燃气输配管网智能调度研究

周庆霞

引言：随着我国天然气的快速发展，我国城市燃气网己经发展成多气源供气、多压力级制的纵横交错的网络体系。燃气企业为了保证燃气输配的安全、高效，输配调度的智能化管理是必然手段。我国城市燃气供应技术的发展趋势是扩大先进科学技术在城市燃气输配中的使用程度，推动燃气信息产业和燃气设备制造的发展，使整个城市燃气系统技术水平上升一个层次。因此燃气系统面临利用信息技术、智能化管理手段解决城市燃气分时计价、需求侧管理、运行调度等问题，提高燃气管网的智能化运行调度管理水平。

一、城市智能燃气网的发展背景及概念

近年来，随着我国经济的迅速发展、城镇化进程的加快，燃气管网己经成为城镇公共基础设施之一，与人民群众的生活密不可分。由于天然气用起来方便、卫生，所以人们对天然气日益依赖，这也就对城市燃气管网的发展提出了更高的要求，它的发展要能满足人们更高的服务需求，为社会、为群众提供安全系数更高、使用更便捷的燃气管网系统。各地方燃气公司为了提高生产效率和企业管理水平，纷纷建立了SCADA数据采集与监控系统、GIS地理信息系统、管网模拟仿真系统等各类信息化系统，具有一定的分析处理能力并成功运用于日常的生产工作中。

不过，现在各燃气企业的信息化建设都是在业务发展需要的情况下开展的，需要什么的时候再建设什么，因此各个系统不是同一时期构建的，彼此之间相对独立，处于信息分散且无共享的状态，形成了数据孤岛现象。随着业务规模的不断扩大和企业管理要求的提高，这些现象往往带来一定的问题：每个系统都是独立存在的彼此之间没有联系，数据不能共享，这会对运营调度、事故处理、日常作业等活动的管理带来障碍，不利于企业统筹安排；企业与用户之间缺乏互动，联系比较单一，用户的用气信息不能较为全面的反馈给企业；缺少智能决策支持，对日常记录的数据不能进行整合、分析，不能发现其中包含的潜在规律，就不能为企业管理提供智能辅助支持，还需要人力和经验判断，降低了工作的准确性。

因此，在科学技术不断发展的推动下，为了更好地提高运营调度能力，保证生产安全，提高用户服务质量、降低企业生产成本，智能化的城市燃气网应运而生。城市燃气网的智能化体现在很多方面，是一个完整的体系，是全局的智能化而不单是一个环节的智能化：在管网建设阶段，是以管网模拟技术为基础进行规划建设；在运营维护阶段，采用风险预评价体系，在故事发生前就对疑似情况作出判断，将事故苗头扼杀在摇篮里，实现无事故预防型管理；在用户管理方面，根据需求侧管理理论，对用户采用高级计量方法，增加互动性，提供现代化的供应服务。保证了城市燃气管网智能、安全、稳定的发展要求。

二、智能化实现的基础一一模拟

模拟也叫仿真，根据牛津英语词典的定义，是用相似的模型、环境和设备模仿某个环境或系统的行为的技术，或是为更方便的获取信息，或是为培训人；仿真是一组广泛的方法，用于研究和分析实际的或理论的系统的行为和性能。模拟的概念是随着计算机和信息技术的不断发展而发展和完善的，从上世纪40年代末兴起，并逐步发展起来。

三、系统模拟的方法

系统建立模型的基础是系统之间的相似性原理。相似性原理，对于自然界的任一系统都存在另一个系统，它们在某种意义上可以建立相似的数学描述或存在相似的物理属性。系统模拟的理论基础就是模型可以在某种意义上近似一个系统。

现实中一个实际的问题往往都是很复杂的，有很多影响因素。如果建立想通过建立一个数学模型把它的所有因素都反映出来，那么这个数学模型就会很复杂甚至根本建立不出来。但是，如果模型建立的过于简单又不能反映出实际系统的特点。因此，建立数学模型时一般要遵循5个原则：精确性、合理性、复杂性、应用性和鲁棒性。建立数学模型的的方法一般有以下几种：

建立数学模型的的方法一般有以下几种：

（1）演绎法

这是最早的一种建模方法，通过公理、定理、定律以及已经验证的理论推导出的数学模型。这种方法适用于内部结构和特性很明确，建模时可以直接利用己知的定理。

（2）归纳法

这种方法是经过大量的实验数据分析析、总结后，整理得出系统的数学模型。当遇到内部结构不清楚的系统，可以根据对系统输入/输出的测试数据来建立系统的数学模型。

（3）混合法

混合法是将前两种方法结合使用的一种建模方法。一般先通过己知的知识确定系统模型的结构，再用归纳法确定具体参数。最后，则是要对得到的模型进行检验和修正，检验该模型是否能够准确反映真实系统以及是否能够满足精度要求等。

四、城市智能燃气网的技术特点

建设智能燃气网不是抛弃原有的燃气网建设，而是在现有的基础上进行升级改造，是燃气网信息化建设的新的阶段。它主要包括以下特点：

（1）涉及的业务内容更加广泛

城市智能燃气网涵盖了整个运营调度的各个方面。在城市燃气输配方面，包括智能供气、智能调峰；在日常运营管理方面，包括智能监控、智能决策支持、智能巡检；在用户服务方面，包括智能用气服务和智能用气管理以及未来用户发展等。

（2）对掌握的数据进行集成性的管理

城市燃气网从规划到实施再到运行使用都会产生大量数据、资料，将管网基础设施档案、实时运行参数、地理位置信息、客户数据集成管理，增强了数据之间的关联性，避免信息孤立，为燃气网运营管理提供更方便、快捷的访问方式。

（3）先进的技术支持

从技术范畴来说，智能燃气网的架构在底层基于物联网，各类设备可以与互联网相衔接，实现了访问终端的多样化，包括电脑、平板电脑、智能手机等；上层基于云计算架构，实现海量数据存储、处理与信息整合。依托先进的技术保证了燃气网智能化的实现。

（4）创新的管理模式

智能燃气网除了在技术上的革新，在管理模式上也与之前有了创新。由以前事故后再解决的管理方法，变为了事故前预防的管理模式，变被动管理为基于风险评价的主动管理。

（5）互动的管网系统

智能化的燃气网在客户服务方面也有很大改进。燃气企业与客户的关系不再是单一的“一个只管供气、一个只管用气”的状态，而是彼此之间有互动性的。通过提高管网计量水平和自动控制水平，采用分时计价的手段，燃气企业在供气的同时，从用户获取用量数据，再反馈给用户实时信息，可以指导用户采用一种有利于调峰和提高能效的用能方式。

结语

智能城市燃气网研究是一个涉及多方面的课题，在我国燃气事业迅猛发展的形势下，传统的城市燃气运行管理己经渐渐不能满足需求，发展智能化的城市燃气网是形势所趋；科学技术的不断进步也保证了城市智能燃气网实现的可行性。智能化的运营调度可以使燃气供应更加可靠、稳定，为用户提供更加便捷的服务，使企业更好的掌握生产节奏，获得最大的经济效益。

参考文献

[1]上海城市燃气输配管网失效模糊故障树分析法 何淑静； 周伟国； 严铭卿 同济大学学报（自然科学版） 2005/04.

[2]燃气输配管网结构分析的指标与分析技术 严铭卿 煤气与热力2007/05.

[3]燃气输配管网调峰过程的动态模拟分析 蒋洪； 蒋俊杰； 李宏玉 管道技术与设备2011/06.

（作者单位：新地能源工程技术有限公司）