2、>　　關鍵詞：燃氣；管網；只能調度 </p><p>　　中圖分類號： TH138.23 文獻標識碼： A </p><p><b>　　國內研究現狀 </b></p><p>　　國內城市天然氣行業(yè)還處于快速發(fā)展階段，尚未達到市場化階段。而國外城市天然氣行業(yè)已經處于市場化階段。國內城市天然氣行業(yè)在向著市場化發(fā)展的過程中，將會對燃氣管網產

3、生新的技術需求。國內外燃氣發(fā)展水平比較如表1。 </p><p>　　表1 國內外燃氣發(fā)展水平比較 </p><p>　　隨著我國天然氣的快速發(fā)展，我國城市燃氣網已經發(fā)展成多氣源供氣、多壓力級制的縱橫交錯的網絡體系。燃氣企業(yè)為了保證燃氣輸配的安全、高效，輸配調度的智能化管理是必然手段。我國城市燃氣供應技術的發(fā)展趨勢是擴大先進科學技術在城市燃氣輸配中的使用程度，推動燃氣信息產業(yè)和燃氣設備制造

4、的發(fā)展，使整個城市燃氣系統(tǒng)技術水平上升一個層次。因此燃氣系統(tǒng)面臨利用信息技術、智能化管理手段解決城市燃氣分時計價、需求側管理、運行調度等問題，提高燃氣管網的智能化運行調度管理水平。 </p><p>　　城市智能燃氣網的技術特點 </p><p>　　建設智能燃氣網不是拋棄原有的燃氣網建設，而是在現有的基礎上進行升級改造，是燃氣網信息化建設的新的階段。它主要包括以下特點： </p&g

5、t;<p>　　涉及的業(yè)務內容更加廣泛城市智能燃氣網涵蓋了整個運營調度的各個方面。在城市燃氣輸配方面，包括智能供氣、智能調峰；在日常運營管理方面，包括智能監(jiān)控、智能決策支持、智能巡檢；在用戶服務方面，包括智能用氣服務和智能用氣管理以及未來用戶發(fā)展等。 </p><p>　?。?）對掌握的數據進行集成性的管理城市燃氣網從規(guī)劃到實施再到運行使用都會產生大量數據、資料，將管網基礎設施檔案、實時運行參數、地

6、理位置信息、客戶數據集成管理，增強了數據之間的關聯性，避免信息孤立，為燃氣網運營管理提供更方便、快捷的訪問方式。 </p><p>　?。?）先進的技術支持從技術范疇來說，智能燃氣網的架構在底層基于物聯網，各類設備可以與互聯網相銜接，實現了訪問終端的多樣化，包括電腦、平板電腦、智能手機等；上層基于云計算架構，實現海量數據存儲、處理與信息整合。依托先進的技術保證了燃氣網智能化的實現。 </p><

7、;p>　?。?）創(chuàng)新的管理模式智能燃氣網除了在技術上的革新，在管理模式上也與之前有了創(chuàng)新。由以前事故后再解決的管理方法，變?yōu)榱耸鹿是邦A防的管理模式，變被動管理為基于風險評價的主動管理。 </p><p>　?。?）互動的管網系統(tǒng)智能化的燃氣網在客戶服務方面也有很大改進。燃氣企業(yè)與客戶的關系不再是單一的“一個只管供氣、一個只管用氣”的狀態(tài)，而是彼此之間有互動性的。通過提高管網計量水平和自動控制水平，采用分時計

8、價的手段，燃氣企業(yè)在供氣的同時，從用戶獲取用量數據，再反饋給用戶實時信息，可以指導用戶采用一種有利于調峰和提高能效的用能方式。 </p><p>　　三、構建智能化運營調度的技術條件 </p><p>　　我國城市燃氣供應技術的發(fā)展趨勢是將高科技研究成果用于我國城市燃氣輸配系統(tǒng)，實現燃氣管網智能化。智能調度具有 信息化、自動化、互動化 的特點，包含調度的各個環(huán)節(jié)，覆蓋全部管網。應用平臺是構

9、架智能化調度系統(tǒng)的關鍵技術，可為實現各類功能提供技術支持，其基礎系統(tǒng)主要包括： </p><p>　　數據采集與監(jiān)控系統(tǒng)它是依托計算機技術對生產過程進行控制，實現自動化調度的系統(tǒng)。它可以對管道、門站、儲配站、調壓站等設備進行監(jiān)視和控制，實時采集各設備的數據信息并上傳，為后續(xù)的計算分析提供數據支持。 </p><p>　?。?）地理信息系統(tǒng)主要用于查看城市燃氣網的各級管道、調壓站、調壓箱等設

10、備的地理位置信息，是一個包含了整個城市管網樣貌的地理圖，點擊地圖上也可以查詢任一位置管網及設備的基本信息，使燃氣網的管理更加形象、便捷。 </p><p>　?。?）無線通訊定位系統(tǒng)日常用于定位巡檢人員和巡檢車輛，保證了巡檢人員安全的同時也對人員工作情況進行了監(jiān)督。當有特殊情況發(fā)生時，可以通過定位通訊系統(tǒng)及時定位故障地點，報告現場情況以及調配搶險人員。 </p><p>　?。?）氣象信息

11、系統(tǒng)建立氣象信息的采集與傳輸、存儲系統(tǒng)，提供實時的天氣情況。 </p><p>　?。?）信息管理系統(tǒng)信息管理系統(tǒng)是用來存儲城市燃氣網中 SCADA 系統(tǒng)、GIS 系統(tǒng)及其他信息系統(tǒng)在不同時刻采集及存檔的數據和信息，然后將這些數據整合、分類、統(tǒng)計、備份，以備需要時可調用。 </p><p>　?。?）決策支持系統(tǒng)決策支持系統(tǒng)提供燃氣調度分析決策所常用的計算功能，使各級調度部門可便捷地進行調

12、度分析并制定調度方案。其計算功能包括數據分析軟件、管網動態(tài)模擬軟件、對城市用氣量預測的軟件以及智能決策分析軟件，例如管道完整性等級識別分析軟件、設備安全等級識別軟件、管網運行優(yōu)化軟件等。 </p><p>　　由于其海量信息特點，智能調度的應用平臺可以采用云計算技術來構建，打通并結合以上各基礎平臺的功能，實現智能調度的目的，如圖1所示。 </p><p>　　圖1 智能調度應用平臺構成示意

13、圖 </p><p>　　四、城市燃氣網運營調度智能優(yōu)化方向 </p><p>　?。ㄒ唬┹斉湔{度優(yōu)化 </p><p>　　日常的調度動作都是根據預測的負荷值來執(zhí)行的，因此，精確的負荷預測值是提高智能調度能力的關鍵。主要有兩方面可以改進，一是加強對天然氣負荷數據的處理能力，辨別假數據，提高負荷數據的真實性和準確性；二是對模擬軟件的定期更新，以更好地適應不斷發(fā)展的系

14、統(tǒng)，保證數據的可靠性。 </p><p><b>　　氣源調度優(yōu)化 </b></p><p>　　氣源多元化已經是城市燃氣發(fā)展的大方向，這也為運營調度工作提出了又一問題。多氣源來氣的壓力是否一致、怎樣平衡，就需要通過軟件進行模擬，找出平衡多氣源壓力的因素，完善調度措施。 </p><p>　　搶險與應急調度優(yōu)化 </p><

15、p>　　當啟動搶險調度時，就是有事故發(fā)生的時候。此時，搶險開始時間是否最短、人員和資源的運輸路線是否最優(yōu)就是影響搶險救援的關鍵因素。這就需要建立一個多目標優(yōu)化模型，使各個目標在不沖突的同時盡可能都達到最優(yōu)，保證搶險任務在最短時間內開始，最大程度的減少人員傷亡及經濟損失。在事故后記錄事故情況，可建立數據庫，通過事故回放、故障特點分析等方法對事故進行整理、歸類，挖掘潛在的事故發(fā)生因素。 </p><p>　　調

16、度智能化的關鍵技術 </p><p>　　調度智能化的關鍵技術包括智能監(jiān)測技術、動態(tài)分析決策技術、自動控制技術、安全風險評估技術、優(yōu)化調度技術、對外服務輔助技術、云計算管理技術等。這些關鍵技術體現了智能化調度的可靠性、靈活性，為城市燃氣管網的正常運行提供保障，可以滿足資源優(yōu)化配置、運營經濟性的要求。 </p><p><b>　　超壓調度控制流程 </b></p

17、><p>　　將調壓器、閥門進行智能改造，改造后的調壓器具有手動調節(jié)、自動調節(jié)、遙調功能及安全保護功能、參數設定及顯示功能；改造后的閥門具有手動、自動及遙控切斷功能，參數設定及顯示功能?？刂屏鞒倘鐖D1所示。 </p><p>　　圖1超壓調度控制流程圖 </p><p>　　在日常調度運行中，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測調壓器壓力。無壓力波動時持續(xù)監(jiān)測，當監(jiān)測出的壓力波動符合調壓器內預

18、設的壓力曲線趨勢時，調壓器內設定的程序自動啟動調節(jié)功能，保證壓力平穩(wěn)；當調壓器處壓力波動且不符合預測曲線時，調度中心的情景決策分析軟件對情況進行判斷，屬于非常規(guī)情景發(fā)生時，調度中心即輸入相關指令得到控制參數，開始進行干預控制，有兩種控制方式：一種是根據得到的參數向調壓器發(fā)出指令遠程控制調節(jié)，另一種是向場站人員發(fā)出指令進行人工調節(jié)。對于閥門的調節(jié)也是同樣道理，由閥門內設定的限流值判斷是否進行調節(jié)。 </p><p>

19、;　　五、多氣源燃氣網運營調度優(yōu)化 </p><p>　　多氣源供氣的發(fā)展情況 </p><p>　　我國國內常規(guī)天然氣的產量難以滿足未來天然氣增長的需求。因此，就需要通過多種氣源的途徑來彌補天然氣需求的缺口。多氣源供氣可以保障供氣可靠性、穩(wěn)定性，同時擴展氣源采購范圍，降低購氣成本。我國目前開發(fā)的氣源種類除了常規(guī)天然氣外，還包括煤層氣、頁巖氣、煤制天然氣、進口LNG 以及進口管道氣。 &l

20、t;/p><p>　　多氣源優(yōu)化調度的數學模型 </p><p>　　多氣源調度優(yōu)化的目的是當有多個氣源同時向城市燃氣網供氣時，在氣源條件一定的情況下，一般是已知氣源點供氣壓力、管網供氣壓力和管網零點的允許最低壓力，根據城市燃氣網門站的輸氣壓力，各用戶的用氣要求、用氣量分布，合理配置各氣源點的供氣量，實現多氣源輸氣的投資和運行費用最小化。其流程圖可以表示如下： </p><

21、p>　　圖2 多氣源優(yōu)化調度流程圖 </p><p><b>　　結語 </b></p><p>　　智能城市燃氣網研究是一個涉及多方面的課題，在我國燃氣事業(yè)迅猛發(fā)展的形勢下，傳統(tǒng)的城市燃氣運行管理已經漸漸不能滿足需求，發(fā)展智能化的城市燃氣網是形勢所趨；科學技術的不斷進步也保證了城市智能燃氣網實現的可行性。智能化的運營調度可以使燃氣供應更加可靠、穩(wěn)定，為用戶提供

22、更加便捷的服務，使企業(yè)更好的掌握生產節(jié)奏， 獲得最大的經濟效益。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]李江,唐川,嚴宇. 基于改進算法的城市燃氣輸配管網功能分析[J]. 油氣儲運,2011,04:288-290+236. </p><p>　　[2]張洋. 關于燃氣輸配管網相關問題探討[J]. 黑龍江科