[发明专利]在天然气管道网络中满足需求约束的控制系统

说明书

控制气体管道网络中的气体流量，其中每个管道段内的气体流量与方向（正或负）有关。确定每个气体收据设施的最小和最大输送速率。气体输送速率的流量下限和流量上限是通过分别使用最小和最大输送速率限定每条管线段的最小和最大符号流速来创建的。对于每个管道段的流量下限和流量上限内的每个管道段的压降关系进行线性化，以便为每个管道段建立一个线性压降模型。计算网络流量的解决方案，其中包括每个管道段的流量和每个网络节点的压力，以满足气体输送速率的流量下限和流量上限。网络流量的解决方案与由控制器用于控制一个或多个控制元素的控制元素设定点相关联。

技术领域

天然气管道网络的控制本发明涉及用于天然气的生产，输送和分配的天然气管道网络的控制。

背景技术

天然气管道网络具有巨大的经济重要性。截至2016年9月，全球共有天然气管道270多万公里，氢气管道4500多公里。2015年在美国，管道网络交付的天然气占全国一次能源消费总量的29％。由于全球天然气管道的重要性，已经尝试开发天然气管道网络的网络流量解决方案。一些解决方案涉及将问题描述为非凸非线性程序。然而，这种方法不能有效地规模化大型天然气管道网络。其他办法是事先规定每个管道段的流向。这种方法的优点是降低了优化问题的复杂性。但是，不允许流量反转严重限制了实际应用。还有其他方法将解决方案制定为混合整数线性程序。然而，构建高效的混合整数线性规划公式是一项重要的工作，因为某些属性可能会显着降低求解器的有效性。

发明内容

本发明涉及用于控制天然气管道网络中的气体流量的系统和方法。天然气管道网络包括至少一个天然气生产厂，至少一个客户的气体回收设施，多个管道段，多个网络节点和多个控制元件。多个管道段中的每一个内的气体流动与方向相关联，该方向与正号或负号相关联。该系统还包括一个或多个控制器和一个或多个处理器。确定天然气管道网络中每个气体接收设施的气体的最小递送速率和最大递送速率。通过使用最小递送速率作为下限并且将最大符号流速限制为每个管线段的最小符号流速来创建针对多个管道段中的每一个的气体的递送速率的流动的下限和流动的上限对于每条管线段，使用最大递送速率作为上限。将流动的下限内的多个管道段中的每一个的压降关系和流动的上限线性化，以便为多个管道段中的每一个创建线性压降模型。网络流量的解决方案是计算。网络流量的解决方案包括多个管道段中的每一个的流量和多个网络节点中的每一个的压力以满足流动的下限并且满足气体的递送速度上的流动的上限。网络流量的解决方案与控制元素设定点相关联。控制器接收描述控制元件设定点的数据，并基于描述控制元件设定点的数据来控制多个控制元件中的至少一些。

在一些实施例中，最小递送速率包括客户被授权的合同最小流量，并且最大递送速率是客户最近请求或采用的速率。

在一些实施例中，处理器还被配置为通过以下操作来计算最小符号流速和最大符号流速：使用多个管道段中的至少一个平分代表天然气管道网络的无向图来创建左子图和右子图；通过从左子图中的每个天然气生产厂的最低生产率之和中减去左子图中的每个气体接收设施的需求率之和来计算左子图中的最小不足量；通过从右子图中的每个气体接收设施的需求费用总和中减去右子图中的每个天然气生产厂的最高生产率的总和来计算右子图中的最小未满足需求；计算至少一个管道段的最小符号流速作为左子图中的最小不足量的最大值和右子图中的最小未满足需求；通过从左子图中的每个天然气生产厂的最高生产率的总和中减去左子图中的每个气体接收设施的需求率之和来计算左子图中的最大过度供应量子图；通过从右子图中的每个气体接收设施的需求率的总和中减去右子图中的每个天然气生产厂的最低生产率的总和来计算右子图中的最大未满足需求图；并计算至少一个管道段的最大符号流速为左子图中的最大过度供应量和右子图中的最大未满足需求中的最小值。

附图说明

当结合示例性实施例的附图阅读时，将更好地理解前面的概述以及本发明的实施例的以下详细描述。然而，应该理解的是，本发明不限于所示的精确布置和手段。

在附图中：

图1A示出了示例性天然气管道网络。