[发明专利]天然气管网仿真方法和装置

摘要

本发明涉及一种天然气管网仿真方法和装置，其中方法包括对天然气管网中天然气流动和传热的控制方程和边界条件方程进行离散处理，得到代数方程组；针对第i个时刻的网格系统中的网格点，根据第i‑1个时刻的网格系统中网格点的流动参数值的插值解和数值解的比较结果进行调整；针对第i个时刻的时间步长，根据前3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进行调整；根据第i个时刻的网格系统中的网格点以及时间步长，对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。从而实现对时间步长和空间网格系统的自适应调整，在保证计算精度的情况下，减少计算机内存资源和计算时间上的浪费。

主权项

一种天然气管网仿真方法，其特征在于，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；其中，所述天然气管网中天然气流动和传热的控制方程为一组非线性偏微分方程组；所述边界条件方程为用于表示管网外边界条件和管网内边界条件的方程，所述管网外边界条件为预设的管网中的气源和分输点进入和离开管网时的压力或流量，所述管网内边界条件为在管网中的各元件连接点处的质量守恒和压力相等；按照预设的多个空间步长分别对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；计算所述采用的网格点的流动参数值插值解和数值解的差值绝对值；在所述差值绝对值小于预设的第一调节系数与预设阈值的乘积时，删除所述采用的网格点；在所述差值绝对值大于所述第一调节系数与所述阈值的乘积，且小于所述阈值时，保留所述采用的网格点；在所述差值绝对值大于所述阈值时，保留所述采用的网格点，在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；其中，所述第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，为在所述多层的网格系统中网格点数最多的网格系统中，除了第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以外的其他网格点；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；其中，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，包括：根据已求得的第i‑2个时刻、第i‑3个时刻和第i‑1个时刻的流动参数值数值解及时间步长确定第i‑1个时刻误差值；其中，第i‑1个时刻的第一误差值＝{[(第i‑1个时刻的流动参数值‑第i‑2个时刻的流动参数值)/第i‑1个时刻求解时所用的时间步长‑(第i‑2个时刻的流动参数值‑第i‑3个时刻的流动参数值)/第i‑2个时刻求解时所用的时间步长]×(第i‑1个时刻求解时所用的时间步长+第i‑2个时刻求解时所用的时间步长)/2}的绝对值；第i‑1个时刻的第二误差值＝(第i‑1个时刻的流动参数值‑第i‑2个时刻的流动参数值)的绝对值；所述第i‑1个时刻误差值为第i‑1个时刻所有的所述采用的网格点的第一误差值和第i‑1个时刻所有的所述采用的网格点的第二误差值中最大的值；比较所述第i‑1个时刻误差值和预设的允许误差值；若所述第i‑1个时刻误差值小于预设的第二调节系数乘以所述允许误差值，则所述第i个时刻的时间步长＝(允许误差值/第i‑1个时刻误差值)的0.128次方×(允许误差值/第i‑2个时刻误差值)的0.125次方×(第i‑1个时刻误差值/第i‑2个时刻误差值)的‑0.25次方×第i‑1个时刻的时间步长；若所述第i‑1个时刻误差值大于所述第二调节系数乘以所述允许误差值，且第i‑1个时刻误差值小于所述允许误差值，则所述第i个时刻的时间步长为所述第i‑1个时刻的时间步长；若所述第i‑1个时刻误差值大于所述允许误差值，则将所述第i‑1个时刻的时间步长减小至1/2，并重新进行第i‑1个时刻流动参数值的计算。