项目名称: 基于状态空间模型的天然气管网瞬态优化控制研究

项目编号: No.51504271

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 矿业工程

项目作者: 温凯

作者单位: 中国石油大学(北京)

项目金额: 20万元

中文摘要: 天然气管网系统属于大时滞且存在耦合的复杂非线性网络化系统,传统的基于特征线法的仿真分析和基于稳态假设的调度优化在解决系统的实时优化运行方面有一定的局限性。本项目在弱假设前提下从控制的角度研究管网瞬态实时运行优化控制策略问题。研究内容包括:(1)采用单独建模整体分析的方法,分别建立管段子系统集总参数模型、设备单元的非线性扇区约束模型和管网拓扑结构代数约束模型,采用算子分析法综合得到系统整体状态空间模型;(2)采用Grownwall不等式处理模型中时滞项,利用输入输出法得到系统控制稳定性判定条件;(3)反求加入容许控制的系统模型,得到控制器通解,进而以能耗最小为目标函数求出最优控制器;(4)采用比选法确定适用于系统的模型参数辨识方法,并结合优化控制器采用仿真法和环道实验验证所求控制器的有效性。本文为复杂输气管道的优化运行提供了瞬态最优控制策略,具有长远的社会经济效益和广泛的应用前景。

中文关键词: 输气管道;瞬变流;运行优化;输送工艺;数值求解

英文摘要: Natural gas pipeline system is a nonlinear interconnected network system with large time delays. The traditional simulation-based analysis method of characteristics and scheduling optimization based on steady-state assumption has some limitations in real-time optimization. The project aims to get the optimal control strategy for the transient dynamics of the systems under the weak assumption and simplification of the system. The study includes: (1) getting the lumped parameter model of the pipeline segment, the sector constraint model of the equipment units and the algebraic constraint model of the topology network, in a separate way. Then a comprehensive analysis using operator theory obtains the state-space model of the entire system; (2) processing the time delay element by Grownwall inequality, then to get the system stability criteria by input-output analysis method; (3) getting the general solution of the controller from system model with allowing controller added. Then with the minimum energy consumption as the objective function, the optimal controller is obtained; (4) the system parameters identification observer is selected by the comparison of different methods. Finally, the result is verified by the simulation method and experimental verification on the ring pipelines. In this paper, for real-time operation of complex pipeline networks, an optimal control strategy for transient dynamic is provided, which is long-term social and economic benefits and broad application prospects.

英文关键词: Natural Gas Pipelines;Transient Flow;Operational Planning Optimization;Transportation Technique;Numerical Calculation

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