长输天然气管网拓扑可靠性与城市天然气需求概率分布

【摘要】：随着中国国民经济的快速发展,天然气需求量不断扩大。长输天然气管网作为连接资源与市场的纽带,已经成为保障国民经济的生命线。中国拥有世界上最复杂、输送任务最艰巨的长输天然气管网系统。由于区域经济、技术发展的差异,对管网结构以及脆弱性分析的重视度还不高,也并未建立长输天然气管网连通可靠性的评价指标。因此,本研究致力于长输天然气管网的拓扑结构、系统的连通可靠性及管段连通重要度的研究。 首先对长输天然气管网的结构进行分析,针对长输天然气管网所具有的性质,将图论等相关理论引入到长输天然气管网系统中,使长输天然气管网抽象为点线组成的网络,将其转化为抽象的图—拓扑结构。根据长输天然气管网系统的拓扑结构,基于网络系统的连通性理论—最小路与二终端问题及k树与有源问题,分别从门站、气源和系统的角度建立单气源和多气源长输天然气管网系统的连通可靠性指标,得到基于最小路集的连通可靠度的表达式。 为计算连通可靠度,将连通可靠度的逻辑表达式转化为数学问题—最小路集转化为矩阵进行向量与矩阵的特殊运算。长输天然气管网系统的连通可靠度的计算涉及搜索最小路集、逻辑运算及求解连通可靠度。为避免可靠度计算的指数增长问题,给出了拓扑结构系统模型简化原则—计算单元和最小路径的合理选择。为反映各管段对长输天然气管网系统可靠性的影响,建立概率连通重要度和D连通重要度两个管段连通重要度指标,形成较完整的长输天然气管网系统可靠性评价方法。 由于计算的复杂性,基于MATLAB软件作为实现算法的语言,开发了计算连通可靠度的程序。最后,通过算例分析了管网结构对连通可靠度的影响。通过某单气源管网系统的改扩建分析可知长输天然气管网系统连通可靠度的计算是指导管网拓扑结构的可靠性设计的有效手段。 长输天然气管网在运行过程中,输气量是变化的。当城市天然气日需求量大于管网供给门站的日供气量时,用户用气得不到满足。基于概率统计方法,得出城市天然气日需求概率分布函数,并假定管网供给门站的日供气量服从某种分布,建立管网供给门站的日供应—城市天然气日需求的干涉模型,建立供气可靠度的表达式,并得到不同分布类型供气可靠度的计算方法。为避免分布类型带来的影响,引入蒙特卡洛模拟法,从而得到供气可靠度。结果表明由蒙特卡洛模拟得到的结果与可靠度计算公式所得结果近似相等,模拟的次数越多,模拟结果越精确。 论文研究成果将指导管网管理人员提前做好管网防护工作,并为管网规划人员实施管网改扩建计划提供参考,具有很强的现实意义。 【关键词】：长输天然气管网 拓扑结构 最小路集矩阵 连通可靠性 概率分布 干涉模型
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU996
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-27
• 1.1 选题的背景及问题的提出14-17
• 1.1.1 选题的背景14-16
• 1.1.2 问题的提出16-17
• 1.2 研究的目的及意义17-18
• 1.3 国内外研究现状18-21
• 1.3.1 拓扑可靠性研究现状19-20
• 1.3.2 供气可靠性研究现状20-21
• 1.4 研究内容及关键问题21-23
• 1.4.1 研究内容21-22
• 1.4.2 关键问题22-23
• 1.5 研究方法及技术路线23-24
• 1.5.1 研究方法23
• 1.5.2 技术路线23-24
• 1.6 可行性分析及创新点24-27
• 1.6.1 可行性分析24-26
• 1.6.2 创新点26-27
• 第2章 长输天然气管网拓扑结构的建立27-34
• 2.1 长输天然气管网的结构类型28-30
• 2.2 长输天然气管线的基本结构30-31
• 2.2.1 输气站30
• 2.2.2 线路工程30-31
• 2.2.3 附属设施31
• 2.3 长输天然气管网结构模型的简化31-33
• 2.3.1 长输天然气管网内管段及单元设备的简化31-32
• 2.3.2 长输天然气管网内节点及弧段的编号32
• 2.3.3 长输天然气管网的拓扑结构32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第3章 长输天然气管网的连通可靠性研究34-55
• 3.1 引言34
• 3.2 长输天然气管网系统34-37
• 3.2.1 长输天然气管网拓扑结构的概念34
• 3.2.2 基本假设34-35
• 3.2.3 连通问题35-37
• 3.3 长输天然气管网的连通可靠度指标37-39
• 3.3.1 多气源长输天然气管网连通可靠度指标37-38
• 3.3.2 单气源长输天然气管网连通可靠度指标38-39
• 3.4 基于最小路集矩阵的连通可靠度计算39-41
• 3.4.1 向量与矩阵的特殊运算39-40
• 3.4.2 连通可靠度的解析表达40-41
• 3.5 连通可靠度的算法实现41-51
• 3.5.1 最小路集的搜索41-44
• 3.5.2 逻辑事件的运算与算法实现44-49
• 3.5.3 连通可靠度的求解算法49-51
• 3.6 拓扑结构系统的模型简化51-52
• 3.6.1 计算单元的合理选择51
• 3.6.2 最小路径的合理选择51-52
• 3.7 长输天然气管网的连通重要度52-53
• 3.7.1 概率连通重要度52-53
• 3.7.2 D连通重要度53
• 3.8 连通可靠度的matlab算法实现53-54
• 3.8.1 算法的实现步骤53
• 3.8.2 算法实现与分析53-54
• 3.9 本章小结54-55
• 第4章 典型长输天然气管网系统连通可靠度分析55-68
• 4.1 管线与枝状管网结构的连通可靠度计算55-56
• 4.2 特殊结构的管网可靠度计算56-60
• 4.3 长输天然气管网系统连通可靠度实例分析60-64
• 4.3.1 连通可靠度61-63
• 4.3.2 管段重要度63-64
• 4.3.3 连通可靠度分析总结64
• 4.4 提高长输天然气管网连通可靠性的措施64-67
• 4.4.1 提高设计及施工质量65-66
• 4.4.2 强化运行管理66-67
• 4.5 本章小结67-68
• 第5章 城市供应可靠性模型研究68-90
• 5.1 管网供给城市门站的天然气量的描述性统计量68-69
• 5.2 管网供给城市门站的天然气量分布类型的确定方法69-73
• 5.2.1 管网供给城市门站的天然气量分布函数待定参数的点估计69
• 5.2.2 管网供给城市门站的天然气量的区间估计69-72
• 5.2.3 管网供给城市门站的天然气量参数的假设检验72-73
• 5.3 城市天然气日需求量的分布类型73-77
• 5.3.1 城市天然气日需求量频数直方图和频率直方图74-75
• 5.3.2 城市天然气日需求量分布的检验75-77
• 5.4 管网供给城市门站的天然气量-城市天然气日需求量干涉模型77-80
• 5.4.1 供应可靠度的一般表达式78-79
• 5.4.2 供应可靠度的计算79-80
• 5.5 实例分析80-86
• 5.5.1 管网供给城市门站的天然气量的参数估计与假设检验80-82
• 5.5.2 城市天然气日需求量的分布拟合与检验82-84
• 5.5.3 供应可靠度的计算84-86
• 5.6 蒙特卡洛模拟法86-88
• 5.7 提高长输天然气管网供气可靠性的措施88-89
• 5.8 本章小结89-90
• 第6章 结论与展望90-92
• 6.1 结论90
• 6.2 展望90-91
• 6.3 创新性描述91-92
• 致谢92-93
• 参考文献93-99
• 附录A 逻辑事件的基本运算和法则99-101
• 附录B 管网供给门站的日供应量统计数据表101-104
• 附录C 城市天然气日需求量统计数据表104-107
• 攻读学位期间发表的学术论文107-108

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