[发明专利]用于管线网络的管理的模拟方法和系统

说明书

一种模拟方法，用于管理包括输入节点和输出节点(S₁，S₂，C₁)的管线网络(PN)，包括：‑定义表征管线网络的操作条件的操作状态，‑针对每个操作状态ST_p，确定三维动态矩阵其每个系数与在第i个节点处的流量值变化之后在第k个时间步长t_k在第j个节点处的相对初始压力值的压力变化值对应，‑针对给定节点在给定时刻基于操作时间表来估计压力值，该操作时间表提供关于直到所述给定时刻为止的每个节点的流量值的变化和管线网络的操作条件的演变的信息，所述估计使用操作状态以及三维动态矩阵。

技术领域

本发明的领域涉及管线网络的优化，例如，从工业工厂(诸如通过卡车同时向客户供应液体的空气分离单元)向客户供应气体的管线网络。

背景技术

由于管线网络的数学模型是高度非线性系统，因此管线网络的优化提出了重要的技术问题。另外，解决此类系统的难度随着管线网络的复杂性(通常位于空气分离单元中的源数量，旨在被供应气体的客户数量以及网络的架构)而增加。因此，管线网络的优化需要大量的方程式以获得令人满意和可靠的结果。

此外，不仅管线网络表现出非线性行为，而且管线网络的优化和管理还包括与离散决策相对应的二元变量。在遥远的时间范围上进行投影以预先确定工业设备的操作模式(通常是空气分离单元或其供应管线网络的设备之一的启动或关闭)也显著增加了管线网络优化的复杂性，特别是因为该管线网络具有很强的非线性。实际上，启动或停止空气分离单元的工业设备的决策是典型的二元决策，并且因此是管线网络优化中的二元变量。

因此，通常用于满足二元决策变量要求并且因此启动和停止工业设备的已知优化方法，诸如混合整数非线性编程(也称为MINLP)，在大量的方程式或约束下无法给出令人满意的结果。这通常是在遥远的时间范围内的情况。此外，通过使用传统优化方法获得的结果可以导致关于管线网络的若干操作条件的局部最优，此类操作条件取决于管线网络的总负载、客户的消耗或源的注入。

除了非线性问题之外，描述系统所需的大量方程式也是重要的技术问题，因为这可能导致计算时间过长。实际上，已经提出了一些解决管线网络非线性问题的解决方案，诸如分段线性方法，用描述管线网络行为的大量线性方程式代替非线性方程式。然而，这种解决方案不限制方程式的数量，并且更糟糕的是增加了方程式的数量。

本发明试图改善该情况。

发明内容

为此，本发明提供了一种用于包括节点的管线网络的管理的模拟方法。该模拟方法使用处理单元实现，并且包括：

-定义表征管线网络的操作条件的管线网络的一个或多个操作状态ST_p，其中p是被包括在1和P之间的整数，P是操作状态的数量，

-针对每个操作状态ST_p，确定三维动态矩阵其每个系数与当管线网络的操作条件与操作状态ST_p对应时在第i个节点处的预定参考值的流量值变化之后在第k个时间步长t_k在第j个节点处的相对初始压力值的压力变化值对应，其中，i和j是被包括在1和N之间的整数，N是节点数，并且k是被包括在1和T之间的整数，T是与预定的时间范围对应的时间步长数，

-针对给定节点在给定时刻，基于管线网络的操作时间表来估计压力值，该操作时间表提供关于直到给定时刻为止的每个节点的流量值的变化和管线网络的操作条件的演变的信息，该估计使用一个或多个操作状态以及相关联的三维动态矩阵，以及

-使用模拟方法的结果来修改管线网络的操作和/或向管线网络进料或从管线网络进料的工业工厂的操作。