CN113946785A - 最优能耗费用计算系统、能耗模型及其确定方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种最优能耗费用计算系统、能耗模型及其确定方法和设备，所述确定方法包括：将天然气管网中的压缩机气体流量数据、压缩机进口压力数据、压缩机出口压力数据和压缩机进口温度数据代入压缩机能耗模型，计算获得不同工况下的压缩机能耗；将所述不同工况下的压缩机能耗转化为不同工况下的压缩机能耗费用；筛选管网中运行压缩机能耗费用之和的最低值，并将所述最低值确定为管网最优能耗费用。本发明能够快速计算管网最优能耗费用，有助于调控中心根据该方案尽快完成压缩机转速的调整，为天然气在线优化软件指导生产运行提供了大大的可行性。

Description

最优能耗费用计算系统、能耗模型及其确定方法和设备

技术领域

本发明涉及天然气压缩机能耗计算的技术领域，具体来讲，涉及一种压缩机能耗模型、一种压缩机能耗模型的确定方法、一种天然气管网最优能耗费用的计算系统、以及一种天然气管网最优能耗费用的确定方法。

背景技术

天然气管网最优能耗费用主要是利用计算方法计算出所有运行压缩机在完成输送任务时消耗的能量，故压缩机的能耗费用计算是其中的核心模块。近年来，压缩机能耗费用的计算方法经过多次改进已经比较成熟。

在常规压缩机能耗计算方法中，根据压缩机的气体流量、进口压力、出口压力和进口温度四个参数进行多次迭代，最后求出压缩机的转速和能耗费用；在压缩机计算过程中，还要多次用到密度、压缩因子和多变指数等参数，这些参数计算也需要迭代完成；天然气管网能耗优化是利用计算方法对运行压缩机累加最低能耗的筛选，以上的累计计算量优化软件的计算时间较长。

实际中，调控中心需参考优化软件结果尽快完成压缩机转速的调整，较长的计算时间会带来很多的不便。这使得很有必要寻找新方法，在保证计算精度的前提下加快计算速度。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种能够快速获取天然气管网最优能耗费用的计算方法和系统。

为了实现上述目的，本发明一方面一种天然气管网最优能耗费用的确定方法，所述最优能耗费用计算方法包括：根据天然气管网中的压缩机气体流量数据、压缩机进口压力数据、压缩机出口压力数据和压缩机进口温度数据，利用式1计算获得不同工况下的压缩机能耗，式1为：

在式1中，f(G，p_s，p_d，T_s)为压缩机能耗，MJ；P_s为压缩机的进口压力，MPa；P_d为压缩机的出口压力，MPa；G为天然气质量流量，kg/s；T_s为压缩机的进口温度，℃；A₄、A₆、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、B₄、B₆、B₈、B₉、B₁₀、B₁₁、C₄、C₆、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、E₄、E₆、E₈、F₄、F₆和F₈均为拟合系数，无量纲；将所述不同工况下的压缩机能耗转化为不同工况下的压缩机能耗费用；以及筛选管网中运行压缩机能耗费用之和的最低值，并将所述最低值确定为管网最优能耗费用。

在本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法的一个示例性实施例中，所述最优能耗费用计算方法的计算时间可为8s～12s。

在本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法的一个示例性实施例中，所述最优能耗费用的确定方法还可包括：

在计算不同工况下的压缩机能耗之前，建立物性参数数据库，在不同压力和温度下，利用天然气物性参数模块计算出对应的物性参数，并存储于所述物性参数数据库。

本发明另一方面提供了一种天然气管网最优能耗费用计算系统，所述最优能耗费用计算系统包括天然气物性参数模块、物性参数数据库、压缩机运行参数数据库、压缩机能耗计算模块、以及管网运行费用计算模块，其中，

所述天然气物性参数模块被配置为能够计算并输出不同压力和温度下对应的天然气物性参数；

所述物性参数数据库与所述天然气物性参数模块连接，并被配置为能够储存不同压力和温度下对应的天然气物性参数；

所述压缩机运行参数数据库与所述物性参数数据库连接，并被配置为能够储存不同压缩机的运行参数，所述运行参数包括压缩机气体流量、压缩机进口压力、压缩机出口压力、压缩机进口温度、以及压缩机转速；

所述压缩机能耗计算模块与所述压缩机运行参数数据库连接，并被配置为能够根据压缩机能耗模型，计算并输出不同工况下的压缩机能耗；

所述管网运行费用计算模块与所述压缩机能耗计算模块连接，并被配置为能够计算天然气管网中运行压缩机累加的能耗费用，并筛选获得管网最优能耗费用。

本发明再一方面提供了一种压缩机能耗模型的确定方法，所述压缩机能耗模型的确定方法包括以下步骤：

确定与压缩机能耗有关的四个参数变量的取值区间，其中，所述四个参数变量为气体流量G、进口压力p_s、出口压力p_d和进口温度T_s；

将四个参数变量分别按照对应的步长划分为多个数值点，并将四个参数变量对应的各数值点进行组合，获得压缩机物性参数数据集{G，p_s，p_d，T_s}；

依次计算压缩机物性参数数据集中每组数据所对应的能耗H，获得压缩机能耗数据集{H，G，p_s，p_d，T_s}；

利用最小二乘法拟合压缩机能耗数据集中的各组数据，获得压缩机能耗的拟合函数，并将所述拟合函数作为压缩机能耗模型，其中，所述拟合函数如下式1所示：

式中，f(G，p_s，p_d，T_s)为压缩机能耗，MJ；P_s为压缩机的进口压力，MPa；P_d为压缩机的出口压力，MPa；G为天然气质量流量，kg/s；T_s为压缩机的进口温度，℃；A₄、A₆、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、B₄、B₆、B₈、B₉、B₁₀、B₁₁、C₄、C₆、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、E₄、E₆、E₈、F₄、F₆和F₈均为拟合系数，无量纲。

在本发明的压缩机能耗模型的确定方法的一个示例性实施例中，所述依次计算压缩机物性参数数据集中每组数据所对应的能耗H的具体计算步骤可如下：

(1)确定压缩机的压比区间；

(2)判断给定的预定流量下的压比是否处于压比区间，若是，则设置转速迭代初始值为n，出站温度初始值为T_d1；

(3)计算转速为n时，压缩机的进口温度多变指数m_T1和出口温度多变指数m_T2，对m_T1和m_T2取平均值获得m_T；

(4)计算压缩机出站温度计算值T₂，并判断|T_d1–T₂|是否大于0.1；

(5)若|T_d1–T₂|大于0.1，则令T_d1＝T₁，并将新的T_d1返回至步骤(3)和步骤(4)，以重新计算新的m_T和T₂；

若|T_d1–T₂|小于等于0.1，则计算容积多变指数m_v和转速n₀，判断|n₀–n_t|是否大于0.1；

(6)若|n₀–n_t|大于0.1，则令n＝n₀，并将新的n返回至步骤(2)至步骤(5)，以重新计算新的m_v和n₀；

若|n₀–n_t|小于等于0.1，则利用n₀计算压缩机能耗H。

在本发明的压缩机能耗模型的确定方法的一个示例性实施例中，所述确定压缩机的压比区间的具体步骤可为：

将标准流量换算成压缩机进口状态下的流量Q，利用最大转速n_max和流量Q计算第一压比ε₁，根据流量Q计算喘振工况的转速n₁，并利用所述n₁计算第二压比ε₂，将第一压比ε₁和第二压比ε₂之中的较小值作为流量Q下的最大压比ε_max；

根据流量Q计算滞止工况的转速n₂，并利用所述n₂计算第三压比ε₃，利用最小转速n_min和流量Q计算第四压比ε₄，将第三压比ε₃和第四压比ε₄之中的较大值作为流量Q下的最小压比ε_min；

将[ε_min，ε_max]确定为压缩机的压比区间。

本发明再一方面提供了一种压缩机能耗模型，所述压缩机能耗模型采用如上所述的确定方法获得。

本发明再一方面提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括：

处理器；

存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的天然气管网最优能耗费用的确定方法，或者如上所述的压缩机能耗模型的确定方法。

本发明再一方面提供了一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如上所述的天然气管网最优能耗费用的确定方法，或者如上所述的压缩机能耗模型的确定方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明的压缩机能耗模型计算所得的压缩机功率与传统方法所得计算值平均误差小于0.5％，且利用该模型计算管网最优能耗费用所耗费的时间为传统方法所用时间的1/4～1/5，这大大缩短了计算时间；

(2)随着越来越多的天然气管网建立，本发明的天然气管网最优能耗费用计算方法可使得调控中心在较短的时间内得出管网的最优方案，这有助于调控中心根据该方案尽快完成压缩机转速的调整，为天然气在线优化软件指导生产运行提供了大大的可行性。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚，其中：

图1示出了本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法的一个示例性实施例的离心压缩机运行费用计算的流程示意图。

具体实施方式

在下文中，将结合附图和示例性实施例来详细说明本发明的最优能耗费用计算系统、能耗模型及其确定方法和设备。

需要说明的是，“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅仅是为了方便描述和便于区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。“上”、“下”、“内”、“外”仅仅为了便于描述和构成相对的方位或位置关系，而并非指示或暗示所指的部件必须具有该特定方位或位置。对于本领域普通技术人员而言，本文中的部分术语“压力”相当于压强。

在常规压缩机能耗计算方法中，需根据压缩机的气体流量、进口压力、出口压力和进口温度四个参数进行多次迭代，最后求出压缩机的转速和能耗费用。而且在压缩机能耗计算过程中，还要多次用到密度、压缩因子和多变指数等参数，这些参数计算也需要迭代完成，这大大地增加了计算时间，不利于调控中心尽快完成压缩机转速的调整。

在天然气管网中，其气质组分是很少发生改变的。本发明基于气质组分不变的前提下，提出从以下两个方面进行计算速度优化。一是在不同压力和温度下(取适当的步长)，利用天然气物性参数模块计算出其对应的物性参数并储存，在需要时利用压力和温度进行调用储存物性参数即可；二是在不同压缩机的气体流量、进口压力、出口压力和进口温度下(取适当的步长)，计算压缩机能耗费，随后将压缩机能耗和压缩机的气体流量、进口压力、出口压力和进口温度四个变量进行拟合并储存，在需要时利用压缩机的气体流量、进口压力、出口压力和进口温度调用储存的压缩机能耗和对应转速即可。

为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种压缩机能耗模型的确定方法。

研究压缩机特性，先根据需要将标准状况下的流量换算成压缩机进口状态(进站压力与进站温度)下的体积流量，换算公式为：

式中，Q₁为压缩机进口状态下的流量，m³/d；T₁为压缩机进口状态下的温度，K；Z₁为压缩机进口状态下的压缩因子；P₁为压缩机进口状态下的压力，MPa；Q₀为标准状况下的流量，m³/d。

然后将Q₁转化为转速n₀下的对应流量：

式中，Q₁为压缩机进口状态下的流量，m³/d；Q为转速n₀下的对应流量，m³/d；n为压缩机进口状态下的转速，r/min；n₀为压缩机的额定转速，r/min。

在计算离心压缩机能耗和运行费用时，需要先根据压缩机运行曲线拟合基本方程。这些基本方程均是在额定转速下拟合的，如需转化成其他转速下的方程，需要进行换算。

多变能头-流量特性方程：

H₀＝b₀+b₁Q₁+b₂×Q₁ ² 式(3)

式中，H₀为压缩机进口状态下体积流量对应的多变能头，KJ/kg；Q₁为压缩机进口状态下的流量，m³/d；b₀、b₁和b₂为多变能头对应的拟合系数。

效率-流量特性方程：

η0＝a0+a1Q₁+a2×Q₁ ² 式(4)

式中，η₀为压缩机进口状态下体积流量对应的效率；a₀、a₁和a₂为效率对应的拟合系数。

喘振曲线方程：

n₁＝c₀+c₁Q₁+c₂Q₁ ² 式(5)

式中，n₁为Q₁对应转速，r/min；c₀、c₁和c₂为喘振曲线对应的拟合系数。

滞止曲线方程：

n₂＝d₀+d₁Q₁+d₂Q₁ ² 式(6)

式中，n₂为Q₁对应转速，r/min；d₀、d₁和d₂为滞止曲线对应的拟合系数。

上述方程中，式(3)与式(4)用于计算功率，功率的计算公式见式(7)。

W＝HG/η_Cη_Tη_D 式(7)

式中，W为压缩机驱动功率，kW；H为多变能头，kJ/kg；G为质量流量，kg/s；η_C为压缩机效率；η_T为传动效率；η_D为驱动机效率。

式(5)与式(6)用于确定某流量下压缩机的压比区间(联立式(3)与式(10))。

由于压缩机在不同转速下的特性方程不一样，在计算其运行费用时必须先得到在确定压缩机流量、进口压力、出口压力和进口温度下压缩机的转速。

温度多变指数m_T的计算式为：

式中，m_T为平均温度多变指数，无量纲；η为压缩机多变效率；k_T为温度绝热指数。

压缩机出口温度T₂的计算式为：

式中，T₂为压缩机出口条件下的温度，K；T₁为压缩机进口条件下的温度，K；p₂为压缩机出口处的压力，MPa；p₁为压缩机进口条件下的压力，MPa；m_T为平均温度多变指数，无量纲。

压头H与压比的关系式为：

式中，m_V为平均容积多变指数，无量纲；Z₁为压缩机进口条件下的压缩因子；R_g为天然气气体常数；T₁为压缩机进口条件下的温度，K；p2为压缩机出口处的压力，MPa；p₁为压缩机进口条件下的压力，MPa；m_T为平均温度多变指数，无量纲。

压缩机容积多变指数的计算公式为：

式中，ρ₁为压缩机进口处的密度，kg/m³；ρ₂为压缩机出口处的密度，kg/m³；m_V为容积多变指数，无量纲。

在本发明的一个示例性实施例中，一种压缩机能耗模型的确定方法可包括以下步骤：

(1)确定与压缩机能耗有关的四个参数变量的取值区间，其中，所述四个参数变量为气体流量G、进口压力p_s、出口压力p_d和进口温度T_s。

(2)将四个参数变量分别按照对应的步长划分为多个数值点，并将四个参数变量对应的各数值点进行组合，获得压缩机物性参数数据集{G，p_s，p_d，T_s}。

例如，可对上述四个变量等间距取点，将变量组合和进行筛选，剔除不在压缩机工况可行域内的点，并将符合条件的点保存待用。

(3)依次计算压缩机物性参数数据集中每组数据所对应的能耗H，获得压缩机能耗数据集{H，G，p_s，p_d，T_s}。

如图1所示，压缩机能耗H的具体计算步骤可如下：

(a)联立式(3)与式(10)计算压比，进而通过比选确定压缩机的压比区间。

先将标准流量换算成压缩机进口状态下的流量Q，利用最大转速n_max和流量Q计算第一压比ε₁，根据流量Q计算喘振工况的转速n₁，并利用n₁计算第二压比ε₂，将第一压比ε₁和第二压比ε₂之中的较小值作为流量Q下的最大压比ε_max。

然后根据流量Q计算滞止工况的转速n₂，并利用n₂计算第三压比ε₃，利用最小转速n_min和流量Q计算第四压比ε₄，将第三压比ε₃和第四压比ε₄之中的较大值作为流量Q下的最小压比ε_min。

最后将[ε_min，ε_max]确定为压缩机的压比区间。

(b)判断给定的预定流量下的压比是否处于压比区间，若是，则设置转速迭代初始值为n，出站温度初始值为T_d1。

(c)利用温度多变指数计算公式(式8)计算转速为n时，压缩机进口温度多变指数m_T1和压缩机出口的温度多变指数m_T2，对m_T1和m_T2取平均值获得m_T。

(d)利用压缩机出口温度计算公式(式9)计算压缩机出站温度计算值T₂，判断|T_d1–T₂|是否大于0.1。

(e)若|T_d1–T₂|大于0.1，则令T_d1＝T₁，并将新的T_d1返回至步骤(c)和步骤(d)，以重新计算新的m_T和T₂。

若|T_d1–T₂|小于等于0.1，则利用压缩机容积多变指数计算公式(式11)计算容积多变指数m_v，并利用压头计算公式(式3)和压头与压比的关系式(式10)计算转速n₀(结合式(1)和(2))，判断|n₀–n_t|是否大于0.1。

(f)若|n₀–n_t|大于0.1，则令n＝n₀，并将新的n返回至步骤(b)至步骤(e)，以重新计算新的m_v和n₀。

若|n₀–n_t|小于等于0.1，则将n₀代入压头计算公式(式3)、效率-流量特性方法(式4)以及压缩机效率计算公式(式7)(结合式(1)和(2))，以计算获得压缩机功率W，并转化成对应的压缩机能耗H。

(4)利用最小二乘法拟合压缩机能耗数据集中的各组数据，获得压缩机能耗的拟合函数，并将拟合函数作为压缩机能耗模型。

其中，拟合函数的具体推导过程如下：

压缩机的能耗费用可表示为压缩机的气体流量、进口压力、出口压力和进口温度四个参数的四元函数。在本实施例中，首先利用气体流量G、进口压力P_s、出口压力P_d拟合三元二次函数，随后用带进口温度T_s的函数进行修正。

第一步：拟合变量(G，p_s，p_d)的三元一次和三元二次函数。

f₁(G,p_s,p_d)＝A₁G+B₁p_s+C₁p_d+D₁ 式(12)

第二步：由公式(12)可得压缩机能耗费用可表示为G/p_s和p_d/p_s的函数，故公式(12)和公式(13)可以转化成下面的三元一次和三元二次函数。

式中，p_s为压缩机的进口压力，Pa；p_d为压缩机的出口压力，Pa；G为天然气质量流量，kg/s；f(G，P_s，P_d)为压缩机功率，MW；A_1-8、B_1-8、C_1-8等均为压缩机功率的拟合系数。

第三步：拟合带进口温度的函数。

取平均值：

f₁₅(G,p_s,p_d,T_s)＝(f₁₂(G,p_s,p_d,T_s)+f₁₃(G,p_s,p_d,T_s)+f₁₄(G,p_s,p_d,T_s))/3 式(23)

式中，f(G，P_s，P_d，T_s)为压缩机能耗，MJ；T_s为压缩机的进口温度，℃；A_9-11、B_9-11、C_9-11为压缩机能耗的拟合系数，无量纲。

因此，最终获得的压缩机能耗的拟合函数如下式(24)所示：

本发明另一方面提供了一种压缩机能耗模型。

在本发明的一个示例性实施例中，一种压缩机能耗模型采用如上所述的确定方法获得。

该压缩机能耗模型的计算公式如下所示：

式中，f(G，p_s，p_d，T_s)为压缩机能耗，MJ；P_s为压缩机的进口压力，MPa；P_d为压缩机的出口压力，MPa；G为天然气质量流量，kg/s；T_s为压缩机的进口温度，℃；A₄、A₆、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、B₄、B₆、B₈、B₉、B₁₀、B₁₁、C₄、C₆、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、E₄、E₆、E₈、F₄、F₆和F₈均为拟合系数，无量纲。

本发明再一方面一种天然气管网最优能耗费用的确定方法。

在本发明的一个示例性实施例中，一种天然气管网最优能耗费用的确定方法可包括以下步骤：

(1)将天然气管网中的压缩机气体流量数据、压缩机进口压力数据、压缩机出口压力数据和压缩机进口温度数据代入压缩机能耗模型，计算获得不同工况下的压缩机能耗。其中，压缩机能耗模型如下式所示：

式中，f(G，p_s，p_d，T_s)为压缩机能耗，MJ；P_s为压缩机的进口压力，MPa；P_d为压缩机的出口压力，MPa；G为天然气质量流量，kg/s；T_s为压缩机的进口温度，℃；A₄、A₆、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、B₄、B₆、B₈、B₉、B₁₀、B₁₁、C₄、C₆、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、E₄、E₆、E₈、F₄、F₆和F₈均为拟合系数，无量纲。

(2)将所述不同工况下的压缩机能耗转化为不同工况下的压缩机能耗费用。

(3)筛选管网中运行压缩机能耗费用之和的最低值，并将所述最低值确定为管网最优能耗费用。

在本实施例中，天然气管网最优能耗费用的确定方法的计算时间可为8s～12s。

在本实施例中，天然气管网最优能耗费用计算方法还可包括：

在计算不同工况下的压缩机能耗之前，建立物性参数数据库，在不同压力和温度下，利用天然气物性参数模块计算出对应的物性参数，并存储于所述物性参数数据库。

本发明再一方面提供了一种天然气管网最优能耗费用计算系统。

在本发明的一个示例性实施例中，天然气管网最优能耗费用计算系统可包括天然气物性参数模块、物性参数数据库、压缩机运行参数数据库、压缩机能耗计算模块、以及管网运行费用计算模块。

其中，天然气物性参数模块被配置为能够计算并输出不同压力和温度下对应的天然气物性参数。

物性参数数据库与天然气物性参数模块连接，并被配置为能够储存不同压力和温度下对应的天然气物性参数。

压缩机运行参数数据库与物性参数数据库连接，并被配置为能够储存不同压缩机的运行参数。运行参数包括压缩机气体流量、压缩机进口压力、压缩机出口压力、压缩机进口温度、以及压缩机转速。

压缩机能耗计算模块与压缩机运行参数数据库连接，并被配置为能够根据压缩机能耗模型，计算并输出不同工况下的压缩机能耗。

管网运行费用计算模块与压缩机能耗计算模块连接，并被配置为能够计算天然气管网中运行压缩机累加的能耗费用，并筛选获得管网最优能耗费用。

根据本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法、压缩机能耗模型的确定方法可以被编程为计算机程序并且相应的程序代码或指令可以被存储在计算机可读存储介质中，当程序代码或指令被处理器执行时使得处理器执行上述天然气管网最优能耗费用的确定方法、或者压缩机能耗模型的确定方法，上述处理器和存储器可以被包括在计算机设备中。

根据本发明又一方面的示例性实施例还提供一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质存储有当被处理器执行时使得处理器执行根据本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法、或者压缩机能耗模型的确定方法的计算机程序。该计算机可读记录介质是可存储由计算机系统读出的数据的任意数据存储装置。计算机可读记录介质的示例包括：只读存储器、随机存取存储器、只读光盘、磁带、软盘、光数据存储装置和载波(诸如经有线或无线传输路径通过互联网的数据传输)。

根据本发明又一方面的示例性实施例还提供一种计算机设备。该计算机设备包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序。计算机程序被处理器执行使得处理器执行根据本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法、或者压缩机能耗模型的确定方法。

实例验证

利用陕京二、三线管网系统进行验证，两条管线在榆林站、阳曲站和石家庄站互通。在确定先关参数后，利用常规方法计算处优化结果的时间为50s；而利用本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法计算的时间为10s，两者计算结果的误差约为0.36％。

经过多次实际验证，利用本发明的天然气管网最优能耗费用的确定方法计算所得压缩机功率与常规方法所得计算值平均误差小于0.5％(在误差可接受范围内)，且新方法所用时间为传统方法所用时间的1/4～1/5，大大提供了优化软件指导生产运行的可行性。

综上所述，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：

(1)本发明的压缩机能耗模型计算所得的压缩机功率与传统方法所得计算值平均误差小于0.5％，且利用该模型计算管网最优能耗费用所耗费的时间为传统方法所用时间的1/4～1/5，这大大缩短了计算时间；

(2)随着越来越多的天然气管网建立，本发明的天然气管网最优能耗费用计算方法可使得调控中心在较短的时间内得出管网的最优方案，这有助于调控中心根据该方案尽快完成压缩机转速的调整，为天然气在线优化软件指导生产运行提供了大大的可行性。

尽管上面已经结合示例性实施例及附图描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。

Claims (10)

1.一种天然气管网最优能耗费用的确定方法，其特征在于，所述最优能耗费用的确定方法包括：

根据天然气管网中的压缩机气体流量数据、压缩机进口压力数据、压缩机出口压力数据和压缩机进口温度数据，利用式1获得不同工况下的压缩机能耗，式1为：

在式1中，f(G，p_s，p_d，T_s)为压缩机能耗，MJ；P_s为压缩机的进口压力，MPa；P_d为压缩机的出口压力，MPa；G为天然气质量流量，kg/s；T_s为压缩机的进口温度，℃；A₄、A₆、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、B₄、B₆、B₈、B₉、B₁₀、B₁₁、C₄、C₆、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、E₄、E₆、E₈、F₄、F₆和F₈均为拟合系数，无量纲；

将所述不同工况下的压缩机能耗转化为不同工况下的压缩机能耗费用；以及

筛选管网中运行压缩机能耗费用之和的最低值，并将所述最低值确定为管网最优能耗费用。

2.根据权利要求1所述的天然气管网最优能耗费用的确定方法，其特征在于，所述最优能耗费用计算方法的计算时间为8s～12s。

3.根据权利要求1所述的天然气管网最优能耗费用的确定方法，其特征在于，所述最优能耗费用的确定方法还包括：

在计算不同工况下的压缩机能耗之前，建立物性参数数据库，在不同压力和温度下，利用天然气物性参数模块计算出对应的物性参数，并存储于所述物性参数数据库。

4.一种天然气管网最优能耗费用计算系统，其特征在于，所述最优能耗费用计算系统包括天然气物性参数模块、物性参数数据库、压缩机运行参数数据库、压缩机能耗计算模块、以及管网运行费用计算模块，其中，

所述天然气物性参数模块被配置为能够计算并输出不同压力和温度下对应的天然气物性参数；

所述物性参数数据库与所述天然气物性参数模块连接，并被配置为能够储存不同压力和温度下对应的天然气物性参数；

所述压缩机运行参数数据库与所述物性参数数据库连接，并被配置为能够储存不同压缩机的运行参数，所述运行参数包括压缩机气体流量、压缩机进口压力、压缩机出口压力、压缩机进口温度、以及压缩机转速；

所述压缩机能耗计算模块与所述压缩机运行参数数据库连接，并被配置为能够根据压缩机能耗模型，计算并输出不同工况下的压缩机能耗；

所述管网运行费用计算模块与所述压缩机能耗计算模块连接，并被配置为能够计算天然气管网中运行压缩机累加的能耗费用，并筛选获得管网最优能耗费用。

5.一种压缩机能耗模型的确定方法，其特征在于，所述压缩机能耗模型的确定方法包括以下步骤：

确定与压缩机能耗有关的四个参数变量的取值区间，其中，所述四个参数变量为气体流量G、进口压力p_s、出口压力p_d和进口温度T_s；

将四个参数变量分别按照对应的步长划分为多个数值点，并将四个参数变量对应的各数值点进行组合，获得压缩机物性参数数据集{G，p_s，p_d，T_s}；

依次计算压缩机物性参数数据集中每组数据所对应的能耗H，获得压缩机能耗数据集{H，G，p_s，p_d，T_s}；

利用最小二乘法拟合压缩机能耗数据集中的各组数据，获得压缩机能耗的拟合函数，并将所述拟合函数作为压缩机能耗模型，其中，所述拟合函数如下式1所示：

式中，f(G，p_s，p_d，T_s)为压缩机能耗，MJ；P_s为压缩机的进口压力，MPa；P_d为压缩机的出口压力，MPa；G为天然气质量流量，kg/s；T_s为压缩机的进口温度，℃；A₄、A₆、A₈、A₉、A₁₀、A₁₁、B₄、B₆、B₈、B₉、B₁₀、B₁₁、C₄、C₆、C₈、C₉、C₁₀、C₁₁、E₄、E₆、E₈、F₄、F₆和F₈均为拟合系数，无量纲。

6.根据权利要求5所述的压缩机能耗模型的确定方法，其特征在于，所述依次计算压缩机物性参数数据集中每组数据所对应的能耗H的具体计算步骤如下：

(1)确定压缩机的压比区间；

(2)判断给定的预定流量下的压比是否处于压比区间，若是，则设置转速迭代初始值为n，出站温度初始值为T_d1；

(3)计算转速为n时，压缩机的进口温度多变指数m_T1和出口温度多变指数m_T2，对m_T1和m_T2取平均值获得m_T；

(4)计算压缩机出站温度计算值T₂，并判断|T_d1–T₂|是否大于0.1；

(5)若|T_d1–T₂|大于0.1，则令T_d1＝T₁，并将新的T_d1返回至步骤(3)和步骤(4)，以重新计算新的m_T和T₂；

若|T_d1–T₂|小于等于0.1，则计算容积多变指数m_v和转速n₀，判断|n₀–n_t|是否大于0.1；

(6)若|n₀–n_t|大于0.1，则令n＝n₀，并将新的n返回至步骤(2)至步骤(5)，以重新计算新的m_v和n₀；

若|n₀–n_t|小于等于0.1，则利用n₀计算压缩机能耗H。

7.根据权利要求6所述的压缩机能耗模型的确定方法，其特征在于，所述确定压缩机的压比区间的具体步骤为：

将标准流量换算成压缩机进口状态下的流量Q，利用最大转速n_max和流量Q计算第一压比ε₁，根据流量Q计算喘振工况的转速n₁，并利用所述n₁计算第二压比ε₂，将第一压比ε₁和第二压比ε₂之中的较小值作为流量Q下的最大压比ε_max；

根据流量Q计算滞止工况的转速n₂，并利用所述n₂计算第三压比ε₃，利用最小转速n_min和流量Q计算第四压比ε₄，将第三压比ε₃和第四压比ε₄之中的较大值作为流量Q下的最小压比ε_min；

将[ε_min，ε_max]确定为压缩机的压比区间。

8.一种压缩机能耗模型，其特征在于，所述压缩机能耗模型采用如权利要求5至7中任意一项所述的确定方法获得。

9.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括：

处理器；

存储器，存储有计算机程序，当所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-3中任一所述的天然气管网最优能耗费用的确定方法，或者如权利要求5-7中任一所述的压缩机能耗模型的确定方法。

10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，当所述计算机程序在被处理器执行时实现如权利要求1-3中任一所述的天然气管网最优能耗费用的确定方法，或者如权利要求5-7中任一所述的压缩机能耗模型的确定方法。

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