[發明專利]天然氣管網的供氣狀態預測方法及裝置

在審

• 申請號: 202011186477.5
• 申請日: 2020-10-30
• 公開（公告）號: CN112163722A
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 蘇懷;張勁軍;周靖;范霖;李學藝;張宗杰
• 申請（專利權）人: 中國石油大學(北京)
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/06
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 周達;劉飛

1.一種天然氣管網的供氣狀態預測方法，其特征在于，所述天然氣管網包括多條管道和多個節點，所述方法包括：

基于動量守恒方程建立天然氣管網的管道動態模型，以及基于質量守恒方程建立所述天然氣管網的節點動態模型；

對所述管道動態模型和所述節點動態模型進行整合，得到所述天然氣管網的狀態空間模型；所述狀態空間模型用于模擬天然氣管網的供氣狀態；

根據預設算法，給出天然氣管網的觀測方程；所述觀測方程用于根據多個節點的實測數據計算天然氣管網的供氣狀態；

根據所述狀態空間模型和所述觀測方程預測天然氣管網的供氣狀態。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述節點包括需求點、供氣點和連接點中的至少一種。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，對所述管道動態模型和所述節點動態模型進行整合，得到所述天然氣管網的狀態空間模型包括：

根據所述管道動態模型計算管道有向鄰接矩陣；

根據所述節點動態模型計算節點有向鄰接矩陣；

將所述管道有向鄰接矩陣和所述節點有向鄰接矩陣進行耦合，得到所述天然氣管網的狀態空間模型。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述預設算法包括卡爾曼濾波算法。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述實測數據包括天然氣流量和天然氣壓力中的至少一種。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述觀測方程包括：

Z_t＝H_tX_t+V_t

其中，Z_t表示實測數據，H_t表示測量矩陣，V_t表示測量誤差向量，X_t表示天然氣管網的狀態向量。

7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據所述狀態空間模型和所述觀測方程預測天然氣管網的供氣狀態包括：

根據所述狀態空間模型和所述觀測方程建立天然氣管網的供氣狀態預測模型；

將多個節點的實測數據輸入所述供氣狀態預測模型中，得到輸出結果；

根據所述輸出結果預測天然氣管網的供氣狀態。

8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述供氣狀態預測模型包括：

其中，K_t表示Kalman增益；表示預測誤差的協方差矩陣；H_t表示測量矩陣，其確定取決于傳感器的位置；R_t表示測量誤差的協方差矩陣；和分別表示當前狀態下的狀態向量修正后的最優估計值向量和預測值向量；z_t為傳感器的實測值，即觀測值；I表示單位矩陣；P_t表示最優估計誤差的協方差矩陣；Δt表示時間步長；表示下一狀態下的狀態向量修正后的預測值向量；Δt表示時間步長；表示下一狀態下的狀態向量修正后的預測值向量；A表示天然氣管網的狀態矩陣；下標t表示當前時刻，下標t+1表示當前時刻t的下一時刻。

9.一種天然氣管網的供氣狀態預測裝置，其特征在于，所述天然氣管網包括多條管道和多個節點，所述裝置包括：

建立模塊，用于基于動量守恒方程建立天然氣管網的管道動態模型，以及基于質量守恒方程建立所述天然氣管網的節點動態模型；

整合模塊，用于對所述管道動態模型和所述節點動態模型進行整合，得到所述天然氣管網的狀態空間模型；所述狀態空間模型用于模擬天然氣管網的供氣狀態；

觀測模塊，用于根據預設算法，給出天然氣管網的觀測方程；所述觀測方程用于根據多個節點的實測數據計算天然氣管網的供氣狀態；

預測模塊，用于根據所述狀態空間模型和所述觀測方程預測天然氣管網的供氣狀態。

10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述預測模塊包括：

建立單元，用于根據所述狀態空間模型和所述觀測方程建立天然氣管網的供氣狀態預測模型；

輸入單元，用于將多個節點的實測數據輸入所述供氣狀態預測模型中，得到輸出結果；

預測單元，用于根據所述輸出結果預測天然氣管網的供氣狀態。