[發明專利]工業氣體管道網絡中滿足生產設備能耗限制的控制系統

有效

• 申請號: 201810348352.4
• 申請日: 2018-04-18
• 公開（公告）號: CN108733012B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: J.D.伊索姆;A.T.斯坦普斯;C.C.拉特肖;A.埃斯梅利;C.曼奇拉
• 申請（專利權）人: 氣體產品與化學公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;李強

控制氣體管道網絡中的氣體流量，其中每個管段內的氣體流動與方向(正或負)相關聯。處理器計算氣體生產設備的最小和最大生產率(界限)用以滿足一段時間內的能耗限制。生產率界限用于計算每個管段的最小和最大標記流速(邊界)。非線性壓降關系被線性化以便為每個管段創建線性壓降模型。使用線性壓降模型來計算網絡流量解，該線性壓降模型包括每個管段的流速用以滿足需求約束和在該時間段期間多個網絡節點中每個的壓力用以滿足壓力約束。網絡流量解與用于控制一個或多個控制元件的控制元件設定值相關聯。

相關申請交叉引用

本申請是2017年4月18日提交的美國專利申請第15/490,308號(現為美國專利US8080929 B2)的部分繼續申請并要求其優先權，其通過引用整體并入本文。

技術領域

本發明涉及用于氣體生產、輸送和分配的工業氣體管道網絡控制。

背景技術

天然氣管道網絡具有巨大的經濟重要性。截至2016年9月，全球共有天然氣管道270多萬公里，氫氣管道4500多公里。在2015年的美國，管道網絡交付的天然氣占全國主要能源消費總量的29％。由于全球天然氣管道的重要性，已經嘗試開發計算天然氣管道網絡網絡流量解的方法。有些方法需要事先規定每個管段的流向。這種方法具有降低優化問題復雜性的優點。但是，不允許流量反轉嚴重限制了實際應用。還有其他方法將解制定為混合整數線性程序。然而，構造高效的混合整數線性規劃公式是一項重要的工作，因為某些屬性會顯著降低求解器的有效性。

發明內容

本發明涉及一種用于控制工業氣體管道網絡中氣體流動的系統和方法以滿足工業氣體生產設備的能耗限制。一種氣體管道網絡包括至少一個氣體生產設備、至少一個客戶的氣體接收設備、多個管段、多個網絡節點以及多個控制元件。多個管段中的每個內的氣體流動與方向相關聯。方向與正號或負號相關聯。該系統包括一個或多個控制器和一個或多個處理器。處理器被配置為計算氣體生產設備處的最小生產率和最大生產率以滿足一段時間內對能耗的約束。最小生產率和最大生產率包括設備生產率的界限。設備生產率的界限被用來計算每個管段的最小標記流速和最大標記流速。最小標記流速和最大標記流速構成了每個管段的流量范圍。流量界限內的多個管段中的每一個的非線性壓降關系被線性化用以為多個管段中的每一個創建線性壓降模型。使用線性壓降模型計算網絡流量解。網絡流量解包括多個管段中的每一個的流速以滿足需求約束和在該段時間內多個網絡節點中的每一個的壓力以滿足壓力約束。網絡流量解與控制元件設定值相關聯。系統中的至少一個控制器接收描述控制元件設定值的數據，并使用描述控制元件設定值的數據來控制多個控制元件中的至少一些。

在一些實施方案中，使用將能耗與工業氣體生產相關聯的線性模型來計算工業氣體生產設備處的最小生產率和最大生產率以滿足在一段時間內對能耗的約束。在某些實施方案中，使用傳遞函數模型來開發線性模型。

在一些實施方案中，在計算網絡流量解時考慮在一段時間內在工業氣體生產設備上的爬升約束。

在一些實施方案中，最小標記流速和最大標記流速通過以下被計算：使用多個管段中的至少一個平分表示氣體管道網絡的無向圖用以創建左子圖和右子圖；通過從左子圖中每個氣體生產設備的最小生產率的總和中減去左子圖中的每個氣體接收設施的需求率的總和來計算左子圖中的最小不足量；通過從右子圖中的每個氣體接收設施的需求率的總和中減去右子圖中每個氣體生產設備的最大生產率的總和來計算右子圖中的最小未滿足需求量；計算至少一個管段的最小標記流速作為左子圖中最小不足量和右子圖中最小未滿足需求量的最大值；通過從左子圖中每個氣體生產設備的最高生產率的總和中減去左子圖中的每個氣體接收設施的需求率的總和來計算左子圖中的最大過供應量；通過從右子圖中的每個氣體接收設施的需求率之和中減去右子圖中的每個氣體生產設備的最小生產率之和來計算右子圖中的最大未滿足需求量；并計算至少一個管段的最大標記流速作為左子圖中最大的過供應量和右子圖中最大的未滿足需求量的最小值。