动态规划方法在天然气管网运行优化和控制中的应用研究

【摘要】：随着天然气生产和市场需求的增加,天然气管网系统向着大型化、复杂化和网络化迅速发展,管网运行优化和控制显得至关重要。好的运行方案不仅能安全高效地完成运输任务,而且可以降低运行成本,提高经济效益。动态规划是一种简单有效的优化求解方法,被广泛应用于管网运行优化问题的研究中,但其对于复杂管网和动态运行优化问题求解能力较弱,表现为求解效率较低或无法进行求解。本文在研究管网运行优化模型的基础上,针对动态规划方法难以对复杂管网进行运行优化求解的问题,提出采用模型简化和剪切分解法,降低优化问题复杂程度并使管网变成树状结构,以提高动态规划方法的适用性。针对动态规划方法在动态运行优化求解中存在的“维数灾难”和“无后效性”问题,提出了时间层独立化处理方法,将多时间层的优化问题转变成多个单时间层的优化问题,达到提高动态规划方法求解能力和效率的目的。此外,为提高管网运行控制能力,本文在研究管网运行特性和常用PID控制方法的基础上,针对PID控制中存在的时滞和无法兼顾全局等不足,提出了基于动态规划方法的分段控制和最优控制相结合的方法,对流量和压力进行分段控制,并对流量进行最优控制,以实现对管网运行状态的调节。仿真结果表明,文中提出的剪切分解法和时间层独立化处理方法能有效提高动态规划方法对复杂管网和动态运行优化问题的求解能力和效率,基于动态规划方法的分段控制和最优控制相结合的方法兼顾整个管网且考虑到各压气站运行状态的限制,能有效地实现管网从当前状态到目标状态的过渡。 【关键词】：管网运行优化 管网运行控制 动态规划 剪切分解 时间层独立
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TE832.2
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 课题背景及研究意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 国内外天然气管网运行优化研究现状9-11
• 1.2.2 动态规划方法在管网运行优化求解中的应用现状11-12
• 1.2.3 动态规划方法在控制问题中的应用现状12
• 1.3 论文的主要研究内容12-14
• 第2章 动态规划方法在管网稳态运行优化中的应用研究14-37
• 2.1 管网稳态运行优化数学模型的建立14-18
• 2.1.1 目标函数14-15
• 2.1.2 约束条件15-17
• 2.1.3 决策变量17-18
• 2.2 稳态运行优化模型简化及分解18-24
• 2.2.1 管网模型简化18-20
• 2.2.2 约束条件简化20-22
• 2.2.3 网络剪切分解法22-24
• 2.3 稳态运行优化模型求解24-28
• 2.3.1 动态规划方法的基本思想24-25
• 2.3.2 自适应寻优策略25-27
• 2.3.3 自适应动态规划方法的求解步骤27-28
• 2.4 动态规划求解方法仿真分析28-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第3章 动态规划方法在管网动态运行优化中的应用研究37-53
• 3.1 管网动态运行优化数学模型的建立37-40
• 3.1.1 目标函数37-38
• 3.1.2 约束条件38-40
• 3.1.3 决策变量40
• 3.2 动态运行优化模型分析及求解40-48
• 3.2.1 优化模型分析41-43
• 3.2.2 动态规划求解方法设计43-48
• 3.3 动态规划求解方法仿真分析48-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第4章 动态规划方法在管网运行控制中的应用研究53-65
• 4.1 天然气管道动态水力学模型求解53-57
• 4.1.1 线性化方法53-54
• 4.1.2 特征线法54-55
• 4.1.3 中心隐式差分法55-57
• 4.2 天然气管网运行状态调控57-61
• 4.2.1 基本控制策略分析58-59
• 4.2.2 分段最优控制策略59-61
• 4.3 管网运行控制过程仿真及结果分析61-63
• 4.4 本章小结63-65
• 总结与展望65-66
• 参考文献66-70
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果70-71
• 致谢71

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