混合遗传算法在天然气管网优化运行中的应用

随着天然气的广泛应用和天然气输配管网规模的大型化,天然气经营部门为了增加经济效益和增大管网的利用率,需要对天然气管网系统的运行进行优化。文章分别以天然气管网系统的最大收益和最大流量为目标函数,同时考虑了管道强度、阀门和压缩机的影响等八种约束条件,建立了天然气管网运行优化的两种数学模型。在研究遗传算法和模拟退火算法的基础上,根据两种算法的特点,介绍了一种由模拟退火算法和遗传算法结合构成的混合遗传算法。结合实例,对混合遗传算法在天然气管网运行优化中的应用进行了研究,求解了天然气管网运行优化的数学模型。结果表明,混合遗传算法的优化结果比复合形算法提高了1.968%,证明混合遗传算法具有全域搜索、快速收敛的特点,更具有效性和实用性。     

天然气管网稳态运行优化研究

分别以天然气管网系统的最大收益为目标函数和天然气管网系统的最大流量为目标函数,考虑管 道强度、节点流量平衡等约束条件,建立了天然气管网运行优化的两种数学模型。结合实例,采用混合 遗传算法求解了天然气管网运行优化的数学模型。结果表明,所建立的管网稳态优化模型是可行的。所 采用的混合遗传算法的能够有效地求解管网稳态运行优化的数学模型。     

天然气管网系统输配气运行方案优化

本文以天然气销售公司的最大经济效益为目标,通过对天然气管网系统输配气过程中各种影响因素(压气站、用户天然气消费的波动性)的分析,建立了有压气站的输配气管网运行方案优化的数学模型,采用两极递阶优化方法[1]实现了管网输赔气运行方案的优化,并给出了计算实例.     

线性逼近法在管网系统优化运行中的应用

通过对天然气管网系统输配气过程中各种影响因素的分析，建立了天然气管网系统输配气运行方案优化的数学模型，采用线性逼近法对模型进行了求解，编制了计算软件，应     

基于改进的遗传算法的天然气管网系统运行优化

在天然气管网系统安全稳定运行的基础上,为了实现节能减排,充分合理地利用管道的输配能力,将目标函数定义为天然气的最大流量,同时考虑管道内天然气稳定流动、各节点流量平衡、节点及管段压力等约束条件,建立了天然气管网系统优化数学模型。采用整数编码来进行管径编码,用模拟退火罚函数转化约束条件,并合理地将遗传算法的全局寻优能力和模拟退火的局部搜索能力互补融合起来,实现算法的改进和优化。将改进的遗传算法应用到某大型天然气管网优化设计的实例中,计算结果表明,改进的遗传算法在解的质量上和收敛的速度上都优于基本遗传算法,验证了所建立的优化模型是高效可行的。     

多气源天然气输配管网的能量计量方法

随着我国多气源供应格局的形成,天然气计量方式逐渐从现行的体积计量方式向能量计量方式转变。现行的《天然气能量的测定》标准对多气源输配管网系统没有给出具体可操作的能量计量程序,若采用热值数量加权平均赋值方法,能量计量误差可达8%,不能满足能量计量标准GB/T 18603—2014《天然气计量系统技术要求》对能量计量精度的要求。为此,根据天然气输配管网的拓扑结构和气量平衡原理,利用天然气输配管网中现有的流量计量仪表对多气源输配管网进行状态重构,提出了一种区域多气源天然气输配系统状态重构能量计量方法,并对管网状态重构后进行能量计量的误差进行了分析。结果表明:(1)所提出的方法确定了多气源输配管网状态重构所需流量仪表的最少数量及仪表布置方法 ;(2)多气源输配系统管网状态重构后,各下游天然气用户能量计量的误差均不超过0.5%,可满足GB/T 18603—2014对能量计量准确度最高等级(A级)误差在1%以内的要求。该研究成果为我国天然气能量计量技术的应用和推广提供了一种可操作的程序。     

基于动态规划和黄金分割法的环状天然气管网运行优化

目前中国天然气管道主干线已经相互联接,形成了环套环的大型复杂天然气管网,随着各压气站燃驱压缩机组的增加,如何实现管网的稳态优化运行已成为一个技术难题。为此,在同时考虑管网中环状结构和枝状结构对于管道流量分配的影响,以及燃驱机组耗气量对管道内流量影响的基础上,结合管网模型分割思路,将黄金分割算法与动态规划算法进行融合,形成了改进后的动态规划和黄金分割混合算法。以华北地区某环状管网为案例的计算结果表明:(1)管网运行优化数学模型比单线管道模型增加了管道内过流量、燃驱耗气量等变量,进一步加大了管网模型的求解难度;(2)混合算法能够有效地对运行燃驱和电驱压缩机机组的包含环状和枝状小型管网的稳态运行优化数学模型进行求解;(3)混合算法的优化方案能提高管网压气站的出口压力、提高机组的运行效率,降低系统的功率消耗、减少系统能耗,同时增加管网的管存量,提供了管网额外的应急资源。结论认为,混合算法有效地破解了复杂管网优化技术难题,可以为当前中国大型天然气管网稳态运行优化提供参考。     

气田地面集输管网运行优化及其应用研究

国内某些老气田地面集输设备已运行多年，部分旧管道承压能力和集输站集输能力都有所下降，给集输管网运营带来了安全隐患。因此，有必要开展现有设备集输能力优化研究工作，充分利用现有集输设备的工作能力，确保集输管网系统安全、高效地运行，并指导集输设备的更换和改造。在分析集输管网实际运营状况的基础上，以集输管网内天然气最大流量为目标函数，综合考虑集输站工作能力、管道承压能力以及管输系统运行工况条件，建立了气田地面集输管网运行优化数学模型，并采用线性化算法求解了该优化模型。实例分析结果表明，建立的集输管网运行优化模型和采用的优化算法切实可行。此集输管网优化方案既可用于优化该集输管网的日常运营，又可用于指导集输管网的改造和未来规划。     

城市天然气管网遗传算法优化设计

文章以使管网建设和运行费用最少为目标函数，以管道的稳态分析、各节点的流量、压力及管道的压力限制等为约束条件，建立了城市天然气管网优化模型。根据天然气管网结构特点，采用遗传算法求解，构建了遗传算法中重要的适应度函数，给出了管道编码的方法。通过编程实例计算，表明遗传算法是在天然气管网优化领域中可取的一种算法。     

基于优化运行数据库的干线天然气管网优化研究

天然气在输送过程中,运行能耗费用受各气源供气量、管网内天然气量分配、各管道运行压力、能耗单价及压缩机组类型等诸多因素的影响,因此有必要开展天然气管网优化运行的研究。以天然气管网运行能耗费用最低为目标,建立了天然气管网优化运行数据库,利用最小二乘法构建能耗方程组,建立管网内单条管道输气量与能耗之间的数学关系,制定优化逻辑,编制完成西部天然气管网优化运行软件,解决了天然气管网的气量优化分配问题,确定了天然气管网内各管道启机的优化方案。以西部天然气管网生产运行某日报表数据为基础,在相同的边界条件下,采用该管网优化运行软件重新分配全管网气量,并确定新的运行方案,对比分析优化前后的能耗数据,能耗费用节约在10%以上,取得了良好的优化效果。     

基于信息熵的燃气输配管网系统可靠性分析

环状燃气管网具有多条流通路径，路径流量分配的不确定性与可靠性密切相关，而信息熵作为量度不确定性的手段，可间接定量地反映系统的可靠性。为此，基于信息熵理论及最大熵原理提出了路径熵的概念，并以此来定量量度燃气管网中气体从气源至节点流动过程中对路径选择的不确定性。此外，通过定义路径流量比来构建路径熵的概率空间，从而建立了路径熵的计算模型，并提出利用序贯方法、采用分层排序的思想求解模型。最后求解了一个算例中燃气管网的各节点路径熵。结果表明，路径熵间接反映了管网系统的流动阻力特性；路径熵值越大的节点水力性能越好，其上游任一流通路径发生事故时该节点流量损失期望值越小，可靠性越大。     

输气干线单个分输站站址最优化研究

输气干线分输站站址规划设计合理与否，直接影响到分输站至各城市门站之间输气管线总投资和未来管网系统的发展。为此,着重讨论并建立了以分输站站址、各城市门站与分输站之间管道直径、壁厚、分输站压力为设计变量，以各城市门站与分输站之间管道投资最小为目标函数的分输站站址优化数学模型。根据模型特点，采用混合离散变量复合形法与数据库技术相结合来求解分输站站址。以此站址为参考点，结合现场勘察，在参考点附近沿输气干线预选多个分输站站址，并对影响分输站建设和管理的环境因素用多目标模糊评价方法进行综合评价，以评价效果好的站址为最优分输站站址。用算例说明了分输站站址优化结果不仅与工艺参数变化有关，且与分输站所处环境因素有关。提出还应深入研究输气干线中具有多个分输站的站址优化问题。     

基于风险的长输油气管道选线优化方法

长输油气管道选线是复杂的多目标决策问题,控制事故风险、降低建设成本是选线的两个主要目标。应用多目标决策理论,以选择风险可接受且建设成本较低的路线为优化目标,提出了长输油气管道选线优化方法。通过研究优化目标的计算方法,分析选线的约束条件,确定网格划分的精度及范围,建立了选线优化模型,运用动态规划算法求解该模型并进行了实例应用。结果表明,基于风险的选线优化方法是可行的,长输油气管道个人风险标准和村庄或建（构）筑物的搬迁情况可作为选线的约束条件,定义特殊区域周边局部范围的地形地貌类型有助于控制个人风险,两个优化目标的权重分配需要根据实际情况进行调整。     

天然气管网抗震工程投资分配混沌粒子群算法

天然气管网是具有网络特性的复杂生命线系统，其抗震工程投资最优分配问题，因呈现高度的非线性及约束条件多的特点，难以用传统的优化方法求解。利用粒子群优化算法收敛速度快的优点，结合混沌运动的遍历性、伪随机性等特点，提出了一种基于混沌思想的粒子群优化算法，该算法保持了群体多样性，增强了多维空间的全局寻优能力，应用于天然气管网系统的抗震工程投资决策，有效地避免了一般演化算法的早熟收敛现象。以一个多源多汇天然气管网为例，进行了抗震工程投资的优化计算，计算结果表明，所建立的模型和算法具有一定的实用性。     

西部天然气管网稳态运行优化研究

基于现场报表数据反算校验的西部天然气管网SPS仿真模型,通过不同流量与运行压力级制分类搭建了管网运行方案库。结合深度学习模型对方案库数据进行训练与特征提取,建立了一种新的管网水力计算与压气站配置方法,在保证计算精度的基础上提高了大型天然气管网运行优化计算效率。利用动态规划算法对压气站最优出站压力变量进行选择,管网流量分配原则为系统总能耗最小。所建立的管网稳态运行优化模型同时具备计算的高效性与准确性,基于该优化模型编制了西部天然气管网稳态运行优化软件V1.0,经过现场实测数据验证,模型优化结果可以显著降低管网运行能耗,可为西部天然气管网的运行与调度提供有效参考。     

管网可视化调度技术在川西气田的应用

管道仿真技术是日常天然气集输管理中，提高天然气集输调度科学水平、提高管网运行的经济性和安全性的关键。文章介绍的管道仿真调度是根据川西气田管网特点建立的一套服务于管网设计、改造以及运行分析和调度管理等方面的实用技术。它与地理信息可视化技术相结合，形成了具有管网分析功能特征的管道可视化调度技术，使管网规划、管理和运营变得科学、直观和高效。该技术在川西气田天然气集输配调度、管道系统的维护改造、增压方案优化以及新井投产路线规划等方面都发挥了重要作用，保证了该地区集输管网的安全营运。     

川西天然气集输管网系统最优规划研究

川西天然气集输管网系统庞大而复杂，而管网最优规划是在气田开发地面工程建设中必须首先解决的问题，它不仅涉及到从井口到一级集气站，从一级集气站到二级集气站等的管网布置，还涉及到各级和各个集气站的布局。文章针对效益和费用两个目标，建立了川西集输管网系统最优规划的数学模型，并应用资源优化ReO软件进行了仿真计算，得出了川西管网的最优规划方案。该管网系统最优规划研究成果，不仅适用于新建天然气管网系统，还适用于已建管网系统的评价和改造。     

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向中国东部经济发达地区提供天然气的“西气东输”工程的输气管道，是目前中国距离最长、管径最大、压力最高、输量最大、投资最高的输气干线。在对工程概况进行说明后，详细介绍了该管道工程的干线设计，其中包括：设计压力与管径优化选比，压气站增压系统优化，内涂层减阻技术使用，调峰，以及长江、黄河的穿越等。同时，还介绍了包括流量计计量、标定，自动化控制和信息、通讯等技术在内的整个输气工程的调度管理系统。从而全面地展现了“西气东输”工程的整体面貌和技术水平，在工程中使用的技术有很多在国内尚属首次应用。最后，还对今后的工作提出了建议。