大規(guī)模集中調控型天然氣管網仿真培訓系統關鍵技術探討.ppt

1、,大規(guī)模集中調控型天然氣管網仿真培訓系統關鍵技術探討,2015年5月28日,目 錄,一、概述,里程：3.1萬公里 壓縮機：247臺 裝機功率：4078MW 年輸氣能力：1220億/年,一、概述,大規(guī)模天然氣管網： 氣源在西部地區(qū) 用戶集中在東部 天然氣需求量不斷增加 管網越來越復雜 給調控帶來機遇和挑戰(zhàn),一、概述,中石油所占市場比例為70%,CNPC 70%,一、概述,天然氣的發(fā)展空間巨大,一、概述,Beijing,Shandong,Jiangsu,Henan,Hebei,2013年天然氣的銷售情況,目 錄,二、問題描述,天然氣管網運行難點面臨以下問題: 1.管網的復雜性帶來運行方案的不確定性

2、 2.壓縮機運行如何實現最大化減少能耗 3.應急工況的處理,二、問題描述,4.市場結構不完善加之調峰手段有限，冬季供氣較困難,二、問題描述,模型: 我國某一貫穿東西的能源大動脈 管線長度: 9000km 壓縮機個數: 94 管段: 420 截斷閥: 2190 調節(jié)閥: 213 節(jié)點: 5334,二、問題描述,管網結構復雜，建模過程繁瑣 模型調試較困難 步長不能過快 全線動力設備較多 全線處于高壓運行狀態(tài) 系統容易崩潰,目 錄,三、解決方案,天然氣管網的分層 站場工藝流程仿真 并行計算策略 仿真計算引擎的架構設計,性能,穩(wěn)定性,問題,三、解決方案,天然氣管網的分層,干線，支線 管段，截斷閥，結點

3、，站場（閥室）， 站場（閥室） “虛擬元件”,“虛擬元件” 站場（閥室） 站場內部工藝流程 站場內元件的每個參數都是必須的,第一層,第二層,三、解決方案,站場工藝流程仿真,三、解決方案,建立了一個線性的計算模型 基本變量 : P（壓力），M（質量流量），T（溫度） 氣源和分輸 : Pi=Pi0 或 Mi=Mi0 分支點 : M1+M2+MN=0 P1=Pi（i=2 N）,三、解決方案,閥門: Min = Mout Pu0Pu - Pd0Pd = (Pu02- Pd02-ZGTM0|M0|) / (2Cg2) 壓縮機: Min - Mc= Mout Pd= CrPu 站場的數值模型： AX=B,

4、三、解決方案,并行計算策略 支持并行處理的線性求解器； 使用OpenMP計算每個空間接點處的氣體的物性參數； 使用OpenMP進行所有站場的工藝流程計算。,三、解決方案,仿真計算引擎的架構設計 可擴展性 可重用性 適應需求變化的能力,目 錄,四、應用案例分析,第一層,四、應用案例分析,第二層,四、應用案例分析,管網概況: 總長度: 9000km 壓縮機: 90 管段: 420 截斷閥: 2100 控制閥: 210 節(jié)點: 5330,四、應用案例分析,在空間步長為1Km的情況下： 離散后計算結點 12300 計算規(guī)模減少了: (1- (9000+350) )/ (9000+3300) =23.98% 最終的時間消耗減少了 68.33%,四、應用案例分析,為驗證軟件的有效性，在一臺4核的普通PC上，對 一個啟輸工況進行操作仿真，結果如下： 單步瞬態(tài)耗時約0.21 秒 時間步長可以達到 5 分鐘 設備操作過程中系統運行運行 精度在合理范圍以內(P:0.2%,M:3.0%,T:1C),目 錄,五、結論,提出了大規(guī)模集中調控型天然氣管網的仿真系統的瓶