[发明专利]天然气管网仿真方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及管道系统技术领域，尤其涉及一种天然气管网仿真方法和装置。

背景技术

发展天然气工业是未来能源结构优化的必然方向。管道是天然气主要的输送方式，干线管道、支线管道、城市输配气管道一起构成了多层次的天然气管网结构。未来的天然气管网将朝着大口径、大流量、高压力等级的趋势发展，管网的规模和复杂程度都随之增加，如何形成资源多元、调运灵活、安全稳定的天然气保障格局显得极为重要。

其中，天然气管网仿真是保障管道安全运行不可或缺的技术。天然气管网仿真主要是通过数值解法求解控制方程以得到管道内部的流动参数。目前天然气管网的仿真方法主要包括以下过程：1)、管道网格划分：将每个管道划分成很多个小段，每个小段的起点和终点处为管道节点。2)、控制方程的离散：将每个小段的时间段划分成很多个时刻，在每一个小段上，对天然气管道中流动和传热现象的非线性偏微分控制方程进行线性化处理，使之在每一时刻上求解的时候变成一个线性方程，再将线性方程通过一定的离散格式离散成可以直接求解的代数方程。3)、补充边界条件：对管网的外部边界点写代数方程。4)、计算机求解：联立上述所得到的代数方程，采用计算机求解。5)、结果展示：根据计算机求解的结果画出曲线图来描述和分析管道内部的流动参数。

然而现有技术中，管道网络的划分所依据的空间步长，以及时刻的划分所依据的时间步长，是由工程人员预先根据经验进行设置的，在求解过程中，不会发生改变。这种划分方式并不能很好反映天然气管网真实的参数分布，例如：在参数随空间变化剧烈的区域，如果网格比较稀疏，就不能很好地刻画该局部区域的参数变化趋势；如果在那些参数随空间变化较为平缓的区域，网格设置的比较紧密，虽然保证了每次求解的一定精度，但在本可以用更少的节点描述参数变化的情况下，造成了计算机内存资源和时间上的浪费。

发明内容

本发明提供一种天然气管网仿真方法和装置，用于解决现有技术中计算机内存资源和时间上的浪费较多的问题。

本发明的第一个方面是提供一种天然气管网仿真方法，包括：

获取天然气管网中天然气流动和传热的控制方程以及边界条件方程，对所述控制方程和所述边界条件方程进行离散处理，得到相应的代数方程，组成代数方程组；

按照预设的多个空间步长分别对所述天然气管道进行划分，得到多层的网格系统，相邻的两层网格系统对应的空间步长之间成预设的倍数关系；

对第i-1个时刻的网格系统中的求解流动参数值时未采用的网格点，利用所述未采用的网格点周围的网格点的流动参数值对所述未采用的网格点进行插值，确定所述未采用的网格点的流动参数值插值解；对第i-1个时刻的网格系统中的求解流动参数值时采用的网格点，利用所述采用的网格点周围的网格点的插值解或数值解对所述采用的网格点进行插值，确定所述采用的网格点的流动参数值插值解；比较所述采用的网格点的插值解和数值解，确定是否删除所述第i-1时刻的所述采用的网格点或在第i-1时刻的所述采用的网格点的周围增添新的网格点，确定第i个时刻的网格系统，所述新的网格点从所述第i-1时刻的未采用的网格点中获取到；其中，i≥4；

根据第i个时刻的网格系统中的网格点，以及第i个时刻的时间步长，对所述代数方程组进行求解，确定第i个时刻的网格系统中各网格点的流动参数值数值解；所述第i个时刻的时间步长为根据第i-1个时刻的网格系统中各网格点的流动参数值数值解及时间步长，以及第i-2个时刻和第i-3个时刻的流动参数值数值解及时间步长所确定的时间步长。

进一步地，所述获取天然气管网中天然气流动和传热的控制方程以及边界条件方程，对所述控制方程和所述边界条件方程进行离散处理，得到相应的代数方程，组成代数方程组之前，还包括：

获取天然气管网的管网信息；

根据所述管网信息确定初始空间步长和初始时间步长，根据所述初始空间步长和初始时间步长确定第一个时刻的网格系统和第二个时刻的网格系统；

所述按照预设的多个空间步长分别对所述天然气管道进行划分，得到多层的网格系统，相邻的两层网格系统对应的空间步长之间成预设的倍数关系之后，还包括：

根据第一个时刻的网格系统中的网格点，以及第一个时刻的时间步长，对所述代数方程组进行求解，确定第一个时刻的网格系统中各网格点的流动参数值数值解；

根据第二个时刻的网格系统中的网格点，以及第二个时刻的时间步长，对所述代数方程组进行求解，确定第二个时刻的网格系统中各网格点的流动参数值数值解。