CN114707716B - 一种带有中转油库的成品油管网调度优化方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源调度供给技术领域，涉及一种带有中转油库的成品油管网调度优化方法和系统，包括以下步骤：根据各管道沿线站场需求计划，在满足管道约束条件的前提下，结合各下游管道的情况，生成各上游管道调度计划；中转油库接收中转油库的基础信息和各上游管道调度计划，在满足中转油库的约束条件下，生成中转油库调度计划；各下游管道接收中转油库调度计划，在满足管道约束条件的前提下，生成下游各管道调度计划，并将各下游管道的情况反馈至各上游管道调度计划，从而对各上游管道调度计划进行实时更新。其能用于多源多汇枝状管网，在满足中转油库工艺约束的前提下，最大限度地降低成品油管网运行成本，自动编制出可执行的详细调度计划。

Description

一种带有中转油库的成品油管网调度优化方法和系统

技术领域

本发明涉及一种带有中转油库的成品油管网调度优化方法和系统，属于能源调度供给技术领域，特别涉及成品油管网的调度。

背景技术

成品油管道调度是针对不同的管道拓扑结构，根据上游站场的生产能力、下游市场的需求计划、管道输送能力以及沿线库存等情况，制定出管道的输送方案以满足下游市场需求，并保证管道在调度周期内能够安全、稳定运行。调度计划制定是成品油管道运行管理过程中的关键要素，所制定计划的优劣将直接影响管道的运行安全、输送效率以及下游市场油品的供给。

现有的成品油管道批次计划编制的研究对象主要针对于单条成品油管道，已较好地实现了管道月度批次计划的编制功能。随着油气管网改革，互联互通的成品油管网系统应运而生。国内成品油管网中各条管道之间基本上通过中转油库连接的，在成品油管网油品调运月度计划编制工作中，不但要编制基于管道起、终点油库和分输/注入站的管道批次计划，还要考虑多流向管网批次精确跟踪、多管道在中转油库处的操作衔接、中转油库的可用库存、可用空容等限制，且油品调运计划部门和油品销售公司对管网的油品交接品种、数量、地点和时间的要求复杂多变，因此其运行调控难度远超单条成品油管道。

调度计划自动编制技术是通过借助于运筹学方法建立调度优化的数学规划模型实现，其利用计算机自动求解调度计划，有效降低计划编制耗时，并使管道在调度周期内的运行达到某种最优目标，如计划总时长最短、运行费用最低、运行工况最稳定、市场满意度最高等。现有技术中介绍了一种用于任意结构管网调度的混合整数线性规划模型，该模型以管段首站的注入事件将整个调度周期划分若干连续时间窗，利用数学逻辑表征输送体积与批次位置等状态变量间的内在联系以及它们随时间的变化、以及多管道在中转油库处的操作衔接、中转油库的可用库存等工艺限制。目标函数为最小化调度计划的运行成本，包括泵送成本、延期交货成本、混油成本、平均库存成本以及产能利用成本。依靠商业优化求解器(如CPLEX、GUROBI等)求解出运行成本最低的准调度计划。但其时间窗划分只考虑了注入站的注入操作，无法精确考虑各批次过分输站的事件，也未考虑操作流量的下限。因此，所求结果为准调度计划，该类计划只能指明各个时间窗内各站场的操作体积，无法知晓具体的操作流量。在实际执行过程中，需要将所求的准调度计划划分成更细的时间窗，进一步优化各个细时间窗的具体流量。综上所述，该方法求解出的准计划只有指导作用，并无实际操作意义。由于该方法未提前考虑流量操作下限，若在此基础上进行流量优化则无法保证全局的最优性，甚至可行性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种带有中转油库的成品油管网调度优化方法和系统，能够用于多源多汇枝状、网状管网，在满足中转油库工艺约束的前提下，最大限度地降低成品油管网运行成本，自动编制出可执行的详细调度计划。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种带有中转油库的成品油管网调度优化方法，包括以下步骤：根据各管道沿线站场需求计划，在满足管道约束条件的前提下，结合各下游管道的情况，生成各上游管道调度计划；中转油库接收中转油库的基础信息和各上游管道调度计划，在满足中转油库的约束条件下，生成中转油库调度计划；各下游管道接收中转油库调度计划，在满足管道约束条件的前提下，生成下游各管道调度计划，并将各下游管道的情况反馈至各上游管道调度计划，从而对各上游管道调度计划进行实时更新。

进一步，上下游管道和中转油库的基础信息包括：油罐流量上限、油罐流量下限、分输流量上限、分输流量下限、管段流量上限、管段流量下限、油库容量限制、油库初始库存和各站场体积坐标。

进一步，生成调度计划的目标函数为：

其中，cp_l,n,p为管线l中输送1m³油品p至节点n的费用；为在时间窗t内，管线l分输至节点n批次i油品p的体积；/>为在时间窗t内，通过节点n向管线l中注入的批次i油品p的体积；cb_n,p为节点n处油品p的单位滞销成本；B_n,p为节点n处油品p滞销体积；MIX_l,i,i'为管线l中批次i和i’产生的混油处理费；cid_n,p为节点n存储油品p的单位成本；为在时刻t，节点n油品p的库存；|T|为调度周期时间窗数量；cmk为管道运行的小时成本；T_T为时间窗长度；L为管线集合；N^D、N^R分别为所有油库、站场集合；/>分别为管线l上油库、站场集合；/>分别为管线l上的输入、输出站场集合；P_l、P_n分别为允许出现在管线l、节点n的油品集合；I_l,n为在节点n分输的管线l中的批次集合；I_l为管线l的批次集合。

进一步，管道约束条件包括管道流量限制、分输限制、批次跟踪、管段约束和混油约束；中转油库的约束条件包括分输限制、库存约束、体积约束和油库流量限制。

进一步，管道流量限制和分输限制符合如下公式：

其中，分别为在一个时间窗内，从节点n向管线l注入的最大、最小体积；/>为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积；D_t为时间窗t的长度；分别为节点n向管线l注入流量的上下限；h为调度周期长度；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；/>为管线l的总体积；/>为二元变量，/>表示节点n在时间窗t内向管线l注入批次i；/>为二元变量，/>表示节点n在时间窗t内未向管线l注入批次i。

中转油库的分输限制满足以下条件：

其中，分别为在一个时段内，节点n从管线l分输/注入体积的上下限，是二元变量，/>表示节点n在时间窗t内将批次从管线l中分输或注入；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标；/>为时间窗t内，节点n从/往管线l分输/注入批次i的体积。

进一步，批次跟踪需满足以下公式：

其中，为时刻t，管线l中批次i的体积；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标；/>为管线体积；

管段约束需满足以下公式：

其中，为在时间窗t内管段s的运输量；/>为节点n上游管段集合；f_s ^S,min、f_s ^S,max分别为在一个时间窗内管段s输量上下限；/>分别为管段s的流量上下限；/>为二元变量，/>表示管段s在时间窗t内处于流动状态。

进一步，库存约束需满足以下公式：

其中，分别为节点n油品p的库存上下限；/>为结束时刻节点n油品p的要求库存量。

进一步，混油约束需满足以下公式：

其中，f_l ^L,max、f_l ^L,min分别为在一个时间窗内，管线l输送批次体积的上下限；为是否有空批次的二元变量；/>为时刻t，管线l中批次i的体积；/>为二元变量，若管线l中批次i输送的油品p和与i’输送的p’之间产生混油，则/>反之为0；Y_l,i,p为二元变量，Y_l,i,p＝1表示管线l中批次i包含油品p；/>为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积。

本发明还公开了一种带有中转油库的成品油管网调度优化系统，包括：上游管道调度计划生成模块，用于根据各管道沿线站场需求计划，在满足管道约束条件的前提下，结合各下游管道的情况，生成各上游管道调度计划；中转油库调度计划生成模块，用于中转油库接收中转油库的基础信息和各上游管道调度计划，在满足中转油库的约束条件下，生成中转油库调度计划；下游油库调度计划生成模块，用于各下游管道接收中转油库调度计划，在满足管道约束条件的前提下，生成下游各管道调度计划，并将各下游管道的情况反馈至各上游管道调度计划，从而对各上游管道调度计划进行实时更新。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1、本发明中方案通过对通用管网的详细调度，最小化与泵、混油处理、库存、滞销和管道利用率相关的运行成本，允许站场/油库通过一个时间窗注入/分输多个批次，大幅减少模型所需的二元变量，提高计算效率。

2、本发明中方案采用分批次索引替代全局索引，对同一批次在不同管道的运移进行精确跟踪，可以严格限制禁止相邻油品，更加准确计算管道内相邻批次间的混油成本。

3、本发明中方案利用逻辑约束表征中转油库对上下游管道系统的衔接以及调节作用，使中转油库的批次操作以及库存限制满足工艺要求，可以在相似的时间内自动编制出详细调度计划，还能够将运行成本降低1.20％以上。

附图说明

图1是本发明一实施例中带有中转油库的成品油管网调度优化方法的流程图；

图2是本发明一实施例中成品油管网结构示意图；

图3是图2中N1-N8的库存水平示意图，其中N1和N2是炼厂，N3-N8是油库；

图4是本发明一实施例中各时间窗管道状态示意图；

图5是图2中油库N4中油品P1-P4随时间变化曲线图；

图6是本发明另一实施例中各时间窗管道状态示意图；

图7是本发明第三个实施例中各时间窗管道状态示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，通过具体实施例对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，具体实施方式的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，所用到的术语仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

基于国内已有研究主要聚焦于单源多汇管道的调度优化建模，对多源枝状管网研究较少，且欠缺对中转油库收发油等管道实际运行工艺的考虑。而国外针对管网的调度优化建模只能求解出一个周期内的准调度计划，需对流量进行进一步优化才能得到现场可用的详细调度计划。本发明针对带有中转油库的成品油管网系统提出了一种成品油管网调度优化方法和系统，在满足中转油库工艺约束的前提下，最大限度地降低成品油管网运行成本，自动编制出可执行的详细调度计划。下面结合附图，通过几个实施例对本发明中方案进行详细说明。

实施例一

图1是本发明一实施例中带有中转油库的成品油管网调度优化方法的流程图，根据图1可知，该成品油管网调度优化方法包括以下步骤：

本发明中生成调度计划的模型需要满足以下假设：1)油品为不可压缩流体，沿每条线单相流动；2)两个批次之间的混油定义为混油成本，该混油成本取决于前后油品种类而不是工作流量；3)考虑到油品质量监测所需的时间，中转油库接收的油品应该等到下个时间窗，才能重新注入到下游管道。

S1根据各管道沿线站场需求计划，在满足管道约束条件的前提下，结合各下游管道的情况，生成各上游管道调度计划。管道沿线站场需求计划包括上游管道沿线站场的需求信息，包括中转油库的信息，以及下游管道沿线站场的需求信息。

S2中转油库接收中转油库的基础信息和各上游管道调度计划，在满足中转油库的约束条件下，生成中转油库调度计划；其中，上下游管道和中转油库的基础信息包括：油罐流量上限、油罐流量下限、分输流量上限、分输流量下限、管段流量上限、管段流量下限、油库容量限制、油库初始库存和各站场体积坐标。

S3各下游管道接收中转油库调度计划，在满足管道约束条件的前提下，生成下游各管道调度计划，并将各下游管道的情况反馈至各上游管道调度计划，从而对各上游管道调度计划进行实时更新。

生成的调度计划包括注入计划、分输计划和库存变化，其中，注入计划包括管道的注入计划，包括批次排序、批量大小及油品分配；分输计划包括上下游管道沿线站场的分输计划，包括操作时间站场、分输流量；库存变化包括中转油库的调度计划。

本发明旨在获得运行费用最小的批次计划，生成调度计划模型的目标函数由5类成本组成，即输送成本、延期交货成本、混油成本、平均库存成本和产能利用成本，其具体的公式为：

其中，cp_l,n,p为管线l中输送1m³油品p至节点n的费用；为在时间窗t内，管线l分输至节点n批次i油品p的体积；/>为在时间窗t内，通过节点n向管线l中注入的批次i油品p的体积；cb_n,p为节点n处油品p的单位滞销成本；B_n,p为节点n处油品p滞销体积；MIX_l,i,i'为管线l中批次i和i’产生的混油处理费；cid_n,p为节点n存储油品p的单位成本；为在时刻t，节点n油品p的库存；|T|为调度周期时间窗数量；cmk为管道运行的小时成本；T_T为时间窗长度；L为管线集合；N^D、N^R分别为所有油库、站场集合；/>分别为管线l上油库、站场集合；/>分别为管线l上的输入、输出站场集合；P_l、P_n分别为允许出现在管线l、节点n的油品集合；I_l,n为在节点n分输的管线l中的批次集合；I_l为管线l的批次集合。上式中第一项为输送成本，参数cp_l,n,p为1m³油品p从管线l的起点到中转油库或者分输站的成本；第二项是延期交货成本，与单位成本、延期交货量相关；第三项是混油成本，与输送过程中产生的混油界面个数以及种类正相关，第四项是平均库存成本，第五项是产能利用成本，旨在减少管道停输时间。

管道约束条件包括管道流量限制、分输限制、批次跟踪、管段约束和混油约束；中转油库的约束条件包括分输限制、库存约束、体积约束和油库流量限制。

一旦炼厂n在时间t内对管线l有注入操作，则炼厂不限制，即二元变量反之同理。

其中，为二元变量，若炼厂n在时间窗t内将批次i注入管线l，则/>否则为0；/>为二元变量，若管线l中的节点n在时间窗t内闲置，则/>反之为1。

当节点n作为炼厂时，其注入管道的批次量应符合至/>范围要求，同时还能在时间窗t内被炼厂n注入管线l。即管道流量限制和分输限制符合如下公式：

其中，分别为在一个时间窗内，从节点n向管线l注入的最大、最小体积；/>为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积；D_t为时间窗t的长度；分别为节点n向管线l注入流量的上下限；h为调度周期长度；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；/>为管线l的总体积。

站场的分输约束与炼厂时类似的，当二元变量时，表示节点n在时间窗t内对管线l中的批次i有分输操作，此时二元变量/>反之同理。公式(7)-(8)，分别对分输量和分输流量进行了限制。

其中，分别为在一个时间窗内，节点n从管线l分输的最大、最小体积；/>为在时间窗t内，节点n从管线l分输批次i的体积；/>分别为节点n从管线l分输流量的上下限。

与炼厂不同的是，判断末站能否分输相应管线中的批次时，用批次右坐标进行判断，如公式(9)所示。若在时刻t+1，批次i的右坐标等于管线l的体积时，方可在时间窗t进行分输。

式中：RC_l,i,t+1为在时刻t+1，管线l中批次i的右坐标，m³；为管线l的末站站场集合。

中间站场的约束条件更为复杂。在时间窗t中，中间站场可以分输在时刻t+1时右坐标RC_l,i,t+1大于或等于站场体积坐标σ_l,n，并且左坐标LC_l,i,t+1小于或等于站场体积坐标的批次σ_l,n，如公式(10)-(11)所示。

式中：σ_l,n为管线l上节点n的体积坐标。

公式(12)表明，若节点n对于批次i属于首次分输，则开始时刻批次的右坐标RC_l,i,t应超过节点坐标σ_l,n。公式(13)保证了最多只有一个批次先分输，公式(14)则用于判断是否首次到达。只有当相邻的下游管段s没有操作时，即才能允许节点n进行非首次操作。

其中，均为二元变量，若在时段t内批次i是油库n从管线l中分输的第一个批次，则/>反之，/> 为二元变量，若时间窗t内管段s处于活动状态，/>反之为0；S_l为管线l管段集合；/>为节点n的下游管段集合。

中转油库与炼厂和其他油库的区别是，每个时间窗内只允许最多一个批次通过，用公式(16)表示。公式(17)中连续变量的作用是确定表示在时间窗t内，进入和离开管线l的体积相等。公式(18)的是通过分解变量/>将其与/>关联。

其中，为二元变量，若节点n在时间窗t内从/向管线l中分输/注入批次i，则反之为0；/>为在时间窗t内，节点n从/向管线l分输/注入批次i的量。

公式(19)规定中转油库的中转量应符合范围要求，而公式(20)-(21)定义了批次i的中转条件，与公式(10)-(11)相似。即中转油库的分输限制满足以下条件：

其中，分别为在一个时段内，节点n从管线l分输/注入体积的上下限，是二元变量，/>表示节点n在时间窗t内将批次从管线l中分输或注入；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标。

中转油库可以同时接收来自炼厂和上游管道的油品，模型对油品通过中转油库进入下游管道的处理方式是将中转油库等同于炼厂注入，故而通过的批次与注入的批次是相一致的，由公式(22)约束。同样的，对于中转油库向下游管线和油库发送油品时，应符合公式(31)的规定。

连续变量LC_l,i,t和RC_l,i,t用作表示时刻t管线l中批次i的体积和左右坐标。公式(24)表示，管线l中批次i的右坐标由所有后行批次(包括本批次，i’≥i)的体积相加得到。而每个批次的体积是由其右坐标减左坐标而得到的，如公式(25)所示。

本模型假设液体不可压缩，故而管线l内所有批次的体积之和恒等于管线体积。

其中，为时刻t，管线l中批次i的体积；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标；/>为管线体积。

公式(27)表示管线l中批次i的多周期体积平衡。与前一时刻相比，通过从炼厂注入或从输入站场流入，体积将增加，相反，则体积将减少。其中，初始批处理量是已知的。

对任一节点n而言，流入该节点的油品量一定等于流出的油品量。因此，公式(28)将变量与其他体积变量联系起来。

公式(29)-(30)表明，代表管段处于运行中，其运行体积/>需要满足对应的流量限制。即管段约束需满足以下公式：

其中，为在时间窗t内管段s的运输量；/>为节点n上游管段集合；f_s ^S,min、f_s ^S,max分别为在一个时间窗内管段s输量上下限；/>分别为管段s的流量上下限；/>为二元变量，/>表示管段s在时间窗t内处于流动状态。

无论炼厂还是油库，都会设置一个或多个对应油品的专用油罐。由于管道内的运动是通过批次移动进行模拟的，需要分解变量后给出炼厂注入量和油库分输量，从而得到油品库存。由公式(31)-(32)计算。当批次i输送的不是油品p时，所有相关二元变量值均为0，如公式(33)所示。

式中：为调度周期内油品p的最大运输量，m³；Y_l,i,p为二元变量，若管线l中的批次i含有油品p，则Y_l,i,p＝1，反之为0。

公式(34)表示，时刻t的库存应等于时刻t-1的库存量/>减去时间窗t-1内的发货量/>和需求量/>后，再加上时间窗t-1内的收货量其中，初始时刻的库存/>是已知的。

其中，为时刻t节点n油品p的库存量；/>为在时间窗t-1内，从节点n销往加油站油品p的量。

公式(35)考虑到了从油库到加油站的交货率上限总的发送量也应该满足给定的需求/>但这不是作为一个硬约束来执行的。让非负连续变量B_n,p代表节点n的油品p的滞销情况。根据公式(36)，只要交接到本地加油站的总量不够，它就会取正值，

即

其中，为节点n销往加油站油品p的最大流量；/>是调度周期结束时节点n处油品p的需求。

库存水平始终要在安全限制范围内公式。在计划结束时，各个节点应该有足够的库存，以便于不影响下一个调度周期的执行。即库存约束需满足以下公式：

其中，分别为节点n油品p的库存上下限；/>为结束时刻节点n油品p的要求库存量。

节点n在时段t内注入的油品p应小于该时段开始时的库存量减去最低水平

顺序输送工艺不可避免会在不同批次间产生混油。考虑到运行经济性，本方法对混油处理成本和禁止油品排序进行优化。以集合P_p表示与油品p物性差异过大的油品集合，当批次i输送油品p时，批次i+1不能输送油品物性差异过大的油品p’∈P_p，如公式(40)所示。但是，仅依靠此约束是不够的，因为在中间站场将整个批次全分输后，就会出现空批次，即只有编号，没有体积。引入二元变量在以下3种情况下/>(1)含有油品p的批次i在时刻t时已经存在管线l中；(2)炼厂正在往管线中注入含有油品p的批次i，(3)含有油品p的批次i通过中间油库进入下游管线，见公式(41)。另外，该模型的特点是批次采用全局而不是行编号，所以需要用公式(42)禁止物性差异大的油品相邻输送。

其中，f_l ^L,max、f_l ^L,min为在一个时间窗内，管线l输送批次体积的上下限。

在本模型中，任何两个相邻批次间所产生的混油量假设为一个恒定值，因此，混油处理成本只取决于混油界面的数量及相应混油类别的处理费。管线l中的连续批次i和i+1的混油处理成本由公式(44)决定。

其中，cf_p,p'为油品p与p’混油界面的处理成本。

然而，这种方法并不准确，因为当一个批次被完全被中间站分输时，可能会产生一个新的混油界面。为了严格计算混油成本，需要跟踪在调度周期内产生的所有混油界面。令辅助变量表示批次i输送的油品p和与i’输送的p’之间的混油界面。如果和/>则在时间窗t内将产生p-p’混油界面，并且两个批次之间没有非空批次存在：

该逻辑如公式(45)所示。

接着，将逻辑公式(44)转换为线性表达式(45)。公式(46)用以计算混油界面产生的混油成本MIX_l,i,i'。由于目标函数是费用最小值，当混油界面不存在时 混油成本MIX_l,i,i'将为0。

其中，f_l ^L,max、f_l ^L,min分别为在一个时间窗内，管线l输送批次体积的上下限；为是否有空批次的二元变量；/>为时刻t，管线l中批次i的体积；/>为二元变量，若管线l中批次i输送的油品p和与i’输送的p’之间产生混油，则/>反之为0；Y_l,i,p为二元变量，Y_l,i,p＝1表示管线l中批次i包含油品p；/>为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积。

实施例二

图2是本发明一实施例中成品油管网结构示意图。本实施例中以图2中的成品油管网为例对实施例中转油库的成品油管网调度优化方法进行测试。其中，管网调度优化模型，通过CPLEX(版本12.8.0)8线程并行求解，并设定了两个完成求解的标准，达到其中之一即结束，求解的标准分别为：①gap≤10^-6；②运行时间≥7200s。如图2所示，中转油库(N4)负责接收上游管线(L1和L2)的来油，经过油品的计量与检测后，重新组织油品批次和批量并发送到下游管线(L3、L4和L6)。给定管网内每条管道沿线各站每种油品的需求计划，在满足管网运行约束的前提下，优化每条管道的批次计划，包括时间窗的划分、各时间窗内油品从炼厂到油库的运输路线、炼厂/油库在每个时间窗内的注入/分输批次种类和体积、炼厂/油库在每个时间节点的库存管理情况。通过与背景技术中提到的现有技术进行对比，验证本实施例中的优越性。根据模型结构可知，集合|T|和|I_l|的大小影响了模型的计算效果。首先根据现有技术计算结果初始化参数|I_l|，然后逐一增加时间点|T|和每条管道的批次数量|I_l|，直到：(i)7200s内没有找到更好的解；(ii)出现虚拟时间窗(即时间窗长度为0)；(iii)出现虚拟批次(相邻批次输送相同的油品)。

站场包括炼厂和油库，图2中炼厂为N1和N2，油库为N3-N8。总体需求情况：N3需求P1为1.5万方、P2为1.5万方、P3为1万方；N5需P1为8万方、P2为9万方；N6需P4为2万方；N7需P1为2万方、P2为4万方、P3为2.5万方；N8需P4为1.6万方。

炼厂N1～N2的注入流量限制、初始库存等基础信息以及油库N3～N8的基础信息，包括站场体积坐标、分输流量限制、初始库存、库存水平等，由图3中所示。管线L1～L6和管段S1-S8的基础信息，如泵送费用等如表1所示。

表1各管线泵送费用表(元/m³)

/>

规定油品P3与P4是禁止相邻，各类混油的处理费用：P1-P2为1.84万元、P1-P3为3.4万元、P1-P4为2.35万元、P2-P3为2.5万元、P2-P4为4.13万元。

各节点库存费见表2。

表2各油库库存费用表(元/m³)

油品/油库	N1	N2	N3	N4	N5	N6	N7
								P1	0.19	-	0.24	0.19	0.24	-	0.24
P2	0.16	0.16	0.20	0.16	0.20	-	0.20
								P3	0.24	-	0.32	0.24	-	-	0.32
P4	-	0.24	-	0.24	-	0.32	-

图2中涉及的管线、炼厂和油库情况：案例1为L1～L4与N1～N7；案例2为L1～L5与N1～N7；案例3为L1～L6与N1～N8。案例对比结果如表3所示。

表3各案例对比结果表

如图4、图5所示，本实施例中的案例1的求解时间为651s，最优成本为1148×10³元。相较于现有技术而言，计算时间降低了59.49％，成本减少了1.20％，其对比结果见表6。主要减少成本的步骤为管线L3-L4的混油处理费用：①L3输送批次由4个批次“P1-P2-P1-P2”减少为3个批次“P1-P2-P1”，混油界面减少1个；②管线L4的批次输送顺序由现有技术的“P2-P1-P3-P2-P4-P1”变为“P2-P1-P3-P2-P4-P2”。虽然“P4-P2”的混油处理费用高于“P4-P1”，但是，当站场N6全分输完P4后，管线L4内不会再产生新的混油界面，因此总体的混油处理费用有所下降。此外，在本实施例的结果中，管线L1输送P1和P2的量分别由原先的79000m³和60000m³变为95000m³和44000m³。考虑到泵送P2的成本比P1高0.03元，管线L1的泵运行成本也有所降低。图5是图2中油库N4中油品P1-P4随时间变化曲线图，如图5所示，中转油库的库存始终在允许范围内。

如图6所示，本实施例中的案例2的求解时间为60s，最优成本为1043×10³元。如表6所示，相较于现有技术中计算时间相近的结果，成本减少了1.60％。主要减少成本的步骤为管线L4的混油处理费用，虽然管线L4相较于现有技术的“P2-P4-P1”变为“P2-P1-P4-P1”，增加了一个P1批次，但是管线L4将批次I6完全分输给了N6后，并没有产生新的混油界面。相对于案例1，案例2增加了管线L5。因此，N5对油品P1的需求，除了可以通过管线L3中35000m³的管存量满足外，还可以通过管线L5直接供应。这一管输路径避免了油库N4的中转，能够降低很大一部分泵送成本。

如图7所示，本实施例中的案例3的求解时间为579s，最优成本为1146×10³元。如表6所示，相较于现有技术，虽然案例3的计算时间相对于现有技术有所增加，但成本仍然减少了1.72％。由于新增的油库N8只对油品P4有需求，管线L6内不会产生任何混油，相对于案例2，案例3总成本上升的原因处理管线L6产生的泵送费用外，还需要考虑到油库库存限制的影响。后者具体影响为：油库N4的油品P4的库存不足，需要炼厂N2进行补充，同时，炼厂N2的油品P4的库存不足以充满管线L2，又需要注入其他油品将管道中的油品P4推出，使得在管线L4中增加了1个批次，产生了混油费用。

实施例三

基于相同的发明构思，本实施例公开了一种带有中转油库的成品油管网调度优化系统，包括：

上游管道调度计划生成模块，用于根据各管道沿线站场需求计划，在满足管道约束条件的前提下，结合各下游管道的情况，生成各上游管道调度计划；

中转油库调度计划生成模块，用于中转油库接收中转油库的基础信息和各上游管道调度计划，在满足中转油库的约束条件下，生成中转油库调度计划；

下游油库调度计划生成模块，用于各下游管道接收中转油库调度计划，在满足管道约束条件的前提下，生成下游各管道调度计划，并将各下游管道的情况反馈至各上游管道调度计划，从而对各上游管道调度计划进行实时更新。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。上述内容仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种带有中转油库的成品油管网调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据各管道沿线站场需求计划，在满足管道约束条件的前提下，结合各下游管道的情况，生成各上游管道调度计划；

中转油库接收中转油库的基础信息和各上游管道调度计划，在满足中转油库的约束条件下，生成中转油库调度计划；

各下游管道接收所述中转油库调度计划，在满足管道约束条件的前提下，生成下游各管道调度计划，并将各下游管道的情况反馈至各上游管道调度计划，从而对所述各上游管道调度计划进行实时更新；

上下游管道和所述中转油库的基础信息包括：油罐流量上限、油罐流量下限、分输流量上限、分输流量下限、管段流量上限、管段流量下限、油库容量限制、油库初始库存和各站场体积坐标；

生成调度计划的目标函数为：

其中，cp_l,n,p为管线l中输送1m³油品p至节点n的费用；为在时间窗t内，管线l分输至节点n批次i油品p的体积；/>为在时间窗t内，通过节点n向管线l中注入的批次i油品p的体积；cb_n,p为节点n处油品p的单位滞销成本；B_n,p为节点n处油品p滞销体积；MIX_l,i,i′为管线l中批次i和i’产生的混油处理费；cid_n,p为节点n存储油品p的单位成本；/>为在时刻t，节点n油品p的库存；|T|为调度周期时间窗数量；cmk为管道运行的小时成本；T_T为时间窗长度；L为管线集合；N^D、N^R分别为所有油库、站场集合；/>分别为管线l上油库、站场集合；/>分别为管线l上的输入、输出站场集合；P_l、P_n分别为允许出现在管线l、节点n的油品集合；I_l,n为在节点n分输的管线l中的批次集合；I_l为管线l的批次集合；

所述节点n处油品p滞销体积用于判断节点n处油品p是否滞销，节点在时间t内对管线l有注入操作则其为零，表示油品不滞销，若指定时间内管线l没有注入操作其值为1，表示油品滞销；

所述中转油库的约束条件包括分输限制、库存约束、体积约束和油库流量限制；

所述管道流量限制和分输限制符合如下公式：

其中，分别为在一个时间窗内，从节点n向管线l注入的最大、最小体积；为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积；D_t为时间窗t的长度；/>分别为节点n向管线l注入流量的上下限；h为调度周期长度；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；/>为管线l的总体积；/>为二元变量，/>表示节点n在时间窗t内向管线l注入批次i；

中转油库的分输限制满足以下条件：

其中，分别为在一个时段内，节点n从管线l分输/注入体积的上下限，是二元变量，/>表示节点n在时间窗t内将批次从管线l中分输或注入；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标；/>为在时间窗t内，节点n从/向管线l分输/注入批次i的量；

所述批次跟踪需满足以下公式：

其中，为时刻t，管线l中批次i的体积；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标；/>为管线体积；

所述管段约束需满足以下公式：

其中，为在时间窗t内管段s的运输量；/>为节点n上游管段集合；/>分别为在一个时间窗内管段s输量上下限；/>分别为管段s的流量上下限；/>为二元变量，/>表示管段s在时间窗t内处于流动状态；

所述库存约束需满足以下公式：

其中，分别为节点n油品p的库存上下限；/>为结束时刻节点n油品p的要求库存量；

所述混油约束需满足以下公式：

其中，f_l ^L,max、f_l ^L,min分别为在一个时间窗内，管线l输送批次体积的上下限；为是否有空批次的二元变量；/>为时刻t，管线l中批次i的体积；/>为二元变量，若管线l中批次i输送的油品p和与i’输送的p’之间产生混油，则/>反之为0；Y_l,i,p为二元变量，Y_l,i,p＝1表示管线l中批次i包含油品p；/>为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积。

2.一种带有中转油库的成品油管网调度优化系统，其特征在于，包括：

上游管道调度计划生成模块，用于根据各管道沿线站场需求计划，在满足管道约束条件的前提下，结合各下游管道的情况，生成各上游管道调度计划；

中转油库调度计划生成模块，用于中转油库接收中转油库的基础信息和各上游管道调度计划，在满足中转油库的约束条件下，生成中转油库调度计划；

下游油库调度计划生成模块，用于各下游管道接收所述中转油库调度计划，在满足管道约束条件的前提下，生成下游各管道调度计划，并将各下游管道的情况反馈至各上游管道调度计划，从而对所述各上游管道调度计划进行实时更新；

上下游管道和所述中转油库的基础信息包括：油罐流量上限、油罐流量下限、分输流量上限、分输流量下限、管段流量上限、管段流量下限、油库容量限制、油库初始库存和各站场体积坐标；

生成调度计划的目标函数为：

其中，cp_l,n,p为管线l中输送1m³油品p至节点n的费用；为在时间窗t内，管线l分输至节点n批次i油品p的体积；/>为在时间窗t内，通过节点n向管线l中注入的批次i油品p的体积；cb_n,p为节点n处油品p的单位滞销成本；B_n,p为节点n处油品p滞销体积；MIX_l,i,i′为管线l中批次i和i’产生的混油处理费；cid_n,p为节点n存储油品p的单位成本；/>为在时刻t，节点n油品p的库存；|T|为调度周期时间窗数量；cmk为管道运行的小时成本；T_T为时间窗长度；L为管线集合；N^D、N^R分别为所有油库、站场集合；/>分别为管线l上油库、站场集合；/>分别为管线l上的输入、输出站场集合；P_l、P_n分别为允许出现在管线l、节点n的油品集合；I_l,n为在节点n分输的管线l中的批次集合；I_l为管线l的批次集合；

所述节点n处油品p滞销体积用于判断节点n处油品p是否滞销，节点在时间t内对管线l有注入操作则其为零，表示油品不滞销，若指定时间内管线l没有注入操作其值为1，表示油品滞销；

所述中转油库的约束条件包括分输限制、库存约束、体积约束和油库流量限制；

所述管道流量限制和分输限制符合如下公式：

其中，分别为在一个时间窗内，从节点n向管线l注入的最大、最小体积；为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积；D_t为时间窗t的长度；/>分别为节点n向管线l注入流量的上下限；h为调度周期长度；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；/>为管线l的总体积；/>为二元变量，/>表示节点n在时间窗t内向管线l注入批次i；

中转油库的分输限制满足以下条件：

其中，分别为在一个时段内，节点n从管线l分输/注入体积的上下限，是二元变量，/>表示节点n在时间窗t内将批次从管线l中分输或注入；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标；/>为在时间窗t内，节点n从/向管线l分输/注入批次i的量；

所述批次跟踪需满足以下公式：

其中，为时刻t，管线l中批次i的体积；LC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的左坐标；RC_l,i,t为在时刻t，管线l中批次i的右坐标；/>为管线体积；

所述管段约束需满足以下公式：

其中，为在时间窗t内管段s的运输量；/>为节点n上游管段集合；/>分别为在一个时间窗内管段s输量上下限；/>分别为管段s的流量上下限；/>为二元变量，/>表示管段s在时间窗t内处于流动状态；

所述库存约束需满足以下公式：

其中，分别为节点n油品p的库存上下限；/>为结束时刻节点n油品p的要求库存量；

所述混油约束需满足以下公式：

其中，f_l ^L,max、f_l ^L,min分别为在一个时间窗内，管线l输送批次体积的上下限；为是否有空批次的二元变量；/>为时刻t，管线l中批次i的体积；/>为二元变量，若管线l中批次i输送的油品p和与i’输送的p’之间产生混油，则/>反之为0；Y_l,i,p为二元变量，Y_l,i,p＝1表示管线l中批次i包含油品p；/>为在时间窗t内，节点n向管线l注入批次i的体积。