天然气管网运行优化技术研究与软件开发

【摘要】：目前,我国天然气管道业务进入快速发展期,“十二五”末天然气管道总里程将超过10×104km,即将形成的国家级天然气管网越来越庞大、越来越复杂。如何保证管网安全、高效和经济运行,是运营管理部门需要研究的重要课题,因此,进行天然气管网运行优化技术研究十分必要。 天然气管网稳态优化运行技术研究已基本成熟,长输管网的非线性稳态运行优化模型也已经得到公认。随着天然气管网结构的不断更新,目前国内外研究主要集中在优化算法方面,力求更加快速、稳定、准确和有效地求解天然气长输管网稳态运行优化模型。同时,随着天然气管道业务需求不断变化,从生产实际出发也迫切需要建立一套通用的天然气管网稳态运行优化模型和应用软件,能够保证计算效率且适应任何合理拓扑结构以及规模的不断增大,从而提高国内管输行业的核心竞争力。 围绕着高效、稳定的优化算法研究以及通用优化软件开发,本文的主要工作如下： (1)基于调研近年来国内外天然气管网优化技术和仿真优化软件方面的成果,建立了天然气管网稳态运行优化的数学模型,能够实现压缩机能耗优化和输气量优化。 (2)天然气管网稳态运行优化模型属于典型的非线性约束优化问题,求解复杂。为了既能满足生产需求,同时又降低算法本身对目标函数和约束条件的依赖性,应选取一种能够保证计算效率和稳定性的算法。在对比了现有各种优化算法的基础上,选用改进线性逼近法和序列二次规划法作为进一步研究的算法。 (3)以运行能耗最低为某小型天然气管网的优化目标,分别运用改进线性逼近法和序列二次规划法进行优化求解,并从中优选出适用于RealPipe-Gas Optimizer1.0优化软件的算法。 (4)进行Realpipe-Gas Optimizer1.0优化软件开发期间的需求分析工作,主要包括：综合描述、软件架构分析、功能需求分析、业务需求分析、外部接口需求系统特性和其他非功能综合描述。 (5)利用优化软件对某天然气管网进行以压缩机运行能耗最低和输气量最大为目标的优化计算,验证软件的可靠性。 【关键词】：天然气管网 运行优化 改进线性逼近法 序列二次规划法 算法优选 软件开发
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TE832
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究意义9-11
• 1.1.1 我国天然气管网概述9-10
• 1.1.2 运行优化的必要性及目的10-11
• 1.1.3 优化软件国产化的必要性11
• 1.2 天然气管网运行优化的研究现状11-18
• 1.2.1 优化概述11-15
• 1.2.2 国内外研究现状15-18
• 1.3 主要研究内容及技术路线18-19
• 1.3.1 本文研究内容18
• 1.3.2 技术路线18-19
• 1.4 课题创新点19-20
• 第2章 天然气管网稳态运行优化的数学建模20-28
• 2.1 优化运行的目标20
• 2.2 优化运行的基本假设20
• 2.3 优化运行数学模型分析20-24
• 2.3.1 目标函数20-21
• 2.3.2 自变量分析21
• 2.3.3 约束条件21-24
• 2.4 优化的数学模型24-25
• 2.5 管网结构分析25-27
• 2.6 小结27-28
• 第3章 天然气管网运行优化模型求解28-48
• 3.1 优化方法的选择28-29
• 3.2 确定优化模型初始点29-32
• 3.3 改进线性逼近法32-34
• 3.3.1 线性逼近法基本原理32
• 3.3.2 单纯形法32-33
• 3.3.3 改进线性逼近法的求解步骤33-34
• 3.4 序列二次规划法34-42
• 3.4.1 Kuhn-Tucker条件34-35
• 3.4.2 序列二次规划的类型35-37
• 3.4.3 拟牛顿法37-41
• 3.4.4 序列二次规划法的求解步骤41-42
• 3.5 实例测试及算法优选42-47
• 3.5.1 小型天然气管网(含环路)实例计算42-45
• 3.5.2 小型天然气管网(不含环路)实例计算45-47
• 3.5.3 算法优选47
• 3.6 小结47-48
• 第4章 RealPipe优化软件需求分析48-59
• 4.1 软件开发平台简介48-49
• 4.2 软件架构分析49-51
• 4.2.1 业务架构49-50
• 4.2.2 实施架构50-51
• 4.3 软件功能需求分析51-53
• 4.3.1 压缩机能耗优化需求分析52
• 4.3.2 输气能力优化需求分析52-53
• 4.4 业务需求分析53-55
• 4.5 运行环境55-56
• 4.5.1 硬件环境55-56
• 4.5.2 支撑软件56
• 4.6 外部接口需求56-57
• 4.6.1 用户界面56-57
• 4.6.2 软件接口57
• 4.7 其他非功能性需求57-59
• 4.7.1 软件性能57
• 4.7.2 安全性57
• 4.7.3 易用性57
• 4.7.4 鲁棒性57-58
• 4.7.5 可靠性58
• 4.7.6 伸缩性58-59
• 第5章 实例计算59-75
• 5.1 实例模型59-61
• 5.2 软件使用流程61-70
• 5.3 优化计算结果70-74
• 5.3.1 较低压管网的优化计算70-72
• 5.3.2 较高压管网的优化计算72-74
• 5.4 小结74-75
• 第6章 结论与建议75-76
• 6.1 结论75
• 6.2 建议75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果80

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