[发明专利]一种成品油管道水力参数在线校准方法及系统

说明书

本发明涉及一种成品油管道水力参数在线校准方法及系统，其包括：将管道内初始状态的流体视为单一流体，建立摩阻校准优化模型，以模拟结果与观测值误差最小为目标，管道水力摩阻公式为约束，求解管道内油品的水力校正系数；管道内注入新油品时，固定之前管道内油品的水力校正系数不变，认为当前校正结果与实际结果完全符合，将新油品的摩阻输入摩阻校准优化模型，仅对新油品的摩阻系数进行校准，依次递推，满足设定条件后得到最终水力校正系数。本发明能实现管道水力参数的在线校准，提高成品油管道在线仿真模型的计算精度。

技术领域

本发明涉及一种在线水力参数校准技术领域，特别是关于一种成品油管道水力参数在线校准方法及系统。

背景技术

目前，油气管道仿真软件被广泛应用于国内外管道系统，成为提高管道运行和管理效率、预防和减小事故损失等的重要手段。然而，管道运行环境随季节发生变化，管道参数也随服役期加长而发生变化，导致仿真计算结果与实际结果存在较大偏差。为了解决该问题，在线水力参数校准技术被应用于油气管道在线仿真领域，相关软件包括SPS和VariSim等，通过SCADA系统(数据采集与监控系统)实时数据对管道参数进行在线校正，并将仪表传输数据作为仿真的边界条件，对管道状态进行连续、实时模拟，以提高油气管道瞬态水力和热力计算精度。

对于油气管道参数校准问题，国内外学者进行了广泛的研究，相关技术主要基于管道瞬态水力模型，建立灵敏度分析矩阵，采用直接解析法进行求解；或建立优化模型，以仪表监测值与仿真结果值偏差最小为目标，求解最优管道校正参数。然而，由于管输系统仪表监测数据有限，当管道内存在多种流体时，水力参数校准问题通常为欠定问题，且多流体参数校准导致建立的优化模型存在多个最优解，难以采用直接解析法或建立优化模型的方式进行求解，对于成品油管道水力参数在线校准问题，目前仍没有可以普遍适用的技术。

管网水力参数校核直接解析法，即将校核参数作为未知变量，根据SCADA系统实时获取在线运行数据，包括压力、流量等，联立质量与能量守恒方程，将参数校核问题转化为正定问题或基于先验信息转化为超定问题进行求解。但是，对于管网水力参数校核直接解析法，通常要求校核参数的个数大于等于监测值个数，即校核问题必须为正定或超定，相关研究主要针对单一流体管网；对于单一管段内可能存在多个油品批次的成品油管道，SCADA监测数据主要为管道起点及终点的流量、压力，这导致待校准参数的数量可能大于观测值的数量，因此成品油管道水力参数校准问题为欠定问题，无法通过直接解析法进行求解。

基于优化模型的隐型校核法，通常以最小化监测值与模型计算值间的差作为目标函数，将参数校核转化为最优化问题进行求解，其中管网的质量守恒与能量守恒方程作为约束条件，采用梯度迭代算法或随机搜索算法进行求解。对于稳态摩阻校正问题，采用粒子群算法求解输水管网稳态摩阻系数，或采用遗传算法求解相同问题；对于瞬态摩阻校正问题，通过建立管道状态空间模型，对管道摩阻进行估计，或通过遗传算法以及粒子群算法对输油管道摩阻系数进行校正。但是，同样，由于成品油管道内通常存在多个油品批次，需要对所有油品对应的摩阻系数进行校准，建立的优化问题为欠定问题，存在多个最优解，因此采用随机搜索算法求解该问题时，求解结果存在扰动，一方面需要提高模型迭代次数，另一方面模型所需历史工况的数量增多，导致随机搜索算法存在求解时间较长的问题，且对历史工况数据有较高要求，无法满足在线实时校准的需求。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种成品油管道水力参数在线校准方法及系统，其能实现管道水力参数的在线校准，提高成品油管道在线仿真模型的计算精度。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种成品油管道水力参数在线校准方法，其包括：将管道内初始状态的流体视为单一流体，建立摩阻校准优化模型，以模拟结果与观测值误差最小为目标，管道水力摩阻公式为约束，求解管道内油品的水力校正系数；管道内注入新油品时，固定之前管道内油品的水力校正系数不变，认为当前校正结果与实际结果完全符合，将新油品的摩阻输入摩阻校准优化模型，仅对新油品的摩阻系数进行校准，依次递推，满足设定条件后得到最终水力校正系数。