申请/专利权人：大连理工大学

申请日：2024-03-26

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN117951852A

主分类号：G06F30/18

分类号：G06F30/18;G06F30/20;G06Q10/0639;G06Q50/06;G06Q50/26;G06F17/11;G06F17/18;G06F111/04;G06F119/02

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.17#实质审查的生效;2024.04.30#公开

摘要：本发明提供一种考虑动态特性和安全约束的钢铁企业气网动态安全域构建方法，属于气体管网运行安全评估领域。首先，针对气体在管网中传输的动态特性，建立基于机理的线性差分模型；其次，针对气体管网运行的安全限制提出基于负荷增长方向的临界点采样方法；最后，采用基于邻域最小二乘的分段拟合方法对其安全域的边界方程进行拟合。本发明可以有效评估气体管网的运行安全，协助现场工作人员合理下发调度指令，保障气体管网的安全运行，在钢铁企业总系统与其他更多的子系统安全评估中亦可推广应用。

主权项：1.一种考虑动态特性和安全约束的钢铁企业气网动态安全域构建方法，其特征在于，所述的气网动态安全域构建方法包括以下步骤：步骤1，建立气体管网的线性差分模型；步骤2，采用基于负荷增长方向的优化方法求取气网动态安全域边界上的临界点；步骤3，采用基于邻域最小二乘的拟合方法求取气网动态安全域的边界方程；所述的气网动态安全域构建方法具体步骤如下：步骤1，建立气体管网的线性差分模型，具体为：假设管道为水平管道且忽略对流项，将气体传输模型描述为与压力单位为Pa和流量单位为kgs相关的偏微分方程，具体为： （1）其中，分别表示管道的直径单位为m、横截面积单位为m2和摩阻系数；是气体中的声速单位为ms；和分别是时间变量单位为s和空间变量单位为m；采用Wendroff格式对式（1）进行近似求解，得到式2所示的差分方程： （2）其中，、分别表示时段管道入口和出口的压力；、分别表示时段管道入口和出口的流量；和分别表示时间步长和空间步长；、、、为四个常数，其中，表示初始时段的平均流速；将式（2）转化为矩阵形式，具体为： （3）其中，是管道在时刻的状态变量向量，其中，代表矩阵转置；和是管道的参数矩阵；将式（3）拓展至气体在管网中传输过程： （4）其中，表示气体管网中的管道数量；表示气体管网在时刻的状态变量向量，并且，、、和分别表示管道在时刻的入口压力、入口流量、出口压力、出口流量；和是气体管网的参数矩阵，并且有和，分别表示管道的四个常数； 时刻的流量约束为： （5）其中，表示注入流量已知节点的数量，表示注入相关约束的参数矩阵；表示注入流量向量；的每一列代表一个状态变量，对于的每一行，将与入口相关的元素设置为-1，与出口相关的元素设置为1，其他元素设置为0； 时刻的压力约束为： （6）其中，表示压力已知节点的数量；表示和压力相关约束的参数矩阵；表示压力向量；表示零向量；的每一列代表一个状态变量；对于中和压力未知节点相关的行，与该节点压力约束相关的两个元素分别被设置为1和-1，并且等号右侧对应的行被设置为0；对于中和压力已知节点相关的行，其对应元素被设置为1，并且等号右侧对应的行被设置为已知的压力；选择各时段、各管道的入口压力、出口压力、入口流量和出口流量作为描述气体在管网中流动的状态变量，将气体在管网中传输的差分模型与流量约束、压力约束共同组成气体管网的线性差分模型： （7）；步骤2，采用基于负荷增长方向的优化方法求取气网动态安全域边界上的临界点，具体为：确定气体管网的注入流量向量： （8）其中，为初始注入流量向量；为负荷增长步长；为负荷增长方向；选择气体管网中需要重点关注的节点作为气网动态安全域构建过程中的待观测节点，并确定负荷增长方向的采样数量；将中与待观测节点无关的元素设置为0，并对中与待观测节点相关的元素进行均匀采样；考虑到气网安全约束的存在，节点负荷不能无限制增加或减少，因此负荷增长步长的选取需要满足一定规则，利用该性质，结合式（7），将临界点求取转化为一系列优化模型： 9其中，和分别表示管道的入口压力下限和上限；和分别表示管道的出口压力下限和上限；表示管道的流量上限；表示时间步长的数量，表示第个时间步长；表示管道的数量；求解式（9），得到每个负荷增加方向下的最大步长，与相关的临界注入流量向量的计算方式为: 10将中与待观测节点对应的元素提取出来，记为，称为操作点；将中与待观测节点对应的元素提取出来，记为，简写为，称为负荷增长方向下的临界点；特殊的，将设置为初始负荷；步骤3，采用基于邻域最小二乘的拟合方法求取气网动态安全域的边界方程，具体为：将非坐标轴上的个临界点构建成临界点集合；对于每一个临界点，在中寻找与其欧氏距离最近的个临界点构成的邻域；以为模型对进行最小二乘拟合，得到临界点对应的邻域参数向量；将所有临界点对应的邻域参数向量构成邻域参数集合；创建超平面集合，假设临界点在超平面上，则将超平面添加到超平面集合中；创建的临界点子集，将在上的临界点添加到中，此时，，取对应的邻域参数向量作为的超平面参数向量；设定距离阈值；对于每一个临界点，如果在超平面集合中存在一个超平面使得成立，其中，为超平面的超平面参数向量，则认为临界点在超平面上，并将添加到超平面的临界点子集中；如果不存在这样一个超平面，则假设在新的超平面上，并将超平面添加到超平面集合中，创建的临界点子集，取的邻域参数向量作为超平面的超平面参数向量；设置一个参数代表临界点子集中最少的临界点数量，基于该参数对中的每一个超平面进行判断，并对进行更新；对于更新后的中的每一个超平面，如果，则对应的安全域边界表达式为；否则，对应的安全域边界表达式为；上述安全域边界表达式与共同组成完整的气网动态安全域的数学表达式。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 大连理工大学 一种考虑动态特性和安全约束的钢铁企业气网动态安全域构建方法

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