動態(tài)規(guī)劃方法在天然氣管網(wǎng)運行優(yōu)化和控制中的應(yīng)用研究

【摘要】：隨著天然氣生產(chǎn)和市場需求的增加,天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)向著大型化、復(fù)雜化和網(wǎng)絡(luò)化迅速發(fā)展,管網(wǎng)運行優(yōu)化和控制顯得至關(guān)重要。好的運行方案不僅能安全高效地完成運輸任務(wù),而且可以降低運行成本,提高經(jīng)濟效益。動態(tài)規(guī)劃是一種簡單有效的優(yōu)化求解方法,被廣泛應(yīng)用于管網(wǎng)運行優(yōu)化問題的研究中,但其對于復(fù)雜管網(wǎng)和動態(tài)運行優(yōu)化問題求解能力較弱,表現(xiàn)為求解效率較低或無法進行求解。本文在研究管網(wǎng)運行優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上,針對動態(tài)規(guī)劃方法難以對復(fù)雜管網(wǎng)進行運行優(yōu)化求解的問題,提出采用模型簡化和剪切分解法,降低優(yōu)化問題復(fù)雜程度并使管網(wǎng)變成樹狀結(jié)構(gòu),以提高動態(tài)規(guī)劃方法的適用性。針對動態(tài)規(guī)劃方法在動態(tài)運行優(yōu)化求解中存在的“維數(shù)災(zāi)難”和“無后效性”問題,提出了時間層獨立化處理方法,將多時間層的優(yōu)化問題轉(zhuǎn)變成多個單時間層的優(yōu)化問題,達到提高動態(tài)規(guī)劃方法求解能力和效率的目的。此外,為提高管網(wǎng)運行控制能力,本文在研究管網(wǎng)運行特性和常用PID控制方法的基礎(chǔ)上,針對PID控制中存在的時滯和無法兼顧全局等不足,提出了基于動態(tài)規(guī)劃方法的分段控制和最優(yōu)控制相結(jié)合的方法,對流量和壓力進行分段控制,并對流量進行最優(yōu)控制,以實現(xiàn)對管網(wǎng)運行狀態(tài)的調(diào)節(jié)。仿真結(jié)果表明,文中提出的剪切分解法和時間層獨立化處理方法能有效提高動態(tài)規(guī)劃方法對復(fù)雜管網(wǎng)和動態(tài)運行優(yōu)化問題的求解能力和效率,基于動態(tài)規(guī)劃方法的分段控制和最優(yōu)控制相結(jié)合的方法兼顧整個管網(wǎng)且考慮到各壓氣站運行狀態(tài)的限制,能有效地實現(xiàn)管網(wǎng)從當(dāng)前狀態(tài)到目標狀態(tài)的過渡。 【關(guān)鍵詞】：管網(wǎng)運行優(yōu)化 管網(wǎng)運行控制 動態(tài)規(guī)劃 剪切分解 時間層獨立
【學(xué)位授予單位】：中國石油大學(xué)(華東)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TE832.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 緒論8-14
• 1.1 課題背景及研究意義8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 國內(nèi)外天然氣管網(wǎng)運行優(yōu)化研究現(xiàn)狀9-11
• 1.2.2 動態(tài)規(guī)劃方法在管網(wǎng)運行優(yōu)化求解中的應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.2.3 動態(tài)規(guī)劃方法在控制問題中的應(yīng)用現(xiàn)狀12
• 1.3 論文的主要研究內(nèi)容12-14
• 第2章 動態(tài)規(guī)劃方法在管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化中的應(yīng)用研究14-37
• 2.1 管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立14-18
• 2.1.1 目標函數(shù)14-15
• 2.1.2 約束條件15-17
• 2.1.3 決策變量17-18
• 2.2 穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型簡化及分解18-24
• 2.2.1 管網(wǎng)模型簡化18-20
• 2.2.2 約束條件簡化20-22
• 2.2.3 網(wǎng)絡(luò)剪切分解法22-24
• 2.3 穩(wěn)態(tài)運行優(yōu)化模型求解24-28
• 2.3.1 動態(tài)規(guī)劃方法的基本思想24-25
• 2.3.2 自適應(yīng)尋優(yōu)策略25-27
• 2.3.3 自適應(yīng)動態(tài)規(guī)劃方法的求解步驟27-28
• 2.4 動態(tài)規(guī)劃求解方法仿真分析28-35
• 2.5 本章小結(jié)35-37
• 第3章 動態(tài)規(guī)劃方法在管網(wǎng)動態(tài)運行優(yōu)化中的應(yīng)用研究37-53
• 3.1 管網(wǎng)動態(tài)運行優(yōu)化數(shù)學(xué)模型的建立37-40
• 3.1.1 目標函數(shù)37-38
• 3.1.2 約束條件38-40
• 3.1.3 決策變量40
• 3.2 動態(tài)運行優(yōu)化模型分析及求解40-48
• 3.2.1 優(yōu)化模型分析41-43
• 3.2.2 動態(tài)規(guī)劃求解方法設(shè)計43-48
• 3.3 動態(tài)規(guī)劃求解方法仿真分析48-51
• 3.4 本章小結(jié)51-53
• 第4章 動態(tài)規(guī)劃方法在管網(wǎng)運行控制中的應(yīng)用研究53-65
• 4.1 天然氣管道動態(tài)水力學(xué)模型求解53-57
• 4.1.1 線性化方法53-54
• 4.1.2 特征線法54-55
• 4.1.3 中心隱式差分法55-57
• 4.2 天然氣管網(wǎng)運行狀態(tài)調(diào)控57-61
• 4.2.1 基本控制策略分析58-59
• 4.2.2 分段最優(yōu)控制策略59-61
• 4.3 管網(wǎng)運行控制過程仿真及結(jié)果分析61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-65
• 總結(jié)與展望65-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的學(xué)術(shù)成果70-71
• 致謝71

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