CN118049609A - 天然气管网系统的可靠度确定方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了天然气管网系统的可靠度确定方法、装置、设备及介质，涉及天然气管网技术领域，方法包括：将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程；通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律；根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。本发明通过管网运行状态模型以及耦合水热力模型等可以从经济的角度确定天然气管网系统的最终可靠度。
Description
技术领域
本发明涉及天然气管网技术领域，尤其涉及天然气管网系统的可靠度确定方法、装置、设备及介质。
背景技术
天然气管网系统的安全、高效运行始终是运营企业关注的焦点。
目前，天然气管道目标可靠度确定方法主要是基于风险的理念，利用极限状态模型仿真计算管道失效概率，结合失效后果得到管道的风险水平。此类方法已应用于天然气管道设计领域，但只针对单条管道系统，不能应用于管网系统。对于运行期管道，不同的运行方案，经济投入和损失也是不同的，运营企业在关注可靠性的同时，经济性也不可忽视。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，具体提供了天然气管网系统的可靠度确定方法、装置、设备及介质，具体如下：
1)第一方面，本发明提供一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法，具体技术方案如下：
将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程；
通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律；
根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。
本发明提供的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法的有益效果如下：
通过管网运行状态模型以及耦合水热力模型等可以从经济的角度确定天然气管网系统的最终可靠度。
在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述基础参数包括：所述待确定可靠度的天然气管网系统的失效率以及待确定可靠度的天然气管网系统的维修率。
进一步，所述状态转移过程包括：状态转移时刻以及所述天然气管网系统不同单元在不同时刻下的运行状态。
进一步，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度的过程为：
通过第一公式确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度，所述第一公式为：
其中，fi表示提高单元i可靠度的可行性，Ri，min表示单元i原有可靠度；Ri，max表示在当前状态下单元i的最大可靠度，C(pi)表示，Ri表示。
2)第二方面，本发明还提供一种针对天然气管网系统的可靠度确定装置，具体技术方案如下：
确定模块用于：将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程；
处理模块用于：通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律；
计算模块用于：根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。
在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述基础参数包括：所述待确定可靠度的天然气管网系统的失效率以及待确定可靠度的天然气管网系统的维修率。
进一步，所述状态转移过程包括：状态转移时刻以及所述天然气管网系统不同单元在不同时刻下的运行状态。
进一步，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度的过程为：
通过第一公式确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度，所述第一公式为：
其中，fi表示提高单元i可靠度的可行性，Ri，min表示单元i原有可靠度；Ri，max表示在当前状态下单元i的最大可靠度，C(pi)表示，Ri表示。
3)第三方面，本发明还提供一种计算机设备，所述计算机设备包括处理器，所述处理器与存储器耦合，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以使所述计算机设备实现如上任一项方法。
4)第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现如上任一项方法。
需要说明的是，本发明的第二方面至第四方面的技术方案及对应的可能的实现方式所取得的有益效果，可以参见上述对第一方面及其对应的可能的实现方式的技术效果，此处不再赘述。
附图说明
通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法的流程示意图；
图2为计算机设备的结构框架示意图；
图3为本发明实施例的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法的流程示意图之一；
图4为本发明实施例的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法的流程示意图之二；
图5为目标可靠度确定示意图。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1、图3以及图4所示，本发明实施例的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法，包括如下步骤：
S1，将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程；
S2，通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律；
S3，根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。
本发明提供的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法的有益效果如下：
通过管网运行状态模型以及耦合水热力模型等可以从经济的角度确定天然气管网系统的最终可靠度。
S1，将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程。其中：
待确定可靠度的天然气管网系统指的是整个天然气管道系统，包括了至少两条天然气管道。其中每条管道每个转弯处均有唯一标识，根据实际需求对天然气管道进行了区域或功能划分，形成了不同的节点或单元，每个单元或者节点均有唯一标识，且每个节点或单元中包含的管道以及转弯处均进行了整合，即获取了任意一个单元或者节点的标识，可以提取到该节点或该单元对应的管道以及转弯处。
基础参数包括但不仅限于：每个单元或节点的失效率以及维修率。需注意，单元或节点已在上文中给出，在此需要强调的是，在本方案中，单元可以泛指构成待确定可靠度的天然气管网系统的基本组成部分，包括管段单元和压缩机单元。单元或节点的失效率以及维修率的获取方式也可以通过两种形式获取：
第一种，确定任意一个单元或节点中一共包含了多少个管道以及转弯处，确定在当前时刻之前，该单元或节点中的所有已经失效的管道以及转弯处的个数，根据已经失效的个数与总个数确定该单元或节点对应的失效率；
维修率同理，确定任意一个单元或节点一共包含了多少个管道以及转弯处，并确定在当前时刻之前，该单元或该节点中所有已经维修过的管道以及转弯处的个数，根据已经维修过的个数与总个数确定该单元或节点对应的维修率。
第二种，待确定可靠度的天然气管网系统的故障数据、失效数据、维修历史数据，参考已有可靠性数据库，进行失效率以及维修率的确定。其中：
已有可靠性数据库包括但不仅限于EGIG数据库、PHMSA数据库和OREDA数据库。
参考已有可靠性数据库，进行失效率以及维修率的确定过程通过现有技术可实现。
管网运行状态模拟模型指的是：对失效率以及维修率进行处理，可以得出每个单元或节点对应的状态转移过程，状态转移过程指的是每个节点或单元对应的当前运行状态，以及状态转移时刻。
当前运行状态可以包括：失效或正常运行。
状态转移时刻指的是：从一个状态转移到下一个状态的时间。
采用时序蒙特卡洛方法，完善天然气管网运行状态模拟模型，考虑高阶失效事件影响，对待确定可靠度的天然气管网系统运行状态进行模拟，并记录待确定可靠度的天然气管网系统运行状态转移时刻以及对应的单元状态。
对待确定可靠度的天然气管网系统运行状态进行模拟指的是：通过蒙特卡洛状态抽样，抽取各单元运行的状态空间，以此模拟当前时刻待确定可靠度的天然气管网系统的状态。
状态空间指的是：状态集合。
S2，通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律。其中：
耦合水热力模型指的是：运行状态，利用专业通用软件。
供气量计算方法指的是，通过当前运行状态，以及状态转移时刻在预设供气量表中进行搜索，得到当前时刻的流量值以及压力值，采用同样的方式确定下一时刻对应的流量值以及压力值，通过当前时刻的流量值，下一时刻的流量值，确定流量变化规律，同样的根据当前时刻的压力值以及下一时刻的压力值确定压力变化规律。
S3，根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。其中：
供气可靠性指标是通过待确定可靠度的天然气管网系统的特征生成的。
特征主要是强调管网系统的复杂程度，区别于一般管道的功能，如下辖用户众多，管网间连接输送较为复杂等。
供气可靠性指标表征管网供气功能完好的指标，包括时间和供气的可靠性指标。如：供气中断时间，供气充裕度指标等。
根据供气可靠性指标、流量以及压力的变化规律确定可靠度的过程为：
根据预设映射表，搜索供气可靠性指标、流量变化规律以及压力变化规律对应的可靠度。
在本方案的另一个实施例中，重复执行S1-S3，获得所述天然气管网系统的供气可靠性期望值，实现待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性的评价。计算结果是离散值，重复计算是使计算结果趋于稳定；状态不同得到的压力流量不同，可靠度值不同。
以总成本最低为目标函数，结合管网供气可靠性计算模型，得到成本与可靠性的函数模型：
式中，fi表示提高单元i可靠度的可行性，0＜fi＜1，取值越大说明提高这个单元可靠度的难度越小；Ri，min表示单元i原有可靠度；Ri，max表示在当前状态下单元i可以达到的最大可靠度。
供气可靠性计算模型指的是：用于计算不同单元可靠度的模型。
从投资-效益角度，应用经济风险理论，根据能够提升管网系统完成输气任务能力的增强方案，计算可靠性增强投入成本，结合管网系统未完成输气任务的损失成本，在可靠性与经济性之间进行权衡，遵循总费用最低，优化决策得到目标可靠度。管网系统目标可靠度确定如图5所示。
目标可靠度确定模型：
式中，x、R分别表示研究周期内管网系统的生产运行方案和该方案下的管网系统可靠度，此时系统可靠度表征为管网系统完成输气任务的能力；x*、R*为决策变量,分别表示管网运行最优方案和目标可靠度；CTotal(x,R)为总成本；CInvestment(x,R)为天然气管网由初始可靠度R0调整至R的提升完成输气任务能力的投资成本；CFailure(x,R)为天然气管网由初始可靠度R0调整至R导致的未输气任务的损失成本，包括管网未输气任务造成的直接经济损失和给托运商的赔付损失。
本方案的内容是通过权衡天然气管网系统可靠性水平的成本与收益，确定其目标可靠度。
在选定的管网运行方案下，计算其系统可靠性，再结合管网供气可靠性计算方法，分别建立提升完成输气任务能力的投资成本与系统可靠性的函数关系式和未完成输气任务的损失成本与系统可靠性的函数关系式，利用运筹学方法，以总成本最低为目标函数，计算对应的系统可靠度，从而获取以管网系统完成输气任务为目标的目标可靠度。
主要内容包括：计算管网供气可靠性，建立成本与可靠性的函数关系，计算确定管网系统的目标可靠度。
根据天然气管网失效数据和用气量预测结果，建立表征管网系统供气能力的可靠性指标，在考虑系统运行状态不确定条件下，并对管网系统进行拓扑结构分析和管输工艺计算，耦合天然气管网稳态水热力特性，建立天然气管网供气可靠性计算方法。
天然气管网系统中与供气可靠性相关的成本有两类：管网缺气的经济损失成本和提升供气可靠性的投入成本。
管网缺气的经济损失成本是由于天然气管网未能完全保障需求而造成的损失成本的期望值，即供气可靠性降低所导致的经济损失。管网缺气的经济损失成本与管网供气可靠性、用户类型、用户用气需求、合同签订情况、研究周期有关。通过对不同供气可靠性下管网缺气造成的经济损失进行计算，采用机器学习或数据回归等数据处理方法，可以得到管网缺气的经济损失成本与供气可靠性降低的函数关系。
提升供气可靠性的投入成本是参照管网的当前状态和运行方案，提升或降低天然气管网保供能力而采取的措施或方案所增加或减少的费用，其成本包括设备材料成本、建设施工成本、运行维护检修成本、投资收益等，有正负之分。这里将提升或降低天然气管网供气可靠性而采取的措施或方案统称为供气可靠性增强方案，其包括新建管道和储气库、增加或减少压缩机组或压缩机站、增加或减少备品备件、改变维检修周期、改变输送或分输方案等。通过对供气可靠性增强方案对应的成本和供气可靠性进行计算，采用机器学习或数据回归等数据处理方法，得到提升供气可靠性的投入成本与可靠性的函数关系。
费用函数表示可靠性与费用之间的关系，包含提高单元可靠性所花费的各种人力、物力、财力总和。具有代表性的费用函数模型有：拉格朗日模型、幂数模型、指数模型、对数模型、三参数模型等。
进一步，所述基础参数包括：所述待确定可靠度的天然气管网系统的失效率以及待确定可靠度的天然气管网系统的维修率。
进一步，所述状态转移过程包括：状态转移时刻以及所述天然气管网系统不同单元在不同时刻下的运行状态。
进一步，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度的过程为：
通过第一公式确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度，所述第一公式为：
其中，fi表示提高单元i可靠度的可行性，Ri，min表示单元i原有可靠度；Ri，max表示在当前状态下单元i的最大可靠度，C(pi)表示，Ri表示。
在上述各实施例中，虽然对步骤进行了编号S1、S2等，但只是本发明给出的具体实施例，本领域的技术人员可根据实际情况调整S1、S2等的执行顺序，此也在本发明的保护范围内，可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施方式中的部分或全部。
本发明还提供一种针对天然气管网系统的可靠度确定装置，具体技术方案如下：
确定模块用于：将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程；
处理模块用于：通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律；
计算模块用于：根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。
在上述方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述基础参数包括：所述待确定可靠度的天然气管网系统的失效率以及待确定可靠度的天然气管网系统的维修率。
进一步，所述状态转移过程包括：状态转移时刻以及所述天然气管网系统不同单元在不同时刻下的运行状态。
进一步，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度的过程为：
通过第一公式确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度，所述第一公式为：
其中，fi表示提高单元i可靠度的可行性，Ri，min表示单元i原有可靠度；Ri，max表示在当前状态下单元i的最大可靠度，C(pi)表示，Ri表示。
需要说明的是，上述实施例提供的一种针对天然气管网系统的可靠度确定装置的有益效果与上述一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法的有益效果相同，在此不再赘述。此外，上述实施例提供的系统在实现其功能时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统根据实际情况划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的系统与方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，在此不再赘述。
如图2所示，本发明实施例的一种计算机设备300，计算机设备300包括处理器320，处理器320与存储器310耦合，存储器310中存储有至少一条计算机程序330，至少一条计算机程序330由处理器320加载并执行，以使计算机设备300实现上述任一项方法，具体地：
计算机设备300可因配置或性能不同而产生比较大的差异，可以包括一个或多个处理器320(Central ProcessingUnits，CPU)和一个或多个存储器310，其中，该一个或多个存储器310中存储有至少一条计算机程序330，该至少一条计算机程序330由该一个或多个处理器320加载并执行，以使该计算机设备300实现上述实施例提供的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法。当然，该计算机设备300还可以具有有线或无线网络接口、键盘以及输入输出接口等单元，以便进行输入输出，该计算机设备300还可以包括其他用于实现设备功能的单元，在此不做赘述。
本发明实施例的一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现上述任一项方法。
可选地，计算机可读存储介质可以是只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、只读光盘(Compact Disc Read-Only Memory，CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述任一项方法。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”、等是用于区别类似的对象，而代表对特定的顺序或先后次序进行限定。在适当情况下对于类似的对象的使用顺序可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了图示或描述的顺序以外的顺序实施。
所属技术领域的技术人员知道，本发明可以实现为系统、方法或计算机程序产品，因此，本公开可以具体实现为以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的软件(包括固件、驻留软件、微代码等)，还可以是硬件和软件结合的形式，本文一般称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，在一些实施例中，本发明还可以实现为在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质中包含计算机可读的程序代码。
可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是一一但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法，其特征在于，包括：
将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程；
通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律；
根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。
2.根据权利要求1所述的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法，其特征在于，所述基础参数包括：所述待确定可靠度的天然气管网系统的失效率以及待确定可靠度的天然气管网系统的维修率。
3.根据权利要求1所述的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法，其特征在于，所述状态转移过程包括：状态转移时刻以及所述天然气管网系统不同单元在不同时刻下的运行状态。
4.根据权利要求1所述的一种针对天然气管网系统的可靠度确定方法，其特征在于，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度的过程为：
通过第一公式确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度，所述第一公式为：
其中，fi表示提高单元i可靠度的可行性，Ri，min表示单元i原有可靠度；Ri，max表示在当前状态下单元i的最大可靠度，C(pi)表示系统可靠度，Ri表示单元i的可靠度。
5.一种针对天然气管网系统的可靠度确定装置，其特征在于，包括：
确定模块用于：将待确定可靠度的天然气管网系统的基础参数输入至管网运行状态模拟模型中，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的状态转移过程；
处理模块用于：通过耦合水热力模型的供气量计算方法，对所述状态转移过程进行处理，得到流量以及压力的变化规律；
计算模块用于：根据所述待确定可靠度的天然气管网系统的供气可靠性指标、所述流量以及压力的变化规律确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度。
6.根据权利要求5所述的一种针对天然气管网系统的可靠度确定装置，其特征在于，所述基础参数包括：所述待确定可靠度的天然气管网系统的失效率以及待确定可靠度的天然气管网系统的维修率。
7.根据权利要求5所述的一种针对天然气管网系统的可靠度确定装置，其特征在于，所述状态转移过程包括：状态转移时刻以及所述天然气管网系统不同单元在不同时刻下的运行状态。
8.根据权利要求5所述的一种针对天然气管网系统的可靠度确定装置，其特征在于，确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度的过程为：
通过第一公式确定所述待确定可靠度的天然气管网系统的可靠度，所述第一公式为：
其中，fi表示提高单元i可靠度的可行性，Ri，min表示单元i原有可靠度；Ri，max表示在当前状态下单元i的最大可靠度，C(pi)表示，Ri表示。
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，所述处理器与存储器耦合，所述存储器中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由所述处理器加载并执行，以使所述计算机设备实现如权利要求1至4任一项权利要求所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条计算机程序，所述至少一条计算机程序由处理器加载并执行，以使计算机实现如权利要求1至4任一项权利要求所述的方法。
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| CN118049609A true CN118049609A (zh) | 2024-05-17 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| CN202410042563.0A Pending CN118049609A (zh) | 2024-01-11 | 2024-01-11 | 天然气管网系统的可靠度确定方法、装置、设备及介质 |
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2024
- 2024-01-11 CN CN202410042563.0A patent/CN118049609A/zh active Pending
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