[发明专利]一种基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法

权利要求书

1.一种基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：选择若干对天然气管网运行有影响的控制参数，构成一组决策变量X＝[x₁,x₂,···,x_M]，M为所选控制参数的个数；选定天然气工业现场，采集N组决策变量X₁,X₂,···,X_N及其对应的气源用户流量以及边界条件，根据所选参数，首先确定用户的节点数目，用户节点之间管道的相互连接关系，再确定用户之间的管道数量；

S2：对采集的N组决策变量X₁,X₂,···,X_N绘制管网拓扑图；

S3：对天然气管网中的不同用户分别进行专家打分，利用层次分析法求取用户重要度，再检验其一致性，最终对重要度进行确定；

S4：设计优化算法：

综合考虑管网运行特性和用户用气需求的基础上，以用户重要度作为配置天然气供应量的依据，确定优化目标函数及约束条件，并且根据这些条件，设计优化算法，据此调整管网用户负荷结构，实现天然气供应与用户需求的最佳配置与协调。

2.根据权利要求1所述的基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法，其特征在于，步骤S1中，所述控制参数包括天然气用户基础数据、天然气管道基础数据。

3.根据权利要求2所述的基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法，其特征在于，步骤S1中，所述天然气用户基础数据包括各用户的最高用气量、最低用气量、最高压力、最低压力；所述天然气管道基础数据包括管外径、壁厚、最大应许力、管道长度。

4.根据权利要求2或3所述的基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法，其特征在于，步骤S2中，所述管网拓扑图的绘制方法为：以天然气管道基础数据作为输入，利用matlab自动生成邻接矩阵，再根据邻接矩阵以及用户节点的管道连接关系绘制管网拓扑图。

5.根据权利要求1所述的基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法，其特征在于，步骤S3中，利用层次分析法求取用户重要度包括以下步骤：

S31：建立层次结构模型：在深入分析实际问题的基础上，将有关的各个因素按照不同属性自上而下地分解成若干层次，同一层的诸因素从属于上一层的因素或对上层因素有影响，同时又支配下一层的因素或受到下层因素的作用；最上层为目标层，最下层为方案层或对象层，中间为准层则或指标层；

S32：构造成对比较阵：从层次结构模型由上到下的第2层开始，对于从属于/影响上一层每个因素的同一层诸因素，用成对比较法和比较尺度构造成对比较阵，直到最下层；

S33：计算权向量并做一致性检验：对于每一个成对比较阵计算最大特征根及对应特征向量，利用一致性指标、随机一致性指标和一致性比率做一致性检验；若检验通过，特征向量即为权向量：若不通过，需重新构造成对比较阵；

S34：计算组合权向量并做组合一致性检验：计算最下层对目标的组合权向量，并根据公式做组合一致性检验，若检验通过，则可按照组合权向量表示的结果进行决策，否则，重新建立层次结构模型或重新构造一致性比率较大的成对比较阵。

6.根据权利要求5所述的基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法，其特征在于，步骤S3还包括S35：计算单排序权向量并进行一致性检验，步骤如下：

若A为一致矩阵，则：

(i)A必为正互反矩阵；

(ii)A的转置矩阵A^T也是一致矩阵；

(iii)A的任意两行成比例，比例因子大于零，从而rank(A)＝1，同样，A的任意两列也成比例；

(iv)A的最大特征值λ_max＝n，其中n为矩阵A的阶；A的其余特征根均为零。

7.根据权利要求1所述的基于用户优先级的天然气管网智能运行调度方法，其特征在于，步骤S4中，目标函数及约束条件确定方法包括：

S41：目标函数：

式中，v_d为管网系统中天然气用户的集合；M_i为用户i的负荷重要度，r_i为用户i的负荷系数，通过下面式子定义：

r_i＝q_i/q_i,max

式中q_i为用户i的供气量m³/d；q_i,max为用户i天然气最大需求量，m³/d。

S42：最优运行方案应满足管网资源分布、用户压力和用气量需求；在综合考虑管网运行特性和用户用气需求的基础上，以用户重要度作为配置天然气供应量的依据，确定约束条件为：

q_i,min≤q_i≤q_i,max

p_i,min≤p_i≤p_i,max

上式中，q_i,min、q_i,max为用户i的天然气最小、最大需求量，m³/d，p_i为用户i的供气压力；MPa；p_i,min、p_i,max为用户i的允许最小、最大供气压力，MPa；H_i,min、H_i,max为天然气运营企业为城市燃气、工业燃气等大类用户的最小、最大供气总量m³/d；F_i,j为通过i、j节点间管元件或非管元件的流量，a_ij为系数，若天然气从节点i流向j时，即i→j时，a_ij＝1，j→i时，a_ij＝-1，无连接时，a_ij＝0；max(p_i,p_j)为i、j节点间管道的最大运行压力，MPa；e为壁厚mm；[σ]为管材屈服极限最小值，MPa，d为管径；t为温度折减系数；F为设计系数；C₀＝0.03848(m²·S·K^1/2·kg^-1)，T管线平均温度,K；L管道长度，m；λ水力摩阻系数；Z天然气压缩系数；Δ_*同一温度、压力下，天然气的相对密度；S₀阀门系数，与阀门结构有关；

S43：选择遗产算法最为优化算法。