CN103955186B - 天然气管网管流状态参数确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种天然气管网管流状态参数确定方法及装置，其中，该方法包括：根据天然气管网的拓扑结构将天然气管网划分成多个区域；对每个区域，建立表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，第一控制方程的未知数是该区域中管道内的管流状态参数，第一控制方程的已知参数包括该区域中的管道结构参数、元件操作参数和天然气物性参数；对每个区域，建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程；对第一控制方程和第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数。本发明实施例实现了只需对方程数目较少的代数方程组进行求解，从而实现了天然气管网管流状态参数计算的高效快速，且简单易行。

Description

天然气管网管流状态参数确定方法及装置

技术领域

本发明涉及天然气运输技术领域，特别涉及一种天然气管网管流状态参数确定方法及装置。

背景技术

天然气作为一种清洁、高效的化石能源，天然气的开发利用越来越受到重视。“十一五”期间，我国天然气产业飞速发展，据统计截止2010年底，天然气管道总长度达到4万公里，天然气使用量达到1070亿立方米/年，并且预计到“十二五”末天然气利用规模将达到2600亿立方米/年。为了保障天然气顺利调度，我国已经建了众多大口径、高压力、长管线、大流量的现代化天然气管道，如西气东输一二线、川气东送线管道、陕京线等，将大干线连成管网是我国天然气工业发展的一个必然趋势。

天然气管网(天然气管网是用于输送天然气的管道相互连接而形成的网状结构)仿真是保障管道安全运行不可或缺的技术，天然气管网的计算机仿真主要是通过数值解法求解控制方程(控制方程是描述天然气在管道内部运行的偏微分方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程)以得到管道内部的管流状态参数，例如，管道的压力、温度、流量等参数。在天然气管网的计算机仿真过程中，由于控制方程为偏微分方程，无法或极难直接求出解析解，此时工程上常常采用数值解法来求解，具体的求解过程可分为以下5个步骤：

1、建立整个管网的控制方程后，计算区域的离散：首先，将计算区域划分很多小段，即将每个管道划分成很多个小段，其中，压缩机和阀门等短小的元件可作为一个小段。

2、控制方程的离散：在每一个小段上，将控制方程通过一定的离散格式离散成可以直接求解的代数方程。

3、补充边界条件：对管网的外部边界节点可以写代数方程。

4、计算机求解：联立上述所得到的代数方程，采用计算机求解，得到数值解(用很多个离散的数来代替连续变化的解)。

5、结果展示：由所得到结果画出曲线图来描述和分析管道内部的管流状态参数。

在上述步骤4中，计算机求解过程即计算机求解离散后的代数方程组的过程，控制方程离散后，要以矩阵的形式将代数方程写入计算机，计算机对该矩阵进行处理完成代数方程组的求解工作，由于天然气管网的复杂性(管网中元件众多，管线很长，网状结构千奇百怪)，且将整个管网作为一个整体来处理，导致代数方程数目庞大。因此，在对整个管网的矩阵进行处理时，计算机的耗时与代数方程数目的平方呈线性关系(例如，A与B成线性关系，则若A增大(减小)，B会成比例的增大(减小))，需电脑内存很大，此时计算速度缓慢，当管网规模和复杂度增加时，计算耗时迅速增加。

在计算机求解过程中，虽然常采用稀疏矩阵存储方式进行加速，但稀疏矩阵法实施过程非常复杂，且影响加速效果的不可控因素很多，某些极端的情况下，也未必能有很好的效果。

发明内容

本发明实施例提供了一种天然气管网管流状态参数确定方法及装置，解决了现有技术中天然气管网仿真速度缓慢的技术问题。

本发明实施例提供了一种天然气管网管流状态参数确定方法，该方法包括：根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域；对每个区域，建立表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，所述第一控制方程的未知数是该区域中管道内的管流状态参数，所述第一控制方程的已知参数包括该区域中的管道结构参数、元件操作参数和天然气物性参数；对每个区域，建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，所述第二控制方程的未知数是该区域的边界节点处的管流状态参数，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点；对所述第一控制方程和第所述二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数。

在对每个区域的第一控制方程进行求解之前，还包括：对每个区域的第一控制方程进行线性化处理；将每个区域的计算区域离散成多个段，并将每个区域线性化处理后的第一控制方程在所述段上离散成代数方程组，每个区域的代数方程组的系数矩阵为具有预设规则的矩阵。

在一个实施例中，对所述第一控制方程和所述第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数，包括：对每个区域的代数方程组进行求解，得到每个区域的代数方程组的基础解系和通解；对每个区域，分析该区域的基础解系，得到该区域的边界节点处的管流状态参数与该区域的基础变量的线性关系，其中，该区域的基础变量是该区域的基础解系表示该区域的通解时所乘的系数所代表的变量；联立所有区域的第二控制方程和所有区域的边界节点处的管流状态参数与基础变量的线性关系，求得所有区域的基础变量的数值解，并将每个区域的基础变量的数值解，确定为该区域的边界节点处的管流状态参数的数值解；根据每个区域的基础变量的数值解、代数方程组的基础解系和通解，确定每个区域的管道内的管流状态参数的数值解。

在一个实施例中，每个区域的管道内的管流状态参数包括：管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度；每个区域的边界节点处的管流状态参数包括：管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度。

本发明实施例还提供了一种天然气管网管流状态参数确定装置，该装置包括：划分模块，用于根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域；第一方程建立模块，用于对每个区域，建立表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，所述第一控制方程的未知数是该区域中管道内的管流状态参数，所述第一控制方程的已知参数包括该区域中的管道结构参数、元件操作参数和天然气物性参数；第二方程建立模块，用于对每个区域，建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，所述第二控制方程的未知数是该区域的边界节点处的管流状态参数，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点；求解模块，用于对所述第一控制方程和所述第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数。

在一个实施例中，还包括：线性处理模块，用于在对每个区域的第一控制方程进行求解之前，对每个区域的第一控制方程进行线性化处理；离散模块，用于将每个区域的计算区域离散成多个段，并将每个区域线性化处理后的第一控制方程在所述段上离散成代数方程组，每个区域的代数方程组的系数矩阵为具有预设规则的矩阵。

在一个实施例中，所述求解模块，包括：第一单元，用于对每个区域的代数方程组进行求解，得到每个区域的代数方程组的基础解系和通解；线性分析单元，用于对每个区域，分析该区域的基础解系，得到该区域的边界节点处的管流状态参数与该区域的基础变量的线性关系，其中，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点，该区域的基础变量是该区域的基础解系表示该区域的通解时所乘的系数所代表的变量；第二单元，用于联立所有区域的第二控制方程和所有区域的边界节点处的管流状态参数与基础变量的线性关系，求得所有区域的基础变量的数值解，并将每个区域的基础变量的数值解，确定为该区域的边界节点处的管流状态参数的数值解；第三单元，用于根据每个区域的基础变量的数值解、代数方程组的基础解系和通解，确定每个区域的管道内的管流状态参数的数值解。

在一个实施例中，每个区域的管道内的管流状态参数包括：管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度；每个区域的边界节点处的管流状态参数包括：管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度。

在本发明实施例中，将根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域，对每个区域，建立独立的表示天然气在该区域中管道内运行状态的第一控制方程，并建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，然后，对第一控制方程和第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数，得到天然气管网完整的管流状态参数。通过将天然气管网划分成多个区域，对每个区域，建立该区域边界节点处运行状态的第二控制方程和独立的表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，在求解过程中，只需联立求解所有第二控制方程(未知量数目只为划分的区域数目的4倍，远远小于任何一个区域的第一控制方程的未知数)，各区域的第一控制方程可独立求解，实现了在对第一控制方程和第二控制方程进行求解的过程中，将控制方程离散成代数方程组后，只需对方程数目较少的代数方程组进行求解，避免将整个天然气管网作为一个整体、对方程数目庞大的代数方程组进行求解计算的过程；同时每个区域的代数方程组相互独立，可以并行求解计算，从而实现了天然气管网管流状态参数计算的高效快速，且简单易行，进而提高天然气管网仿真的速度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是本发明实施例提供的一种天然气管网管流状态参数确定方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种天然气管网管流状态参数确定装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本发明实施例中，提供了一种天然气管网管流状态参数确定方法，如图1所示，该方法包括：

步骤101：根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域；

步骤102：对每个区域，建立表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，所述第一控制方程的未知数是该区域中管道内的管流状态参数，所述第一控制方程的已知参数包括该区域中的管道结构参数、元件操作参数和天然气物性参数；该第一控制方程表征该区域管道内部各处管流状态参数之间的相互关系。

步骤103：对每个区域，建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，所述第二控制方程的未知数是该区域的边界节点处的管流状态参数，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点；该第二控制方程表征该区域的边界节点与其他区域的边界节点之间的相互关系。

步骤104：对所述第一控制方程和所述第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数。

由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，将根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域，对每个区域，建立独立的表示天然气在该区域中管道内运行状态的第一控制方程(例如，管道流动方程，连续性方程，动量方程和能量方程)，并建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程(例如，流量平衡方程：管网中连接点的总进入质量与总流出质量相等；压力相等方程：与管网中连接点的元件在该点处压力都相等；能量平衡方程：管网中连接点的总进入能量与总流出能量相等)，然后，对所有区域的第一控制方程和第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数，得到天然气管网完整的管流状态参数。通过将天然气管网划分成多个区域，对每个区域，建立该区域边界节点处运行状态的第二控制方程和独立的表示天然气在该区域中管道内运行状态的第一控制方程，在求解过程中，只需联立求解所有第二控制方程(未知量数目只为划分的区域数目的4倍，远远小于任何一个区域的第一控制方程的未知数)，各区域的第一控制方程可独立求解，实现了在对所有区域的第一控制方程和第二控制方程进行求解的过程中，将控制方程离散成代数方程组后，只需对方程数目较少的代数方程组进行求解，避免将整个天然气管网作为一个整体、对方程数目庞大的代数方程组进行求解计算的过程；同时每个区域的代数方程组相互独立，可以并行求解计算，从而实现了天然气管网管流状态参数计算的高效快速，且简单易行，尤其对于大规模和复杂度高的天然气管网，可以提高天然气管网仿真的速度。

具体实施时，每个区域中包括的元件可以是压缩机、阀门等元件，元件的操作参数则可以是功率、开度等，管道结构参数可以是管径、管长等参数，天然气物性参数可以是天然气密度、温度等参数。

具体实施时，为了进一步提高计算速度，在本实施例中，通过以下步骤将每个区域的第一控制方程离散成代数方程组，例如，在对每个区域的第一控制方程进行求解之前，对每个区域的第一控制方程进行线性化处理，对每个区域的计算区域进行离散，将每个区域的计算区域离散成很多小段，例如，将管道划分成很多小段，压缩机和阀门等短小元件可以作为一个小段；将每个区域线性化处理后的第一控制方程在被离散的小段上离散成代数方程组，每个区域的代数方程组的系数矩阵为具有预设规则的矩阵。即通过对每个区域的第一控制方程进行线性化处理，使得每个区域的代数方程组的系数矩阵为特殊形式的矩阵，例如，三对角形式的矩阵，从而可以采用高效快速的矩阵处理方法来求解代数方程组，避免了由于直接离散后的代数方程组的一些数学特性，该直接离散后的代数方程组的系数矩阵为杂乱、无法分块、只有很少非零元素的矩阵，无法采用高效快速的矩阵处理方法，只能采用常规通用的矩阵处理方法，而导致计算速度慢的问题。

具体实施时可以通过以下步骤来对所有区域的第一控制方程和第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数，例如，对每个区域的代数方程组进行求解，得到每个区域的代数方程组的基础解系(能够线性组合出齐次线性方程组的任意一组解的向量)和通解(齐次线性方程组中最基础的、不用乘系数的那组解)；由于求解所述第一控制方程所需要的条件是已知该区域中边界节点处的管流状态参数值，第二控制方程的未知数是该区域的边界节点处的管流状态参数，而求解所述第二控制方程所需要的条件是已知该区域中边界节点处不同管流状态参数之间的关系，因此，为了求得第一控制方程的数值解，需要对每个区域，分析该区域的基础解系，得到该区域的边界节点处的管流状态参数与该区域的基础变量的线性关系，其中，该区域的基础变量是该区域的基础解系表示该区域的通解时所乘的系数所代表的变量(例如，所乘的系数所代表的变量可以是边界节点的压力值或流量值等)；再联立所有区域的第二控制方程和所有区域的边界节点处的管流状态参数与基础变量的线性关系，可以一次性求得所有区域的基础变量的数值解，并将每个区域的基础变量的数值解，确定为该区域的边界节点处的管流状态参数的数值解；根据每个区域的基础变量的数值解、代数方程组的基础解系和通解，确定每个区域的管道内的管流状态参数的数值解(用很多个离散的数来代替连续变化的解)。即先通过每个区域的第一控制方程的分解确定区域的边界节点处的管流状态参数与该区域的基础变量的线性关系，然后通过所有区域的第二控制方程联立求解，一次性确定所有区域的边界节点处的管流状态参数，最后得到每个区域的管道内的管流状态参数，从而得到了整个天然气管网完整的管流状态参数。

具体实施过程中，可以通过图形或数据的形式，将求得的天然气在每个区域中管道内运行的管流状态参数的数值解和每个区域的边界节点处天然气运行的管流状态参数的值展示出来。

具体实施时，每个区域的管道内的管流状态参数包括：管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度；每个区域的边界节点处的管流状态参数包括：管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度。

以下结合具体实施例来详细描述通过上述天然气管网管流状态参数确定方法进行天然气管网仿真的过程，该过程包括如下步骤：

步骤1：“输入天然气管网信息”，该天然气管网信息包括天然气管网拓扑结构、各元件的参数及操作条件等。

步骤2：“拆分成若干个求解单元(即区域)”，根据天然气管网的拓扑结构将天然气管网信拆分成若干个求解单元，例如，求解单元1、……求解单元i、……求解单元M。

步骤3：分析和储存从步骤2中拆分的求解单元i的拓扑结构和元件参数等信息，建立求解单元i中表示天然气在该求解单元i中管道内运行状态的第一控制方程。

步骤4：“第一控制方程的处理”，主要是对第一控制方程进行线性化处理，求解单元的计算区域离散，然后将线性化的第一控制方程在被离散的小段上离散成代数方程组，即将控制方程转化为计算机能处理的数学方程。

步骤5：“第一控制方程的分解”，对“求解单元i”的代数方程组进行求解，得到求解单元i的代数方程组的基础解系和通解，其实也即是代数方程的系数矩阵分解的过程，是天然气管网仿真的核心，也是计算机耗时的最主要过程。

步骤6：储存步骤5中代数方程组求解后所得到的基础解系和通解。

步骤7：“求解单元i的边界节点的管流状态参数与基础变量的线性关系”，通过分析步骤6中求解单元i的基础解系，得到求解单元i的边界节点的管流状态参数与求解单元i的基础变量的线性关系，并建立表示天然气在该求解单元i的边界节点处运行状态的第二控制方程，为一次性求解所有求解单元的边界节点的管流状态参数提供部分方程。

步骤8：“基础变量的求解”，根据步骤7中所得的所有求解单元的边界节点的管流状态参数与基础变量的线性关系、和所有求解单元的边界节点处运行状态的第二控制方程，一次性求得所有求解单元的基础变量的数值解，一次性求解所有求解单元的边界节点的管流状态参数，求解单元i边界节点即求解单元i中管道与其他求解单元中元件之间的连接点或者求解单元i中的管道与其他求解单元中的管道之间的连接点。

步骤9：“求解单元i内部节点的求解”，由步骤8中所得到基础变量，结合步骤6中求解单元i的基础解系和通解，直接得到天然气在求解单元i中管道内运行的管流状态参数的数值解，即求得求解单元i的内部节点的管流状态参数，内部节点即求解单元计算区域离散时所划分的小段之间的连接点。

步骤10：“整个天然气管网求解完成，结果展示”，整个管网仿真工作完成，以图形和数据的形式展示计算结果。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种天然气管网管流状态参数确定装置，如下面的实施例所述。由于天然气管网管流状态参数确定装置解决问题的原理与天然气管网管流状态参数确定方法相似，因此天然气管网管流状态参数确定装置的实施可以参见天然气管网管流状态参数确定方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

图2是本发明实施例的天然气管网管流状态参数确定装置的一种结构框图，如图2所示，包括：划分模块201、第一方程建立模块202、第二方程建立模块203和求解模块204，下面对该结构进行说明。

划分模块201，用于根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域；

第一方程建立模块202，与划分模块201连接，用于对每个区域，建立表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，所述的第一控制方程的未知数是该区域中管道内的管流状态参数，所述第一控制方程的已知参数包括该区域中的管道结构参数、元件操作参数、天然气物性参数；

第二方程建立模块203，与第一方程建立模块202连接，用于对每个区域，建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点；

求解模块204，与第二方程建立模块203连接，用于对所述第一控制方程和所述第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数。

在一个实施例中，还包括：线性处理模块，用于在对每个区域的第一控制方程进行求解之前，对每个区域的第一控制方程进行线性化处理；离散模块，与线性处理模块连接，用于对每个区域的计算区域进行离散，离散成多个段，并将每个区域线性化处理后的第一控制方程在被离散的段上离散成代数方程组，每个区域的代数方程组的系数矩阵为具有预设规则的矩阵。

在一个实施例中，所述求解模块204，包括：第一单元，用于对每个区域的代数方程组进行求解，得到每个区域的代数方程组的基础解系和通解；线性分析单元，与第一单元连接，用于对每个区域，分析该区域的基础解系，得到该区域的边界节点处的管流状态参数与该区域的基础变量的线性关系，其中，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点，该区域的基础变量是该区域的基础解系表示该区域的通解时所乘的系数所代表的变量；第二单元，与线性分析单元连接，用于联立所有区域的第二控制方程和所有区域的边界节点处的管流状态参数与基础变量的线性关系，一次性求得所有区域的基础变量的数值解，并将每个区域的基础变量的数值解，确定为该区域的边界节点处的管流状态参数的数值解；第三单元，与第二单元连接，用于根据每个区域的基础变量的数值解、代数方程组的基础解系和通解，确定每个区域的管道内的管流状态参数的数值解。

在一个实施例中，每个区域的管道内的管流状态参数包括：管道压力和管道流量；或管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度；每个区域的边界节点处的管流状态参数包括：管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度。

在本发明实施例中，将根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域，对每个区域，建立独立的表示天然气在该区域中管道内运行状态的第一控制方程，并建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，然后，对第一控制方程和第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数，得到天然气管网完整的管流状态参数。通过将天然气管网划分成多个区域，对每个区域，建立该区域边界节点处运行状态的第二控制方程和独立的表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，在求解过程中，只需联立求解所有第二控制方程(未知量数目只为划分的区域数目的4倍，远远小于任何一个区域的第一控制方程的未知数)，各区域的第一控制方程可独立求解，实现了在对第一控制方程和第二控制方程进行求解的过程中，将控制方程离散成代数方程组后，只需对方程数目较少的代数方程组进行求解，避免将整个天然气管网作为一个整体、对方程数目庞大的代数方程组进行求解计算的过程；同时每个区域的代数方程组相互独立，可以并行求解计算，从而实现了天然气管网管流状态参数计算的高效快速，且简单易行，进而提高天然气管网仿真的速度。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种天然气管网管流状态参数确定方法，其特征在于，包括：

根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域；

对每个区域，建立表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，所述第一控制方程的未知数是该区域中管道内的管流状态参数，所述第一控制方程的已知参数包括该区域中的管道结构参数、元件操作参数、天然气物性参数；

对每个区域，建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，所述第二控制方程的未知数是该区域的边界节点处的管流状态参数，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点；

对所述第一控制方程和所述第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数。

2.如权利要求1所述天然气管网管流状态参数确定方法，其特征在于，在对每个区域的第一控制方程进行求解之前，还包括：

对每个区域的第一控制方程进行线性化处理；

将每个区域的计算区域离散成多个段，并将每个区域线性化处理后的第一控制方程在所述段上离散成代数方程组，每个区域的代数方程组的系数矩阵为具有预设规则的矩阵。

3.如权利要求2所述天然气管网管流状态参数确定方法，其特征在于，对第一控制方程和第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数，包括：

对每个区域的代数方程组进行求解，得到每个区域的代数方程组的基础解系和通解；

对每个区域，分析该区域的基础解系，得到该区域的边界节点处的管流状态参数与该区域的基础变量的线性关系，其中，该区域的基础变量是该区域的基础解系表示该区域的通解时所乘的系数所代表的变量；

联立所有区域的第二控制方程和所有区域的边界节点处的管流状态参数与基础变量的线性关系，求得所有区域的基础变量的数值解，并将每个区域的基础变量的数值解，确定为该区域的边界节点处的管流状态参数的数值解；

根据每个区域的基础变量的数值解、代数方程组的基础解系和通解，确定每个区域的管道内的管流状态参数的数值解。

4.如权利要求1至3中任一项所述天然气管网管流状态参数确定方法，其特征在于，

每个区域的管道内的管流状态参数包括：

管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度；

每个区域的边界节点处的管流状态参数包括：

管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度。

5.一种天然气管网管流状态参数确定装置，其特征在于，包括：

划分模块，用于根据天然气管网的拓扑结构将所述天然气管网划分成多个区域；

第一方程建立模块，用于对每个区域，建立表示该区域中管道内运行状态的第一控制方程，所述第一控制方程的未知数是该区域中管道内的管流状态参数，所述第一控制方程的已知参数包括该区域中的管道结构参数、元件操作参数和天然气物性参数；

第二方程建立模块，用于对每个区域，建立表示该区域的边界节点处运行状态的第二控制方程，所述第二控制方程的未知数是该区域的边界节点处的管流状态参数，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点；

求解模块，用于对所述第一控制方程和所述第二控制方程进行求解，确定每个区域的管道内和每个区域的边界节点处的管流状态参数。

6.如权利要求5所述天然气管网管流状态参数确定装置，其特征在于，还包括：

线性处理模块，用于在对每个区域的第一控制方程进行求解之前，对每个区域的第一控制方程进行线性化处理；

离散模块，用于将每个区域的计算区域离散成多个段，并将每个区域线性化处理后的第一控制方程在所述段上离散成代数方程组，每个区域的代数方程组的系数矩阵为具有预设规则的矩阵。

7.如权利要求6所述天然气管网管流状态参数确定装置，其特征在于，所述求解模块，包括：

第一单元，用于对每个区域的代数方程组进行求解，得到每个区域的代数方程组的基础解系和通解；

线性分析单元，用于对每个区域，分析该区域的基础解系，得到该区域的边界节点处的管流状态参数与该区域的基础变量的线性关系，其中，该区域的边界节点为该区域中管道与所述天然气管网中其他区域的管道或元件的连接点，该区域的基础变量是该区域的基础解系表示该区域的通解时所乘的系数所代表的变量；

第二单元，用于联立所有区域的第二控制方程和所有区域的边界节点处的管流状态参数与基础变量的线性关系，求得所有区域的基础变量的数值解，并将每个区域的基础变量的数值解，确定为该区域的边界节点处的管流状态参数的数值解；

第三单元，用于根据每个区域的基础变量的数值解、代数方程组的基础解系和通解，确定每个区域的管道内的管流状态参数的数值解。

8.如权利要求5至7中任一项所述天然气管网管流状态参数确定装置，其特征在于，

每个区域的管道内的管流状态参数包括：

管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度；

每个区域的边界节点处的管流状态参数包括：

管道压力、管道流量、管道温度、天然气管道内流速和天然气管道内密度。