油氣管網(wǎng)負(fù)荷率的估計方法研究

李姣姣 吳瓊

摘 要：隨著國家經(jīng)濟(jì)與技術(shù)的不斷發(fā)展，油氣等能源的消耗也在不斷提高，管道是能源輸送的必要工具，而管網(wǎng)的負(fù)荷率直接影響能源的使用率，為了充分利用能源，減少能源的浪費(fèi)率，必須對油氣管負(fù)荷率進(jìn)行估計預(yù)測。

關(guān)鍵詞：油氣管網(wǎng)；估計方法；能源輸送

中圖分類號：TE832 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

一、引言

石油與天然氣等優(yōu)質(zhì)能源是我國經(jīng)濟(jì)與技術(shù)發(fā)展必不可少的物質(zhì)基礎(chǔ)，然而隨著能源的不斷開發(fā)利用，這種優(yōu)質(zhì)能源也逐漸變得稀缺與珍貴。為了保護(hù)自然能源，避免其浪費(fèi)，必須要對其在各個行業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)行研究。一般而言，油氣等自然能源均是通過管道輸送到各個應(yīng)用領(lǐng)域，因此不同管道網(wǎng)承載著不同程度的負(fù)荷率，例如天然氣供應(yīng)系統(tǒng)，由于人們對天然氣的需求不一致，引起該供應(yīng)鏈上管網(wǎng)負(fù)荷的不均勻性，如果不能很好地估計管網(wǎng)的負(fù)荷率，即會導(dǎo)致能源大量的浪費(fèi)，相反，對負(fù)荷率精確的估計后，在需求相對較少的狀態(tài)下將氣體存儲起來，以備高峰階段的使用，即實(shí)現(xiàn)了調(diào)峰功能，減少了能源的浪費(fèi)。因此，油氣管網(wǎng)負(fù)荷率的研究對油氣等能源的節(jié)約性以及正確使用性都有重要的提升價值，本文既是針對油氣管網(wǎng)的負(fù)荷率的估計方法進(jìn)行詳細(xì)的分析。

二、油氣管網(wǎng)負(fù)荷率的估計技術(shù)

目前，對于油氣管網(wǎng)負(fù)荷率的估計方法包括兩種形式，一種既是基于經(jīng)驗(yàn)的評估方法，通過有經(jīng)驗(yàn)的人員對實(shí)際情況的分析，對其負(fù)荷率做出預(yù)測；另一種既是基于模型的評估方法，通過分析歷史數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，通過該模型的分析結(jié)果對各種情況進(jìn)行預(yù)測。相比較而言，基于模型的估計方法具有一定的統(tǒng)一性，避免了缺少經(jīng)驗(yàn)豐富的人員的缺點(diǎn)，可針對各種條件下的管網(wǎng)負(fù)荷率，但前提是需要建立正確的數(shù)學(xué)模型，這也是研究油氣管網(wǎng)負(fù)荷率的問題所在。

基于模型的評估已經(jīng)成為了油氣管網(wǎng)負(fù)荷率研究的主流方式，根據(jù)技術(shù)或模型的不同，可將其分為不同的技術(shù)方法，主要包括：時間序列法、回歸分析法、指數(shù)平滑法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊預(yù)測及灰色預(yù)報等技術(shù)。下面將對這些技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析與探討。

1 時間序列法

在眾多預(yù)測技術(shù)當(dāng)中，時間序列法相對較成熟且系統(tǒng)，可以通過數(shù)據(jù)驅(qū)動技術(shù)對模型結(jié)果進(jìn)行實(shí)時更新，從而獲得實(shí)時負(fù)荷率的預(yù)測結(jié)果，因此得到了廣泛的應(yīng)用。然而這種技術(shù)包括多種分析模型，例如AR模型，MA模型，ARMA模型，ARIMA模型等等。現(xiàn)階段對于該方法的研究主要集中于數(shù)據(jù)處理方面，即如何辨別及處理偽數(shù)據(jù)與如何正確修正數(shù)據(jù)，以及數(shù)據(jù)項(xiàng)的確定和天氣因素如何處理上。同樣也具有一些缺點(diǎn)，由于模型是線性，因此無法精確的估計出負(fù)荷率與各種影響因素之間的復(fù)雜曲線關(guān)系。

2 回歸分析法

回歸分析法是根據(jù)自變量的個數(shù)以及因變量與自變量的關(guān)系并以相關(guān)原理為基礎(chǔ)的估計方法，包括一元回歸與多元回歸法，其中每種方法具有線性與非線性性質(zhì)，相對時間序列法在精度上有所改進(jìn)。它不僅能夠針對油氣管網(wǎng)的負(fù)荷率進(jìn)行估計，而且能夠?qū)ι鐣约吧钪泻芏嘭?fù)責(zé)的事情均能夠進(jìn)行預(yù)測與估計，使用回歸分析法對油氣管網(wǎng)的負(fù)荷率進(jìn)行估計可以建立很多影響因素之間的關(guān)系，例如使用數(shù)量、天氣狀況，環(huán)境條件等，因此建立的模型具有多元化，可以適用普遍情況下負(fù)荷率估計。然而，回歸分析法同樣具有一些缺陷，例如需要較多且較廣的實(shí)際檢測數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)的全面性與準(zhǔn)確性在一般情況下很難獲得，因此建立的模型難免有失水準(zhǔn)，導(dǎo)致分析結(jié)果偏差較大。

3 指數(shù)平滑法

該方法的基本思想是指在估計過程中與時間點(diǎn)越接近，則對未來的影響就越大，所以對歷史數(shù)據(jù)分別加以不同的權(quán)衡，即時間點(diǎn)越近，則加權(quán)數(shù)據(jù)越大，時間點(diǎn)越遠(yuǎn)，加權(quán)數(shù)據(jù)越小，因此，加權(quán)數(shù)據(jù)的重要性是基于時間點(diǎn)的層次成非線性遞增。這種層次性加權(quán)原則是按等比級數(shù)逐一遞減法，假設(shè)該級數(shù)首項(xiàng)叫平滑常數(shù)，用a表示，公比為（1-a），a的大小對時間序列數(shù)的修勻程度有決定性的影響，a的取值范圍在0～1，一般取0.1～0.3。此外，還可將指數(shù)平滑預(yù)測法分為有線性模型法和二次曲線模型法，可以根據(jù)油氣管網(wǎng)的使用趨勢選擇合理的分析模型。

4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)估計法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用非常廣泛的估計方法，也是一種全新的思維模式，它不需要建立數(shù)學(xué)模型，也不需要求解任何非線性方程，只需建立所研究問題與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入變量和預(yù)測值之間的映射關(guān)系。它的特點(diǎn)是，具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，能擬合任意的非線性函數(shù)，并且具有很強(qiáng)的泛化能力。然而，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)也具有一些缺陷，例如該方法對于預(yù)報人員來說是一個黑箱系統(tǒng)，預(yù)報人員無法參與預(yù)報過程，無法表達(dá)和分析被預(yù)測系統(tǒng)的輸入與輸出間的關(guān)系。

5 專家系統(tǒng)法

它是將預(yù)報人員的經(jīng)驗(yàn)提取出來，如：氣溫與負(fù)荷的關(guān)系、季節(jié)與負(fù)荷的關(guān)系，星期對負(fù)荷的關(guān)系，特殊情況對負(fù)荷的影響等，形成知識庫，同時建立歷史數(shù)據(jù)庫，從歷史數(shù)據(jù)庫中找出相應(yīng)的歷史負(fù)荷數(shù)據(jù)，用知識庫中的規(guī)則加以推理，從而得到預(yù)報值。專家系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以模擬人的思維推理方式，靈活性高。然而還存在不足之處，即規(guī)則較難提取，預(yù)報精度依賴人的經(jīng)驗(yàn)豐富與否和規(guī)則是否恰當(dāng)而定。

6 模糊預(yù)測技術(shù)

它是在模糊規(guī)則的指導(dǎo)下，通過模糊推理系統(tǒng)，可以預(yù)測出未來的趨勢，且其抗干擾性強(qiáng)，但缺點(diǎn)是預(yù)測精度不夠，缺乏自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力，通常與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)混合進(jìn)行估計。

結(jié)語

油氣管網(wǎng)負(fù)荷率的研究對油氣等能源的節(jié)約性以及正確使用性都有重要的提升價值，本文針對油氣管網(wǎng)的負(fù)荷率的各種估計方法均進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

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