[发明专利]达到满意的压力限制的天然气管道网络中的控制系统

说明书

控制天然气管道网络中的气体流量，其中每个管道段内的流量与方向(正值或负值)相关联。计算每个管道段的最小和最大符号流速分别构成每个管道段的流量的上限和下限。非线性压降关系在下限和上限流量范围内线性化，为每个管道段创建一个线性压降模型。网络流量的解决方案是使用线性压降模型来计算的，并且包括每个管道段的流速，以满足多个网络节点中的每一个的需求约束和压力以满足压力约束。压力约束的下限和上限分别包括最小输送压力和最大工作压力。网络流量的解决方案与控制器用来控制一个或多个控制元件的控制元件设定点相关联。

技术领域

本发明涉及用于天然气生产、输送和分配的天然气管道网络的控制。

发明概述

本发明涉及一种用于控制天然气管道网络中的气体流量的系统和方法。天然气管道网络包括天然气生产厂、客户的气体回收设施、多个管道段、多个网络节点和多个控制元件。所述多个管道段中的每一个内的气体流量与方向相关联，所述方向与正号或负号相关联。该系统还包括一个或多个控制器和一个或多个处理器。计算每个管道段的最小符号流速和最大符号流速。最小符号流速构成每个管道段的流量下限、最大符号流速构成每个管道段流量的上限。非线性压降关系在流动的下限和流动的上限内线性化，以便为每个管道段创建线性压降模型。网络流量的解决方案是使用线性压降模型来计算的。网络流量的解决方案包括多个管道段中的每一个的流速，以满足多个网络节点中的每一个的需求约束和压力以满足压力约束。压力约束的下限包括最小输送压力，压力约束的上限包括管道的最大工作压力。网络流量的解决方案与控制元件设定点相关联。控制器接收描述控制元件设定点的数据，并使用描述控制元件设定点的数据来控制多个控制元件中的至少一些控制元件。

在一些实施方案中，处理器还被配置为通过以下步骤来计算最小符号流速和最大符号流速：使用多个管道段中的至少一个将代表天然气管道网络的无向图平分以创建左子图和右子图；通过从左子图中的每个天然气生产厂的最低生产率之和中减去左子图中的每个气体接收设施的需求率之和来计算左子图中的最小不足量；通过从右子图中的每个气体接收设施的需求费用总和中减去右子图中的每个天然气生产厂的最高生产率的总和来计算右子图中的最小未满足需求；计算左子图中最小不足量的最小符号流速和右子图中最小未满足需求的最小符号流速；通过从左子图中的每个天然气生产厂的最高生产率的总和中减去左子图中的每个气体接收设施的需求率之和来计算左子图中的最大过度供应量子图；通过从右子图中每个天然气生产厂的需求率之和中减去右子图中每个天然气生产厂的最低生产率的总和来计算右子图中的最大未满足需求子图；并计算左子图中的最大过度供应量和右子图中的最大未满足需求中的至少一个管道段的最大符号流速。

在一些实施方案中，所述多个网络节点中的每一个网络节点的压力预测中的误差是有界的，其界限用于确保使用线性化压降模型产生的网络流量的解决方案满足压力约束时，使用线性压降模型。

在其他实施方案中，将多个网络节点中的每一个网络节点的压力预测中的误差计算为与参考节点加最短路径相关的绝对误差的上限，并且网络节点与参考节点之间的距离是网络节点与参考节点之间的路径上边缘上的最大平方压降预测误差的总和。

在一些实施方案中，管道段的线性压降模型是该段的最小和最大流量范围内的非线性压降关系的最小二乘拟合。

在一些实施方案中，如果允许流量范围不包括零流量条件，则使用斜率截距模型，并且如果允许流量范围包括零流量条件，则使用仅仅斜率模型。

在一些实施方案中，线性程序用于创造网络流量的解决方案.

在一些实施方案中，控制元件包括蒸汽甲烷重整装置。

流量控制元件可能包括空气分离单元、压缩系统、和/或阀门。

背景技术