燃氣輸配管網智能調度研究

周慶霞

引言：隨著我國天然氣的快速發展，我國城市燃氣網己經發展成多氣源供氣、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，推動燃氣信息產業和燃氣設備制造的發展，使整個城市燃氣系統技術水平上升一個層次。因此燃氣系統面臨利用信息技術、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。

一、城市智能燃氣網的發展背景及概念

近年來，隨著我國經濟的迅速發展、城鎮化進程的加快，燃氣管網己經成為城鎮公共基礎設施之一，與人民群眾的生活密不可分。由于天然氣用起來方便、衛生，所以人們對天然氣日益依賴，這也就對城市燃氣管網的發展提出了更高的要求，它的發展要能滿足人們更高的服務需求，為社會、為群眾提供安全系數更高、使用更便捷的燃氣管網系統。各地方燃氣公司為了提高生產效率和企業管理水平，紛紛建立了SCADA數據采集與監控系統、GIS地理信息系統、管網模擬仿真系統等各類信息化系統，具有一定的分析處理能力并成功運用于日常的生產工作中。

不過，現在各燃氣企業的信息化建設都是在業務發展需要的情況下開展的，需要什么的時候再建設什么，因此各個系統不是同一時期構建的，彼此之間相對獨立，處于信息分散且無共享的狀態，形成了數據孤島現象。隨著業務規模的不斷擴大和企業管理要求的提高，這些現象往往帶來一定的問題：每個系統都是獨立存在的彼此之間沒有聯系，數據不能共享，這會對運營調度、事故處理、日常作業等活動的管理帶來障礙，不利于企業統籌安排；企業與用戶之間缺乏互動，聯系比較單一，用戶的用氣信息不能較為全面的反饋給企業；缺少智能決策支持，對日常記錄的數據不能進行整合、分析，不能發現其中包含的潛在規律，就不能為企業管理提供智能輔助支持，還需要人力和經驗判斷，降低了工作的準確性。

因此，在科學技術不斷發展的推動下，為了更好地提高運營調度能力，保證生產安全，提高用戶服務質量、降低企業生產成本，智能化的城市燃氣網應運而生。城市燃氣網的智能化體現在很多方面，是一個完整的體系，是全局的智能化而不單是一個環節的智能化：在管網建設階段，是以管網模擬技術為基礎進行規劃建設；在運營維護階段，采用風險預評價體系，在故事發生前就對疑似情況作出判斷，將事故苗頭扼殺在搖籃里，實現無事故預防型管理；在用戶管理方面，根據需求側管理理論，對用戶采用高級計量方法，增加互動性，提供現代化的供應服務。保證了城市燃氣管網智能、安全、穩定的發展要求。

二、智能化實現的基礎一一模擬

模擬也叫仿真，根據牛津英語詞典的定義，是用相似的模型、環境和設備模仿某個環境或系統的行為的技術，或是為更方便的獲取信息，或是為培訓人；仿真是一組廣泛的方法，用于研究和分析實際的或理論的系統的行為和性能。模擬的概念是隨著計算機和信息技術的不斷發展而發展和完善的，從上世紀40年代末興起，并逐步發展起來。

三、系統模擬的方法

系統建立模型的基礎是系統之間的相似性原理。相似性原理，對于自然界的任一系統都存在另一個系統，它們在某種意義上可以建立相似的數學描述或存在相似的物理屬性。系統模擬的理論基礎就是模型可以在某種意義上近似一個系統。

現實中一個實際的問題往往都是很復雜的，有很多影響因素。如果建立想通過建立一個數學模型把它的所有因素都反映出來，那么這個數學模型就會很復雜甚至根本建立不出來。但是，如果模型建立的過于簡單又不能反映出實際系統的特點。因此，建立數學模型時一般要遵循5個原則：精確性、合理性、復雜性、應用性和魯棒性。建立數學模型的的方法一般有以下幾種：

建立數學模型的的方法一般有以下幾種：

（1）演繹法

這是最早的一種建模方法，通過公理、定理、定律以及已經驗證的理論推導出的數學模型。這種方法適用于內部結構和特性很明確，建模時可以直接利用己知的定理。

（2）歸納法

這種方法是經過大量的實驗數據分析析、總結后，整理得出系統的數學模型。當遇到內部結構不清楚的系統，可以根據對系統輸入/輸出的測試數據來建立系統的數學模型。

（3）混合法

混合法是將前兩種方法結合使用的一種建模方法。一般先通過己知的知識確定系統模型的結構，再用歸納法確定具體參數。最后，則是要對得到的模型進行檢驗和修正，檢驗該模型是否能夠準確反映真實系統以及是否能夠滿足精度要求等。

四、城市智能燃氣網的技術特點

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：

（1）涉及的業務內容更加廣泛

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展等。

（2）對掌握的數據進行集成性的管理

城市燃氣網從規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。

（3）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。

（4）創新的管理模式

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新。由以前事故后再解決的管理方法，變為了事故前預防的管理模式，變被動管理為基于風險評價的主動管理。

（5）互動的管網系統

智能化的燃氣網在客戶服務方面也有很大改進。燃氣企業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，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，采用分時計價的手段，燃氣企業在供氣的同時，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。

結語

智能城市燃氣網研究是一個涉及多方面的課題，在我國燃氣事業迅猛發展的形勢下，傳統的城市燃氣運行管理己經漸漸不能滿足需求，發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、穩定，為用戶提供更加便捷的服務，使企業更好的掌握生產節奏，獲得最大的經濟效益。

參考文獻

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（作者單位：新地能源工程技術有限公司）