摘要：從調(diào)度的業(yè)務(wù)、功能模塊出發(fā)，分析現(xiàn)階段城市燃?xì)庹{(diào)度的現(xiàn)狀，構(gòu)建出城市燃?xì)膺\(yùn)營調(diào)度智能化的總體架構(gòu)，提出調(diào)度智能優(yōu)化方向及關(guān)鍵技術(shù)，探討了調(diào)度智能化的應(yīng)用實(shí)踐——超壓超流量調(diào)度控制流程。

關(guān)鍵詞：智能化；  調(diào)度；  智能燃?xì)饩W(wǎng)；  優(yōu)化

Architecture and Optimization Direction of Operation and Scheduling of Intelligent City Gas Network

Abstract: The status quo of city gas scheduling is analyzed in terms of the business and functional modules for schedulin9．The overall frame of intelligent city gas operation and scheduling is constructed．The optimization direction and key technology of the intelligent scheduling are proposed．The application practice for scheduling intellectualization-overpressure super flow scheduling control process is discussed．

Key words: intellectualization；schedulin9；intelligent gas network；optimization

1 概述

國家能源科技十二五規(guī)劃指出：要積極優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，合理控制能源消費(fèi)總量，推動能源生產(chǎn)和利用方式變革。因此，未來我國能源發(fā)展必將仍偏重保障供給為主，向科學(xué)調(diào)控能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量轉(zhuǎn)變；資源依賴型的發(fā)展模式向科技創(chuàng)新驅(qū)動型的發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。從這些政策可以看出，未來我國城市能源供應(yīng)體系必將是一個安全穩(wěn)定、清潔高效、多元互補(bǔ)、智能控制的體系。這就需要我們建立一套有利于管網(wǎng)運(yùn)營維護(hù)效率和成本控制的新一代智能化燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)。建設(shè)可靠、高效、互動、成本優(yōu)化的智能燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)，是發(fā)展清潔能源、節(jié)能減排、優(yōu)化資源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略選擇。

目前，我國天然氣承擔(dān)的任務(wù)以減排和清潔為主，燃?xì)夤芫W(wǎng)尚處于大力發(fā)展階段，信息化、智能監(jiān)控和智能運(yùn)營調(diào)度程度有待提高。燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)已經(jīng)建立了以SCADA系統(tǒng)、GIS為主的信息平臺，但各系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)，存在信息孤島現(xiàn)象，沒有形成統(tǒng)一的體系^[1]，而實(shí)現(xiàn)調(diào)度的智能化可以在很大程度上減少人為因素的干擾，降低誤調(diào)度的概率，提高運(yùn)營調(diào)度的工作效率。本文結(jié)合我國燃?xì)夤?yīng)調(diào)度的特點(diǎn)，提出運(yùn)營調(diào)度智能化的架構(gòu)，并分析我國發(fā)展燃?xì)饩W(wǎng)調(diào)度的智能優(yōu)化方向。

2 城市燃?xì)膺\(yùn)營調(diào)度智能化架構(gòu)

2.1 城市燃?xì)膺\(yùn)營調(diào)度的作用及業(yè)務(wù)模塊

城市燃?xì)馄髽I(yè)的運(yùn)營調(diào)度管理范圍基本上是從城市門站、儲配站、調(diào)壓站以及燃?xì)夤艿赖接脩?。運(yùn)營調(diào)度就是對管網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控分析及調(diào)整、氣源協(xié)調(diào)、緊急情況的應(yīng)急指揮，從而使整個城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)，為用戶提供高質(zhì)量的供氣服務(wù)，減少輸配過程中的損失，最大限度地延長系統(tǒng)的使用壽命，達(dá)到提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的目的。實(shí)施這項(xiàng)任務(wù)的關(guān)鍵部門就是調(diào)度中心。調(diào)度中心的主要職能包括以下幾方面。

①輸配調(diào)度

監(jiān)控、記錄燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的壓力、流量、溫度、加臭等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)在規(guī)程規(guī)定的范圍內(nèi)安全運(yùn)行；調(diào)度協(xié)調(diào)各廠站和管道的運(yùn)行操作和設(shè)備檢修；保證輸配的安全運(yùn)行和穩(wěn)定供氣。

②氣源調(diào)度

協(xié)調(diào)、監(jiān)控、記錄上游的燃?xì)饬髁?、壓力、組成、熱值和一級輸差，保證城市輸配系統(tǒng)的燃?xì)膺B續(xù)供應(yīng)。

③應(yīng)急調(diào)度

編制調(diào)度預(yù)案，實(shí)施應(yīng)急調(diào)度。當(dāng)進(jìn)氣量高于供氣量時，利用儲氣設(shè)施進(jìn)行調(diào)峰，或采取緊急放散措施控制系統(tǒng)壓力，保證安全運(yùn)行；當(dāng)氣源不足時，采取必要的限氣等措施，保證重點(diǎn)用戶的燃?xì)夤?yīng)。

④搶險調(diào)度

當(dāng)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)發(fā)生燃?xì)庑孤?、火?zāi)、爆炸等安全事故，調(diào)度中心要及時調(diào)度搶險隊(duì)伍趕赴現(xiàn)場搶險維修，調(diào)度有關(guān)人員進(jìn)行關(guān)閉閥門、緊急放散、通知用戶、現(xiàn)場警戒等協(xié)調(diào)工作，并向有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門及時報(bào)告。

2.2 智能化調(diào)度所需的應(yīng)用平臺

我國城市燃?xì)夤?yīng)技術(shù)的發(fā)展趨勢是將高科技研究成果應(yīng)用于我國城市燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)，實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤芫W(wǎng)智能化。智能化調(diào)度具有信息化、自動化、互動化的特點(diǎn)，包含調(diào)度的各個環(huán)節(jié)，覆蓋全部管網(wǎng)。應(yīng)用平臺是構(gòu)架智能化調(diào)度系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，可為實(shí)現(xiàn)各類功能提供技術(shù)支持，其基礎(chǔ)系統(tǒng)主要包括以下幾方面。

①監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA系統(tǒng))

監(jiān)控及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)。它可以對門站、儲配站、調(diào)壓站的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號報(bào)警等功能^[1]。

②地理信息系統(tǒng)

主要用于查看城市管網(wǎng)、管道設(shè)備以及調(diào)壓站、調(diào)壓箱等地理位置信息，實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的動態(tài)管理。

③無線通信定位系統(tǒng)

日常用于定位巡檢人員、車輛。當(dāng)有險情發(fā)生時，用于及時報(bào)告情況、調(diào)配搶險人員、定位搶險車輛。

④氣象信息系統(tǒng)

建立氣象信息的采集與傳輸、存儲系統(tǒng)，提供實(shí)時的天氣情況。

⑤信息管理系統(tǒng)

信息管理系統(tǒng)需要存儲輸配管網(wǎng)的SCADA系統(tǒng)、GIS、EAM系統(tǒng)(企業(yè)資產(chǎn)管理系統(tǒng))等在不同時間采集及存檔的資料和信息，并對這些資料和信息進(jìn)行分類、統(tǒng)計(jì)、備份。

⑥決策支持系統(tǒng)

決策支持系統(tǒng)提供燃?xì)庹{(diào)度分析決策常用的計(jì)算功能，使各級調(diào)度部門可便捷地進(jìn)行調(diào)度分析并制定調(diào)度方案。其計(jì)算功能使用的軟件包括數(shù)據(jù)分析軟件、管網(wǎng)動態(tài)模擬軟件、城市用氣量預(yù)測軟件以及智能決策分析軟件，例如管道完整性等級識別分析軟件、設(shè)備安全等級識別軟件、管網(wǎng)運(yùn)行優(yōu)化軟件等。

由于其海量信息特點(diǎn)，智能調(diào)度的應(yīng)用平臺可以采用云計(jì)算技術(shù)來構(gòu)建，結(jié)合以上各基礎(chǔ)平臺的功能，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)度的目的。

2．3智能化調(diào)度系統(tǒng)的功能

調(diào)度中心主要有兩大任務(wù)，一個是城市燃?xì)夤芫W(wǎng)日常運(yùn)行調(diào)控，另一個是管網(wǎng)運(yùn)營優(yōu)化。因此，智能化調(diào)度系統(tǒng)就是要在這兩大業(yè)務(wù)上有所突破。具體地說，是以現(xiàn)有的調(diào)度結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，以應(yīng)用平臺為支撐，將先進(jìn)的自動控制技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)高度集成而形成的智能綜合調(diào)度平臺，可靈活配置資源進(jìn)行調(diào)度工作，保證城市管網(wǎng)正常運(yùn)行。隨著技術(shù)發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)從離線預(yù)測、經(jīng)驗(yàn)調(diào)度、人工控制到在線分析、智能決策、自動控制的飛躍。

綜合調(diào)度智能平臺工作時都是幾個基礎(chǔ)平臺同時運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)以下幾個單元功能。

①動態(tài)運(yùn)行監(jiān)控單元

可對管網(wǎng)運(yùn)行狀況實(shí)時監(jiān)測及調(diào)控。這種可視化不是簡單地以框圖顯示系統(tǒng)配置，而是SCADA系統(tǒng)與GIS相結(jié)合，準(zhǔn)確地顯示出實(shí)際地理位置的管網(wǎng)壓力、流量等情況，對管網(wǎng)的監(jiān)控更加真實(shí)、具體，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行全景監(jiān)控。

②實(shí)時安全評估單元

在日常運(yùn)行中，能保證準(zhǔn)確的預(yù)警能力及預(yù)控能力。通過對調(diào)壓器運(yùn)行狀況的監(jiān)測，進(jìn)行分析比對，提前預(yù)知疑似危險點(diǎn)，同時調(diào)動相關(guān)基礎(chǔ)平臺實(shí)時在線、不間斷地分析、評估，給出調(diào)整結(jié)果，平衡管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到前期預(yù)警、智能報(bào)警和協(xié)同控制的作用。當(dāng)突發(fā)事故時，能診斷事故地點(diǎn)及類型，并給出相應(yīng)控制策略幫助調(diào)度人員進(jìn)行控制。

③優(yōu)化運(yùn)營單元

在企業(yè)運(yùn)營規(guī)則的指導(dǎo)下，根據(jù)約束條件運(yùn)用各種優(yōu)化算法、優(yōu)化模型，達(dá)到提高運(yùn)行可靠性、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用等優(yōu)化目標(biāo)，在管網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)企業(yè)運(yùn)營的最優(yōu)化。例如以降低運(yùn)行成本為優(yōu)化目標(biāo)時，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)從遠(yuǎn)程設(shè)備上獲取數(shù)據(jù)，管網(wǎng)動態(tài)模擬軟件再根據(jù)這些數(shù)據(jù)計(jì)算出管道的效率等參數(shù)，最后優(yōu)化軟件根據(jù)這些參數(shù)及預(yù)測的用氣量求解出運(yùn)行方案，確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式、壓縮機(jī)及調(diào)節(jié)閥等的控制參數(shù)和各氣源的供氣量^[2]。

通過智能調(diào)度應(yīng)用平臺，可對管網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行有效控制，實(shí)現(xiàn)以上的運(yùn)營調(diào)度功能需求。在發(fā)生較大故障時，能保障燃?xì)獾恼９?yīng)；在遇到自然災(zāi)害、突發(fā)性破壞時，也能保證管網(wǎng)安全運(yùn)行。智能調(diào)度應(yīng)用平臺是整個運(yùn)營調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化的基礎(chǔ)，需要統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化。通過采用統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)平臺的開放性，對外提供標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)用接口，保證各種應(yīng)用的連接，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高度集成化，并為以后的持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造條件。

3 城市燃?xì)膺\(yùn)營調(diào)度智能優(yōu)化方向

3.1 運(yùn)營調(diào)度智能優(yōu)化方向

①輸配調(diào)度優(yōu)化

日常的調(diào)度都是根據(jù)預(yù)測的負(fù)荷值來執(zhí)行的，因此，精確的負(fù)荷預(yù)測值是提高智能調(diào)度能力的關(guān)鍵。主要有兩方面可以改進(jìn)，一是加強(qiáng)對天然氣負(fù)荷數(shù)據(jù)的處理能力，辨別假數(shù)據(jù)，提高負(fù)荷數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性；二是對模擬軟件的定期更新，以更好地適應(yīng)不斷發(fā)展的系統(tǒng)，保證數(shù)據(jù)的可靠性^[3]。

②氣源調(diào)度優(yōu)化

氣源多元化已經(jīng)是城市燃?xì)獍l(fā)展的大方向，這也給運(yùn)營調(diào)度工作提出了又一問題。多氣源來氣的壓力如何平衡需要通過軟件進(jìn)行模擬，找出平衡多氣源壓力的因素，完善調(diào)度措施。

③搶險與應(yīng)急調(diào)度優(yōu)化

搶險是否及時、人員和資源的運(yùn)輸路線是否最優(yōu)是影響搶險救援的關(guān)鍵因素。這就需要建立一個多目標(biāo)優(yōu)化模型，使各個目標(biāo)在不沖突的情況下盡可能都達(dá)到最優(yōu)，保證搶險任務(wù)在最短時間內(nèi)開始，最大限度地減少人員傷亡及經(jīng)濟(jì)損失。

在事故后記錄事故情況，可建立數(shù)據(jù)庫，通過事故回放、故障特點(diǎn)分析等方法對事故進(jìn)行整理、歸類，挖掘潛在的事故發(fā)生因素。例如，與天氣的關(guān)系、某一地理位置易發(fā)的事故、某類設(shè)備在某段時間易發(fā)的事故等等^[4]。

另外，為了提高搶險與應(yīng)急調(diào)度效率，可以利用綜合平臺建立調(diào)度人員培訓(xùn)模擬系統(tǒng)。模擬管網(wǎng)狀態(tài)、事故發(fā)生狀況和控制中心環(huán)境，為調(diào)度人員提供真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境，用來訓(xùn)練他們的正常操作和事故處理能力^[5]。

3.2 調(diào)度智能化的關(guān)鍵技術(shù)

調(diào)度智能化的關(guān)鍵技術(shù)包括智能監(jiān)測技術(shù)、動態(tài)分析決策技術(shù)、自動控制技術(shù)、安全風(fēng)險評估技術(shù)、優(yōu)化調(diào)度技術(shù)、對外服務(wù)輔助技術(shù)、云計(jì)算管理技術(shù)等。這些關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)了智能化調(diào)度的可靠性、靈活性，為城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的正常運(yùn)行提供保障，可以滿足資源優(yōu)化配置、運(yùn)營經(jīng)濟(jì)性的要求。

4 調(diào)度智能化的應(yīng)用實(shí)踐

以超壓超流量調(diào)度控制流程(見圖l)為例。對調(diào)壓器、閥門進(jìn)行智能改造，改造后的調(diào)壓器具有手動調(diào)節(jié)、自動調(diào)節(jié)、遙調(diào)、安全保護(hù)、參數(shù)設(shè)定及顯示功能，改造后的閥門具有手動、自動及遙控切斷、參數(shù)設(shè)定及顯示功能。

在日常調(diào)度運(yùn)行中，監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測調(diào)壓器出口壓力。無壓力波動時持續(xù)監(jiān)測，當(dāng)壓力波動符合調(diào)壓器內(nèi)預(yù)設(shè)的壓力曲線趨勢時，調(diào)壓器內(nèi)設(shè)定的程序自動啟動調(diào)節(jié)功能，保證壓力平穩(wěn)；當(dāng)調(diào)壓器出口壓力波動且不符合預(yù)測曲線時，調(diào)度中心的情景決策分析軟件對情況進(jìn)行判斷，屬于非常規(guī)情景發(fā)生時，調(diào)度中心即輸入相關(guān)指令得到控制參數(shù)，開始進(jìn)行干預(yù)控制。有兩種控制方式：一種是根據(jù)得到的參數(shù)向調(diào)壓器發(fā)出指令遠(yuǎn)程控制調(diào)節(jié)，另一種是向廠站人員發(fā)出指令進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。對于閥門的調(diào)節(jié)也是同樣道理，由閥門內(nèi)設(shè)定的限定流量值判斷是否進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

城市燃?xì)膺\(yùn)營調(diào)度智能化是構(gòu)建城市智能燃?xì)饩W(wǎng)的重要環(huán)節(jié)。運(yùn)營調(diào)度智能化能夠提高管網(wǎng)利用效率，提升輸配能力，提高事故處理能力及效率，充分發(fā)揮調(diào)度作用。隨著國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步，智能化是發(fā)展趨勢，具有廣闊的前景。

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本文作者：高順利 劉靖 劉蓉 王碩

作者單位：北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司北京建筑工程學(xué)院供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京l00044)