天然氣管道運行優(yōu)化模型及其尋優(yōu)方法研究

【摘要】：天然氣是一種清潔、優(yōu)質(zhì)的能源，本世紀(jì)在我國將得到大力的開發(fā)和利用。天然氣的主要運輸手段是管道輸送，隨著天然氣工業(yè)的快速發(fā)展，我國天然氣管道工業(yè)也得到了發(fā)展。近年來，我國天然氣管網(wǎng)規(guī)模和天然氣用戶不斷地擴大，如何保證天然氣管道經(jīng)濟、安全、合理地運行成為了管道管理者們的一個重要課題。一個好的運行方案不僅能夠保證管道系統(tǒng)安全運行，保證用戶的正常生產(chǎn)和生活，而且可以節(jié)省大量運行管理費用，增加經(jīng)濟效益和社會效益。 近年來國內(nèi)外天然氣管道運行優(yōu)化研究學(xué)者們的主要研究方向是關(guān)于天然氣長輸管道壓縮機能耗最小的穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型，而對于天然氣的集輸配氣管網(wǎng)的最大運行經(jīng)濟效益模型和管網(wǎng)系統(tǒng)的最大流量模型研究較少。因此本文研究的重點是天然氣集輸配氣管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化運行，建立天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型和動態(tài)運行優(yōu)化模型，在研究和對比各種優(yōu)化算法的優(yōu)化機理的基礎(chǔ)上，引入和建立優(yōu)化算法求解天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的運行優(yōu)化模型，并將優(yōu)化后的方案用于指導(dǎo)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的日常調(diào)度和管理，以增加天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和充分地利用管網(wǎng)系統(tǒng)的輸送能力。 本文的主要工作如下： (1)在研究天然氣管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，建立了天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型； (2)對比現(xiàn)有的各種優(yōu)化算法的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，引入改進復(fù)合形算法和混合遺傳退火算法并改進了線性化算法，形成了改進線性化算法。通過求解天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型，驗證了這三種算法的可行性； (3)在研究混合遺傳退火算法混合策略的基礎(chǔ)上，形成了兩種混合算法，混合退火復(fù)合形算法和混合遺傳復(fù)合形算法。將混合退火復(fù)合形算法用于求解天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型，實例結(jié)果證明了其可行性和收斂性；將混合遺傳復(fù)合形算法用于求解PID參數(shù)整定模型，算例結(jié)果驗證了其可行性和收斂性； (4)在研究天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)仿真模型的基礎(chǔ)上，建立了天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)運行優(yōu)化模型，在對管網(wǎng)優(yōu)化模型在時間和空間上分解后采用了改進線性化算法求解了該動態(tài)運行優(yōu)化模型； (5)在研究PID和調(diào)節(jié)閥工作原理的基礎(chǔ)上，對天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)進行了研究和分析，建立了調(diào)節(jié)過程的數(shù)學(xué)模型。并對管網(wǎng)系統(tǒng)中的離心式壓縮機的防喘振控制進行了研究和模擬分析，建立了防喘振調(diào)節(jié)方案； (6)對本文的主要研究內(nèi)容和成果進行了總結(jié)，并展望了今后的研究工作。 【關(guān)鍵詞】：天然氣 管網(wǎng) 運行優(yōu)化 數(shù)學(xué)模型 優(yōu)化算法 調(diào)節(jié)
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TE832
【目錄】：

• 1 緒論10-25
• 1.1 天然氣管網(wǎng)概述10-13
• 1.2 研究的目的及意義13-14
• 1.3 國內(nèi)外天然氣管輸運行優(yōu)化研究現(xiàn)狀14-20
• 1.3.1 最優(yōu)化概述14-17
• 1.3.2 天然氣管輸優(yōu)化研究現(xiàn)狀17-20
• 1.4 本文的主要內(nèi)容及技術(shù)路線20-23
• 1.4.1 主要內(nèi)容20-21
• 1.4.2 技術(shù)路線21-23
• 1.5 本文的研究成果及主要創(chuàng)新點23-25
• 1.5.1 主要研究成果23-24
• 1.5.2 主要創(chuàng)新點24-25
• 2 天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型25-40
• 2.1 基本假設(shè)25-26
• 2.2 天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型26-33
• 2.2.1 目標(biāo)函數(shù)26-27
• 2.2.2 約束條件27-31
• 2.2.3 優(yōu)化變量31
• 2.2.4 數(shù)學(xué)模型31-33
• 2.3 穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型分析33-39
• 2.3.1 非線性優(yōu)化的基礎(chǔ)知識33-37
• 2.3.2 模型分析37-39
• 2.4 小結(jié)39-40
• 3 天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)運行優(yōu)化算法40-70
• 3.1 改進線性化算法40-42
• 3.1.1 改進線性化算法的基本思想40-41
• 3.1.2 改進線性化算法的求解步驟41-42
• 3.2 改進復(fù)合形算法42-44
• 3.2.1 一般復(fù)合形算法42
• 3.2.2 改進復(fù)合形算法42-44
• 3.3 混合遺傳退火算法44-60
• 3.3.1 遺傳算法44-51
• 3.3.2 模擬退火算法51-55
• 3.3.3 混合遺傳退火算法55-60
• 3.4 混合退火復(fù)合形算法60-61
• 3.4.1 混合退火復(fù)合形算法的混合策略60
• 3.4.2 混合退火復(fù)合形算法的步驟60
• 3.4.3 混合退火復(fù)合形算法的性質(zhì)60-61
• 3.5 混合遺傳復(fù)合形算法61-62
• 3.5.1 混合遺傳復(fù)合形算法的步驟61
• 3.5.2 混合遺傳復(fù)合形算法的性質(zhì)61-62
• 3.6 天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型的求解62-64
• 3.6.1 改進線性化算法62
• 3.6.2 改進復(fù)合形算法62-63
• 3.6.3 混合遺傳退火算法63
• 3.6.4 混合退火復(fù)合形算法63-64
• 3.7 實例分析64-69
• 3.8 小結(jié)69-70
• 4 天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)運行優(yōu)化模型70-92
• 4.1 基本假設(shè)70
• 4.2 天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)動態(tài)運行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型70-78
• 4.2.1 目標(biāo)函數(shù)70-71
• 4.2.2 約束條件71-76
• 4.2.3 優(yōu)化變量76-77
• 4.2.4 數(shù)學(xué)模型77-78
• 4.3 動態(tài)運行優(yōu)化模型分析78
• 4.3.1 優(yōu)化模型分析78
• 4.3.2 模型求解78
• 4.4 實例分析78-91
• 4.5 小結(jié)91-92
• 5 天然氣管輸系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)92-122
• 5.1 天然氣管輸系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)概述92-93
• 5.2 PID控制93-102
• 5.2.1 PID控制原理93-95
• 5.2.2 PID控制算法95-96
• 5.2.3 PID參數(shù)整定96-102
• 5.3 調(diào)節(jié)閥102-104
• 5.3.1 調(diào)節(jié)閥流量系數(shù)102-103
• 5.3.2 調(diào)節(jié)閥流量特性103-104
• 5.4 天然氣管輸調(diào)節(jié)控制模擬分析104-113
• 5.4.1 數(shù)學(xué)模型105-107
• 5.4.2 調(diào)節(jié)系統(tǒng)模擬分析107-110
• 5.4.3 仿真算例110-113
• 5.5 壓縮機自動調(diào)節(jié)控制分析113-120
• 5.5.1 壓縮機調(diào)節(jié)方法113-115
• 5.5.2 離心式壓縮機喘振115-117
• 5.5.3 離心式壓縮機防喘振控制117-120
• 5.6 小結(jié)120-122
• 6 結(jié)論與建議122-125
• 6.1 結(jié)論122-124
• 6.2 建議124-125
• 參考文獻(xiàn)125-132
• 致謝132-133
• 攻讀博士期間參與的科研項目及發(fā)表的論文133-134
• 答辯委員會134

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遺傳/禁忌組合算法在發(fā)電機組優(yōu)化組合中的應(yīng)用    丁立功,錢躍輝,翟中牛

脈沖GTAW焊過程辯識及PID控制    武俊峰,薛雨,王強,陳善本

快速遺傳算法研究    吳斌，吳堅,涂序彥

一種新型的PID參數(shù)自整定策略    席俊國,崔杜武,王若峻,張大衛(wèi)

遺傳和模擬退火算法在發(fā)電機組檢修計劃中的應(yīng)用    陳少華,楊澎,周永旺,何瑞文

多目標(biāo)優(yōu)化改進遺傳算法在電網(wǎng)規(guī)劃中的應(yīng)用    伍力,吳捷,鐘丹虹

電力市場中一種基于動態(tài)規(guī)劃法的經(jīng)濟負(fù)荷分配算法    王承民,郭志忠,于爾鏗

原油管道運行優(yōu)化技術(shù)研究    宋紅波;楊毅;

一種改進的變權(quán)重管網(wǎng)負(fù)荷組合預(yù)測方法    陳學(xué)鋒;馬永馳;

基于SVM方法的天然氣管網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測研究    代小華;汪玉春;朱勇;代治海;宋永亮;

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基于LS-SVM的天然氣管網(wǎng)負(fù)荷組合預(yù)測    代小華;白建輝;楊玲;唐小江;

油田供水系統(tǒng)仿真建模及算法研究    洪海燕;

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優(yōu)化算法在天然氣管網(wǎng)運行中的應(yīng)用    楊毅;李長俊;

天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)輸配氣運行優(yōu)化研究    鄭鳳,李長俊

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從我國能源結(jié)構(gòu)看“西氣東輸”工程    鐘文琪;顧利鋒;陳雨亭;

川西北輸氣場站設(shè)備泄漏檢測及分析    李文英;鐘衛(wèi);

棒線材生產(chǎn)流程爐機匹配模型的建立    蘆永明;田乃媛;徐安軍;賀東風(fēng);

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大慶天然氣分公司管網(wǎng)巡護見到實效    記者　 王志田 通訊員　 邊龍

大慶天然氣分公司確保裝置冬季平穩(wěn)運行    記者 王志田通訊員 邊龍

西氣東輸春節(jié)天然氣銷量穩(wěn)中有升    李占彬

大慶油田天然氣初加工量大幅攀升    王志田　通訊員　邊龍

保證春節(jié)成品油天然氣市場供應(yīng)    彭波

供氣能力將驟增到6億立方米    高學(xué)冬

長慶全力保障向北京平穩(wěn)供氣    記者　第廣龍

中國石化增加冬季天然氣供應(yīng)量    記者 寧彬實習(xí)記者 王桂根

大慶至齊齊哈爾天然氣管道鋪設(shè)緊鑼密鼓    王志田

西氣東輸管道公司呼吁用戶繼續(xù)完善應(yīng)急預(yù)案    孫進趙旭

天然氣管道運行優(yōu)化模型及其尋優(yōu)方法研究    楊毅

電廠熱力系統(tǒng)節(jié)能分析方法研究    閆水保

機場擴展終端區(qū)的運行優(yōu)化策略研究    余江

燃?xì)夤芫W(wǎng)計算理論分析與應(yīng)用的研究    劉燕

厄爾尼諾事件多因素成因分析    劉偉

板翅式甲醇水蒸汽重整制氫反應(yīng)器的研究    潘立衛(wèi)

裂縫中氣液二相流體臨界滲流機理與理論研究    楊棟

雙重介質(zhì)氣藏流固耦合數(shù)值模擬研究    文成楊

固體氧化物燃料電池傳熱傳質(zhì)模型研究    賈俊曦

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天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)運行優(yōu)化研究    鄭鳳

重型燃?xì)廨啓C發(fā)電機組實時仿真模型研究    裴閃

模擬移動床分離過程的建模與優(yōu)化研究    吳獻(xiàn)東

空調(diào)水系統(tǒng)的模擬和節(jié)能調(diào)節(jié)研究    尹應(yīng)德

甲烷泄漏檢測及擴散研究    師春元

活性炭成型及其對天然氣吸附性能的研究    閆新龍

天然氣開采技術(shù)綜合評價研究    王琳琳

天然氣熱氯化法生產(chǎn)低含水量甲烷氯化物品的工程研究    曾曉彬

直線振蕩電機磁場有限元分析及數(shù)值計算    喬和

天然氣中氬同位素組成的對比測定及差異分析    王宗禮