[发明专利]天然气管网的性能评价方法及装置

说明书

本申请实施例提供了一种天然气管网的性能评价方法及装置，该方法包括：将天然气管网抽象为用有向赋权图表示的管网模型；按照预设规则调整管网模型中至少一条管道连线的权值为零，并确定管网模型在调整相应权值后的最优供气流向策略；通过最大流算法获取管网模型在相应最优供气流向策略下的最优供气量分配策略；根据管网模型在相应最优供气流向策略下的最优供气量分配策略，确定管网模型的供气性能。本申请实施例可有全面而有效的评价天然气管网的性能。

技术领域

本申请涉及天然气管网性能评价技术领域，尤其是涉及一种天然气管网的性能评价方法及装置。

背景技术

作为连接资源和市场的纽带，天然气管网的供气能力的安全性、输送能力的稳定性至关重要。天然气供应安全与否，取决于“气源—天然气管网—用户”的协同作用。天然气管网的输送能力是否稳定取决于系统的设计是否合理、系统的操作是否最优。尤其在发生意外事件时，系统中潜在的“供气瓶颈”往往会导致严重后果。

然而，由于环境因素、人为原因及其它不可与预期事件(地震、洪水、恐怖袭击等)，意外事件往往不可避免。这就要求天然气管网的管理者和设计者从系统的角度去考虑天然气管网的脆弱性问题。所谓脆弱性，是指系统存在的先天缺陷，这种缺陷正常情况下不会暴露，但是一旦系统受到不利因素的干扰，这些缺陷就会凸显出来，导致系统功能严重退化。而脆弱性分析的作用就是判断系统中是否存在脆弱点，这是一个分析天然气管网供气安全与否的新角度；如果存在脆弱点，就通过一定手段找出这些脆弱点。天然气管网的供气脆弱性是指当不利事件发生后，天然气管网的供气能力出现大幅下降或者波及大量用户。

目前在天然气管网的领域，焦点仍集中在设备、管道的完整性方面，从“整体论”的角度评价管网系统尚不多见。尤其是对天然气管网的供气服务的脆弱性分析尚处于起步阶段。

但是，由于近年来在世界范围内，天然气供应安全事件频发，天然气管网的供气安全问题逐渐受到重视。有些研究虽然没有直接评价天然气管网的脆弱性，但是也间接地涉及到了一些相关问题，并提出了若干方法。总得来看，这些方法的提出都是基于对天然气管网拓扑结构特征的讨论。这类方法源自图论中对不同种类的“网络图”特质的分析，在电网中应用广泛。该方法能通过对天然气管网的拓扑(如中心性、节点度分布等)的计算，定性地分析天然气管网的布局与供气安全之间的关系，并给出改进的建议。但是，当要求给出定量结果时，例如“受到干扰后，管网的供气能力会下降多少”，此类方法就不能满足要求。另外，天然气管网的供气脆弱性与天然气调配方案、管道输送能力、用户需求紧密相关，而基于管网拓扑结构特征的方法并未考虑这些关键因素。

其中，具有代表性的是Han.F；E.Zio；V.Kopustinskas；P.Praks等人，于2016年在Esrel—2016(国际会议)发表的文章《Quantifying the importance of elements of agas transmission network from topological,reliability and controllabilityperspectives,considering capacity constraints》。文章提出的方法以控制论和图论为基础，控制论用于描述管网，图论用于评价管网。首先，文章将天然气管网表达为控制论中的状态空间形式，如式1所示。其中，表示各节点在t时刻的状态状态，在这篇文章中，所谓的节点状态为“0-1”态，0表示节点失效，1表示节点正常工作；表示控制变量；A矩阵为邻接矩阵，用于描述管网的拓扑结构；B矩阵是基于邻接矩阵的控制矩阵，用于描述网络中各控制节点的位置。

基于式1的形式，文章提出了管网可控性、管网拓扑效率、管网能力效率预计管网服务可靠性四个评价，用来评价天然气管网供气是否稳定，并找出导致不稳定供气的薄弱环节。这四个的计算均是从图论的角度，分析矩阵A和B所表示的图的拓扑特征，并未涉及对天然气管网的实际物理功能的描述。因此，该方法的问题在于，对天然气管网供气能力的分析仅停留在管网结构层面，并没有落实到“供气量”这一关键，也没有考虑调控策略、用户需求等关键因素，结果不具有说服力。