大规模集中调控型天然气管网仿真培训系统关键技术探讨.ppt

1、,大规模集中调控型天然气管网仿真培训系统关键技术探讨,2015年5月28日,目 录,一、概述,里程：3.1万公里 压缩机：247台 装机功率：4078MW 年输气能力：1220亿/年,一、概述,大规模天然气管网： 气源在西部地区 用户集中在东部 天然气需求量不断增加 管网越来越复杂 给调控带来机遇和挑战,一、概述,中石油所占市场比例为70%,CNPC 70%,一、概述,天然气的发展空间巨大,一、概述,Beijing,Shandong,Jiangsu,Henan,Hebei,2013年天然气的销售情况,目 录,二、问题描述,天然气管网运行难点面临以下问题: 1.管网的复杂性带来运行方案的不确定性

2、 2.压缩机运行如何实现最大化减少能耗 3.应急工况的处理,二、问题描述,4.市场结构不完善加之调峰手段有限，冬季供气较困难,二、问题描述,模型: 我国某一贯穿东西的能源大动脉 管线长度: 9000km 压缩机个数: 94 管段: 420 截断阀: 2190 调节阀: 213 节点: 5334,二、问题描述,管网结构复杂，建模过程繁琐 模型调试较困难 步长不能过快 全线动力设备较多 全线处于高压运行状态 系统容易崩溃,目 录,三、解决方案,天然气管网的分层 站场工艺流程仿真 并行计算策略 仿真计算引擎的架构设计,性能,稳定性,问题,三、解决方案,天然气管网的分层,干线，支线 管段，截断阀，结点

3、，站场（阀室）， 站场（阀室） “虚拟元件”,“虚拟元件” 站场（阀室） 站场内部工艺流程 站场内元件的每个参数都是必须的,第一层,第二层,三、解决方案,站场工艺流程仿真,三、解决方案,建立了一个线性的计算模型 基本变量 : P（压力），M（质量流量），T（温度） 气源和分输 : Pi=Pi0 或 Mi=Mi0 分支点 : M1+M2+MN=0 P1=Pi（i=2 N）,三、解决方案,阀门: Min = Mout Pu0Pu - Pd0Pd = (Pu02- Pd02-ZGTM0|M0|) / (2Cg2) 压缩机: Min - Mc= Mout Pd= CrPu 站场的数值模型： AX=B,

4、三、解决方案,并行计算策略 支持并行处理的线性求解器； 使用OpenMP计算每个空间接点处的气体的物性参数； 使用OpenMP进行所有站场的工艺流程计算。,三、解决方案,仿真计算引擎的架构设计 可扩展性 可重用性 适应需求变化的能力,目 录,四、应用案例分析,第一层,四、应用案例分析,第二层,四、应用案例分析,管网概况: 总长度: 9000km 压缩机: 90 管段: 420 截断阀: 2100 控制阀: 210 节点: 5330,四、应用案例分析,在空间步长为1Km的情况下： 离散后计算结点 12300 计算规模减少了: (1- (9000+350) )/ (9000+3300) =23.98% 最终的时间消耗减少了 68.33%,四、应用案例分析,为验证软件的有效性，在一台4核的普通PC上，对 一个启输工况进行操作仿真，结果如下： 单步瞬态耗时约0.21 秒 时间步长可以达到 5 分钟 设备操作过程中系统运行运行 精度在合理范围以内(P:0.2%,M:3.0%,T:1C),目 录,五、结论,提出了大规模集中调控型天然气管网的仿真系统的瓶