[发明专利]一种煤气管网现状分析系统及其方法

权利要求书

1、一种煤气管网现状分析系统，其特征在于，该系统包括由数据采集系统SCADA，实时数据库服务器，数据库服务器，应用服务器，客户端工作站、打印机和连接各个计算机、控制器PLC等、传感器的整个网络体系够成的硬件系统以及由数据录入模块、管网优化计算模块构成的管网现状分析软件系统；数据录入模块部署在客户端工作站，管网优化计算模块部署在应用服务器内；SCADA系统通过PLC控制器采集来自现场的数据，并将其保存在实时数据库服务器中，数据库服务器中保存来自实时数据库服务器的历史数据以及客户端工作站用户输入的数据和模型计算结果，实时数据库服务器和数据库服务器共同为应用服务器中的模型计算提供数据支持，应用服务器为客户端提供模型服务，客户端工作站提供了友好的人机交互界面；

管网现状分析由以下功能模块完成：

数据录入模块：完成对现有管网各种形式的原始数据、图纸信息进行录入、存储和传输，以便合理地利用现有的信息建立煤气管网的数字模型信息。录入的信息包括节点信息和管段信息，节点信息包括节点编号、节点的位置信息，管段信息包括管段的起点和终点信息、管径、管长、管段的材料等信息；

管网优化计算模块：根据煤气管网信息，计算节点压力和管段流量，并且对计算结果进行分析；在这个模块中完成以下内容：

根据煤气管网的节点信息和管段信息在界面上生成煤气管网的图形信息；

根据管网的节点信息和管段信息，生成关联矩阵和回路矩阵，即用矩阵表示管网信息；

设置基因遗传算法的运行参数；

对管网进行水力计算，得出节点压力和管段流量；

对计算结果进行分析；

将计算结果存入到数据库中；

进行各种查询、统计、和打印。

2、按照权利要求1所述的系统，其特征在于，数据采集系统SCADA能够实现现场数据的采集以及对现场的控制，包括下位机和上位机两部分，下位机为分布式数据采集系统，上位机为数据处理和显示系统，数据处理后保存在实时数据库中。

3、按照权利要求1所述的系统，其特征在于，实时数据库服务器：负责实时存储数据采集系统采集上来的压力和流量等数据，为管网现状分析及其它数据管理功能提供数据支持。

4、按照权利要求1所述的系统，其特征在于，数据库服务器：运行的Oracle关系数据库，将现场的生产过程数据、设备运行数据以及用户录入的管网数据存储在数据库中。

5、按照权利要求1所述的系统，其特征在于，应用服务器通过与数据库服务器以及客户端通信，实现管网的优化计算。

6、按照权利要求1所述的系统，其特征在于，客户端工作站提供人机交互的界面，录入管网相关数据，并展现管网优化计算结果。

7、一种采用权利要求1所述系统进行煤气管网现状分析的方法，其特征在于，采用矩阵管理煤气管网系统，这种管理办法把图存储起来并加以变换，在计算机中表示图，并用矩阵代数中的各种运算来计算图的各种特性；由已定煤气管网布置图形的编号，确定管网关联矩阵A和回路矩阵L；关联矩阵是描述图中节点与边的衔接关系，矩阵的行(i)表示节点，列(j)表示边；回路矩阵表示环与管段的关系，矩阵的行(k)表示环，列(j)表示边；对一有向图，设有M个节点和N条边，则关联矩阵定义为：

A＝[a_ij]_M×N

其中

上述有向图至少含有L＝N-M+1回路；回路矩阵定义为：

L＝[l_kj]_L×N

其中

所述的编号包括节点编号和管段编号，节点是指管网中的气源点、用户或管段之间的交汇点，所述的管段是两个节点之间的管路；管网中的管段、节点、环为图中的边、点、回路。

8、按照权利要求7所述的方法，其特征在于，管网现状分析优化算法的步骤如下：

(1)输入初始数据，包括气源点煤气流量、压力，管网关联矩阵、回路矩阵，各管段摩阻系数、各节点流量范围，部分节点压力、管段流量实测值；

(2)对管段摩阻系数和各节点流量进行编码；

(3)随机产生初始群体；

(4)联立节点方程和能量方程进行煤气管网水力计算，得出各个体所对应的管段流量、节点压力，并计算出各个体对应的目标函数值和适应度值；

(5)根据各个体对应的适应度值，选择父代个体；

(6)交叉操作；

(7)变异操作，产生新的种群；

(8)根据迭代次数以及适应度判断是否满足终止条件，若满足则已经找到最优解，停止计算并输出计算结果，否则转向(4)。