基于SCADA系统的天然气管道瞬态仿真及负荷预测

论文摘要

瞬态模拟系统是天然气管网SCADA系统最重要最复杂的应用软件之一,瞬态检漏能力是瞬态模拟仿真最重要的用途,天然气负荷预测及其体系的建立是SCADA系统应补充完善的应用软件,而目前我国天然气管道SCADA系统应用软件几乎都是由国外引进。因此,本课题是国内天然气行业亟待深入开展的前沿课题之一。本文主要研究内容如下:对天然气管道低压和中高压摩阻公式作了统一单位制的变换,指出了水力计算传统平差法的缺点,并对其作了改进。以流体力学三大守恒方程和气体状态方程为基础,建立天然气管道稳态和瞬态仿真理论模型,以有限差分发为基础,得到上述模型求解方法,并开发了管网瞬态仿真软件。通过对天津市高压管网进行实际应用和分析,得到出口压力和流量平均误差分别为0.54%和2.16%的仿真结果。以瞬态仿真模型为基础建立了瞬态泄漏检测模型,并对影响泄漏位置的参数泄漏量、管径、出口压力、摩阻系数等作了分析,得出泄漏量与管道出口压力对泄漏位置影响较大。分析归纳了影响天然气负荷的因素和特性,把影响短期负荷的特殊因素分为突发事故和节假日,并提出相应的解决方案。引入了经济增长率,对动态等维灰色递补模型做了修正,编制了城市天然气中长期负荷预测软件,以天津市1995-2005年天然气负荷为依据,得到预测误差为-10%～-3%,然后探讨了天然气负荷预测体系的建立。最后,在瞬态模拟软件和负荷预测软件的基础上,展望了模拟软件在SCADA系统上的应用及其功能。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 综述
• 1.1 天然气概况
• 1.1.1 天然气优势
• 1.1.2 输气管道概况
• 1.1.3 天然气输配工程
• 1.2 天然气管网仿真及负荷预测研究现状
• 1.2.1 天然气管网仿真
• 1.2.2 天然气负荷预测
• 1.3 本文研究意义与研究内容
• 1.3.1 本文研究意义
• 1.3.2 本文研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 燃气管网水力计算
• 2.1 管网水力计算基础知识
• 2.1.1 燃气用户及其用气指标
• 2.1.2 燃气小时流量
• 2.1.3 燃气管道压力
• 2.2 燃气管网阻力损失计算
• 2.3 燃气管网平差计算公式矩阵表达
• 2.3.1 管网结构矩阵基础
• 2.3.2 基尔霍夫定律在管网中的应用
• 2.3.3 管网平差计算公式
• 2.4 传统管网平差计算的问题及其改进
• 2.4.1 传统管网平差计算存在的问题
• 2.4.2 对传统管网平差计算的改进
• 2.5 本章小结
• 第三章 天然气管网工况的计算机仿真
• 3.1 天然气管道基本方程
• 3.1.1 连续性方程
• 3.1.2 运动方程
• 3.1.3 能量方程
• 3.1.4 气体状态方程
• 3.2 稳态仿真数学模型及求解
• 3.2.1 稳态仿真数学模型
• 3.2.2 稳态仿真数学模型的数值解
• 3.3 瞬态仿真数学模型及求解
• 3.3.1 瞬态仿真数学模型
• 3.3.2 瞬态仿真数学模型的数值解
• 3.4 工程实例及分析
• 3.5 仿真结果应用——瞬态泄漏检测
• 3.5.1 泄漏检测模型及解法
• 3.5.2 泄漏位置确定
• 3.5.3 影响泄漏点的因素
• 3.6 本章小结
• 第四章 城市天然气长期负荷预测及负荷体系的建立
• 4.1 天然气负荷预测的特点和影响因素
• 4.1.1 短期负荷预测的特点和影响因素
• 4.1.2 中长期负荷预测的特点和影响因素
• 4.2 天然气负荷预测方法
• 4.2.1 天然气负荷预测方法比较
• 4.2.2 三种长期负荷预测方法比较
• 4.3 动态等维灰数递补灰色燃气长期负荷预测模型
• 4.3.1 灰色模型GM（1,1）原理
• 4.3.2 动态等维灰色递补模型
• 4.3.3 模型精度检验
• 4.4 动态等维灰数递补灰色燃气长期负荷预测模型修正公式
• 4.5 应用实例
• 4.6 天然气负荷预测体系
• 4.7 本章小结
• 第五章 SCADA 系统应用软件
• 5.1 SCADA 系统的组成
• 5.2 SCADA 系统应用软件
• 5.2.1 瞬态模拟系统
• 5.2.2 负荷预测系统
• 5.2.3 压缩机优化系统
• 5.3 模拟应用软件在SCADA 系统上的应用
• 5.3.1 模拟应用软件系统
• 5.3.2 模拟应用软件的功能
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与今后工作建议
• 6.1 结论
• 6.2 今后工作建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 攻读硕士期间参与的科研项目
• 攻读硕士期间其他科研成果
• 致谢