[發明專利]一種天然氣管道氣壓波動預測方法及系統

在審

• 申請號: 202310604152.1
• 申請日: 2023-05-23
• 公開（公告）號: CN116663178A
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 吳煜暉;徐箭;柯德平;廖思陽;姜新雄;陳睿;王俊;馮帥帥
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G06F119/14;G06F113/14
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 彭艷君

本發明涉及氣?電耦合系統態勢感知技術，具體涉及一種天然氣管道氣壓波動預測方法及系統，該方法首先使用代數表達式體現了管道氣壓隨時間變化規律，生成管道氣壓序列。然后通過聯機算法提取出序列中所有波動幅度大于0.05kPa的子序列，子序列的起始時間、最大值最小值之差即為預測結果。該預測方法可以快速地預測出流量的快速調節將會使管道氣壓在何時產生多大程度的波動，基于可解析表達式計算出管道氣壓的波動幅度以波動出現的時刻，為氣?電耦合系統的實時狀態感知、安全預警提供支撐。并真實地模擬了天然氣管道的流量調節過程，結果曲線能夠體現出管道壓力出現劇烈波動的時刻及波動幅值，與仿真結果相符。

技術領域

本發明屬于氣-電耦合系統態勢感知技術領域，特別涉及一種天然氣管道氣壓波動預測方法及系統。

背景技術

隨著新能源開發規模的擴大，如何提升新能源消納水平，緩解由于其間歇性對電力系統安全穩定運行帶來的影響，已成為新型電力系統構建面臨的挑戰。天然氣發電具有負荷調節范圍寬、響應快速、變負荷能力強的特點，與新能源形成互補，是電網調峰的理想選擇。然而近年來多起事故說明了天然氣系統與電力系統之間的耦合會帶來一定的安全風險：極端惡劣天氣導致氣井和管道結冰，天然氣供應減少，使得簽訂可中斷供氣合同的燃氣輪機組停機，而其他機組也會因為快速爬坡會導致進氣口管道壓力低于閾值而停機。因此有必要對氣-電耦合系統進行實時狀態感知，有助于對存在的安全風險進行預警。

除了惡劣天氣之外，燃氣輪機快速啟停、閥門操作等現象也會對氣-電耦合系統帶來安全風險。管道內天然氣的壓力、流量和管存會產生劇烈波動，當與燃氣輪機連接的天然氣管道氣壓在短時間尺度內波動程度較大時，燃氣輪機將存在跳閘的可能，造成電力系統的不穩定。此外，當需要增大燃氣輪機出力而快速操作閥門時會帶來氣錘效應，燃氣輪機的輸出功率會存在先減小后增大的現象，造成電力系統的功率不平衡，進而存在觸發低頻減載的可能。而氣錘效應嚴重時則會產生管道爆裂等現象，進而給系統帶來巨大的安全風險。

目前關于天然氣管道氣壓波動特性的主要研究有如下方向：

(1)將Weymouth穩態方程進行擴展近似刻畫天然氣管網的動態過程，一定程度上考慮了氣網的慢動態特性，但精度難以支撐實時態勢感知；

(2)通過隱式差分法和特征線法實現天然氣管網的動態仿真以及優化，通過逐點求解/差分高維非線性方程，計算量較大；

(3)通過氣路理論和狀態空間法將氣網動態過程轉換成頻率域上的二端口模型并優化求解，利用氣路理論將天然氣管道狀態偏微分方程組轉換成時域上的常微分方程組，再通過拉普拉斯變換轉換為頻域上的代數方程組，提高了模型精度和求解效率。已有部分研究基于這種思路提出了如下天然氣管道氣壓可解析表達式：

但上述表達式無法體現流量調節時間，且并不能正確體現管道氣壓的波動特性。

發明內容

針對背景技術存在的問題，本發明提供一種天然氣管道氣壓波動預測方法，簡單、準確地判斷出調度指令會使得天然氣管道氣壓在何時產生多大程度的波動。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種天然氣管道氣壓波動預測方法，包括：

獲取初始狀態天然氣管道參數；

設定用于生成天然氣管道氣壓序列的時間參數；

計算流量調節開始后天然氣管道首端氣壓在20秒內的序列；

按順序分析天然氣管道首端氣壓在20秒內序列，通過聯機算法提取所有波動幅度不小于氣壓波動幅度閾值Th的子序列，得到波動預測結果。