[發明專利]一種天然氣網絡運行優化方法

有效

• 申請號: 201910761199.2
• 申請日: 2019-08-17
• 公開（公告）號: CN111404143B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 史守圓;余濤
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H02J3/00
• 分類號: H02J3/00;G06Q50/06;G06F30/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.一種天然氣網絡運行優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：構建考慮管道氣流方向天然氣管網模型；構建模型中對天然氣管道氣流和節點氣壓關系的建模方法為：

管道氣流速率表示為正向流量和反向流量之差:

其中f_ij為管道ij中由節點i向節點j的氣體流量；f_ij⁺為正向流量，f_ij^-為反向流量，且二者均大于等于0；

管道氣流和氣壓的表示為：

其中p_i和p_j分別為管道ij首末節點的氣壓，K_ij為管道ij的傳輸常數；

增加約束為避免出現絕對值將該式等價為：

步驟2：將模型中形式為兩個凸函數相減的等式約束改寫為兩個不等式約束組成的等價形式；并進一步將所有形式為兩個凸函數相減的不等式約束改寫為小于等于0的形式；

步驟3：將步驟2處理后的不等式被減凸函數進行一階泰勒展開并在小于等于號右端添加一系列松弛變量δ≥0，第一次泰勒展開初始點取0或通過松弛非凸約束方法給定；確定泰勒展開初始點的松弛非凸約束方法為：

忽略氣網所有氣壓相關約束，求取不帶懲罰項的目標函數，求解完成后，令初始點為：

其中帶下標1的式子為相應變量的初始點；步驟4：定義懲罰項為所有松弛變量之和，乘上系數ρ添加到目標函數中；在最小化問題中ρ取正值，在最大化問題中ρ取負值；

步驟5：對優化問題進行求解；所述對優化問題進行求解包括：

首先進行變量替換令π_i＝p_i²；優化問題的目標函數用obj表示；

步驟(5.1)：將式(5)中的等式約束改下為下面等價的不等式約束

步驟(5.2)：將(6)中被減凸函數進行一階泰勒展開并添加一系列松弛變量δ≥0，式中帶下標k的變量為第k次迭代過程中泰勒展開的初始點，k＝1時泰勒展開初始點可取0或通過松弛非凸約束方法給定下面式中帶下標k的變量為第k次迭代過程中泰勒展開的初始點，k＝1時泰勒展開初始點可取0或通過松弛非凸約束方法給定；

同理，將式(6)展開為

步驟(5.2)中松弛非凸約束方法求初始點的具體方法為：令k＝1，首先忽略氣網所有氣壓相關約束，求取不帶懲罰項的目標函數；求解完成后，令

obj₀＝obj (12)；

步驟(5.3)：定義懲罰項Δ如式(13)，并乘上系數ρ添加到目標函數中，新的目標函數如式(14)所示；

步驟(5.4)：求解上述問題，若滿足收斂條件則停止計算并輸出結果，否則更新泰勒展開的初始點并重新進行步驟(5.4)；

步驟(5.4)具體過程為：

步驟(5.4.1)：求解凸化后的問題：將步驟2凸化后的氣壓相關約束加入模型，求解式(14)；求解完成后，令

f_ij,k+1＝f_ij,ij∈Ω_act (16)

obj_k＝obj (17)；

步驟(5.4.2)：收斂檢驗；若|obj_k-obj_k-1|≤ε₁|obj_k-1|且maxδ≤ε₂則停止迭代，否則令k＝k+1，ρ＝v_ρρ并返回步驟(5.4.1)，其中obj_k為本次迭代的求得的目標值，obj_k-1為上次迭代求得的目標值，其中ε₁、ε₂為收斂判斷常數,v_ρ為ρ的調整系數且v_ρ1；

考慮傳輸方向變化的天然氣管道氣流描述方法中，由式(4)易得

即若式(4)成立則有只需再增加約束即與等價；當結果中出現f_ij⁺＝f_ij^-＞0時，這對應管道氣流f_ij＝0的情況，對結果沒有影響；

步驟6：若滿足收斂條件則停止計算并輸出結果，否則以步驟5的結果為新的泰勒展開的始點、更新系數ρ、并重新進行步驟5；

步驟7：根據優化結果控制天然氣網運行。