一种天然气供应链流量分配方法与流程
本发明涉及油气设备管理领域，特别涉及一种考虑储气库注采能力的天然气供应链流量分配方法。
背景技术：
1、随着我国低碳经济的快速发展，天然气作为清洁高效的化石能源，其需求呈现高速增长的趋势。与此同时，天然气在我国一次能源消费结构的比重也是逐年增加。天然气供应链是由天然气生产、输送、存储、配送等环节组成的大型、复杂系统，是连接天然气资源和市场的纽带。通过天然气供应链系统，天然气可以实现从上游生产到下游终端用户的输送过程。
2、天然气需求受诸多外界因素影响，如温度、风速等，当外部因素发生改变，如冬季气温骤降，天然气的需求会急剧增加，从而造成天然气供给不足。因此，有必要且亟需对极端需求下的天然气供应链流量分配方法进行研究，将极端需求对天然气供应链的供气安全影响降至最低，从而最大限度地保障天然气用户的用气需求。
3、储气库作为天然气供应链的重要环节，在季节性调峰和保障能源安全等方面有重要作用，即在用气低谷时将富余天然气注入储气库内储存，在用气高峰时将储气库内天然气采出供给用户。储气库的注采气能力直接关系到天然气供应链能否有效保障用户的用气需求。因此，在对极端需求下的天然气供应链流量分配方法进行研究的时候，需要考虑到储气库注采气能力的影响。
4、天然气供应链流量分配属于运筹学理论在油气领域的应用。目前天然气供应链流量分配方法主要是基于图论，将天然气供应链转化为有向加权图，考虑天然气供应链中各类约束，建立混合整数线性规划模型，通过对模型求解，获得供应链的流量分配结果。具体思路如下：
5、首先，将天然气供应链视为图论中的有向加权图，g＝(v,e),其中v代表图中节点，e代表图中弧，每条弧(u,v)∈e均有一非负的管输能力，c(u,v)>0。天然气供应链系统中气源、储气库、lng接收站均视为源节点，各需求点视为汇节点，压缩机站和阀室视为一般节点，天然气管道则视为包含管输能力约束和管输费用的网络弧。通常，天然气供应链系统包含有多个源节点{s1,s2,...,sm}和汇节点{t1,t2,...,tm}，并且来自源节点的流量理论上都可以输送至各汇点，即所谓的多源多汇问题。常通过设置与所有源节点连接的超级源点s和与每个汇节点连接的超级汇点t，将其转换为单源点和单汇点的有向加权图。然后，综合考虑供应链系统中各管段输气能力上下限以及气体流向、气源进气量上限、用户用气量上下限以及节点流量平衡约束条件，建立混合整数线性规划模型，模型目标函数一般是天然气供应链供给用户气量最大，决策变量为天然气供应链各节点、管道流量和压力。最后，通过对该优化模型的求解，可以获得天然气供应链在各类需求状态下的流量分配方案。
6、现有技术主要采用图论将天然气供应链转化为有向加权图，并综合考虑天然气供应链中各管段输气能力上下限、气源进气量上限、用户用气量上下限以及节点流量平衡约束条件，建立了复杂输气管网供气量计算模型，从而计算管网极端需求下的供气量。
7、该技术的主要缺点在于：1.没有充分考虑用户需求特性。根据天然气用户的用气用途，常将天然气用户分为燃气用户、cng用户、电厂用户和工业用户四大类型，而每一类用户的用气特性都有所不同，用户级别也有所差异，在天然气供应链流量分配方法中，需要考虑到天然气用户的需求特性的差异；2.没有考虑储气库注采气能力的约束。当前流量分配方法中，将储气库注采气能力视为定值。实际上，地下储气库注采气能力受储气库库容、地层压力、井底流压等因素影响，在实际生产中会发生较大变化，忽略储气库注采气能力约束，会造成流量分配方案与实际工艺差距较大。
技术实现思路
1、本发明旨在至少一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种天然气供应链流量分配方法，包括：
2、对天然气用户进行分类，确定每类用户的供给气量权重；
3、以加权供给气量最大为优化目标，构造优化模型目标函数；
4、基于储气库注采能力确定优化模型约束条件，对优化模型进行求解，输出天然气供应链流量分配方案。
5、优选的，基于天然气需求特性，将天然气用户分为需完全保障用户、可少量压减用户、可中量压减用户及可中断用户。
6、优选的，在对天然气用户进行分类后，基于主观赋权法与/或客观赋权法确定每类用户的供给气量权重。
7、优选的，所述储气库注采能力的计算方法包括：
8、确定所述储气库的注采气井数；
9、确定所述储气库的地层产量与单井产能；
10、根据所述储气库的注采气井数、所述储气库的地层产量及所述储气库的单井产能，计算所述储气库注采能力。
11、优选的，基于物质平衡方程确定所述储气库的地层产量。
12、优选的，基于二项式产能公式确定所述储气库的单井产能。
13、优选的，所述优化模型约束条件，包括：天然气运输管网的节点流量约束条件、节点压力约束条件及管道水力约束条件。
14、优选的，所述节点流量约束条件，包括：管网流量守恒约束、管道输气能力约束、需求节点需求约束及储气库注采气能力约束。
15、优选的，所述管网流量守恒约束，包括：
16、
17、其中，xij表示节点i到节点j的流量；(,j)表示节点i到节点j之间的管道；(,l)表示节点j到节点l之间的管道；v表示节点集合；e表示天然气运输管网中的管道的集合。
18、优选的，所述管道输气能力约束，还包括：双向管道的流向约束；所述双向管道的流向约束，包括：
19、
20、其中，eb表示天然气运输管网双向管道的集合；yij与yji表示控制所述双向管道天然气流向的二元决策变量。
21、优选的，所述管道输气能力约束，还包括：
22、
23、
24、
25、
26、其中，表示第i个油气田的产量；表示第i个储气库的采气量；表示第i个lng接收站的外输量；表示第i个油气田的产量上限；表示第i个储气库的采气量上限；表示第i个lng接收站的外输量上限；sf表示油田的集合；su表示处于采气阶段的储气库集合；sl表示lng接收站的集合；cij表示节点i到节点j之间的管道的管输能力。
27、优选的，所述需求节点需求约束，包括：
28、
29、
30、其中，表示第i个分输点的流量；表示第i个分输点第j类用户的最小需求；表示第i个分输点第j类用户的最大需求；分别表示第i个分输点为预设的第一类用户、第二类用户、第三类用户及第四类用户的供气量。
31、优选的，所述储气库注采气能力约束，包括：储气库注气能力约束与储气库采气能力约束；所述储气库注气能力约束，包括：
32、
33、其中，表示第i个储气库的注气量；表示第i个储气库的最大注气能力；表示处于注气阶段的储气库。
34、优选的，所述节点压力约束条件，包括：管网节点压力约束、压缩机站上下游压力约束及调压站上下游压力约束。
35、优选的，所述管网节点压力约束，包括：
36、pi,min≤pi≤pi,max
37、其中，pi表示第i个节点的压力；pi,min表示节点i的节点压力下限；pi,max表示节点i的节点压力上限。
38、优选的，所述压缩机站上下游压力约束，包括：
39、
40、其中，表示第i个压缩机站的上游压力；表示第i个压缩机站的下游压力；表示第i个压缩机站的上游压力限制；表示第i个压缩机站的下游压力限制。
41、优选的，所述调压站上下游压力约束，包括：
42、
43、
44、其中，表示第i个调节阀的上游压力；表示第i个调节阀的下游压力；表示第i个调节阀的下游压力下限；表示第i个调节阀的下游压力上限。
45、优选的，所述管道水力约束条件，包括：
46、
47、其中，pi表示天然气运输管网中的第i个管网节点的压力；pj表示天然气运输管网中的第j个管网节点的压力；λ表示水力摩阻系数；z表示天然气在管输条件下的压缩因子；s表示天然气的相对密度；t表示输气温度；l表示输气管道计算段长度；d表示输气管内径；c0表示单位平衡常数，数值随所述管道水力约束条件对应公式中的各参数的单位而定；e表示输气管道集合。
48、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
49、本发明给出的方法通过对储气库的工艺流程进行分析，确定影响储气库注采气能力的影响因素，建立储气库注采气能力计算方法；并通过用户需求侧分析，对不同用户进行用户分级，并确定不同级别用户权重，建立加权供给气量最大的优化目标，最后在优化模型中综合考虑各管段输气能力上下限、气源进气量上限、用户用气量上下限、节点流量平衡约束条件、储气库注采气能力等约束，通过对模型的求解，计算极端需求下的供气量。
50、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
51、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
技术特征：
1.一种天然气供应链流量分配方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，基于天然气需求特性，将天然气用户分为需完全保障用户、可少量压减用户、可中量压减用户及可中断用户。
3.如权利要求1所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，在对天然气用户进行分类后，基于主观赋权法与/或客观赋权法确定每类用户的供给气量权重。
4.如权利要求1所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述储气库注采能力的计算方法包括：
5.如权利要求4所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，基于物质平衡方程确定所述储气库的地层产量。
6.如权利要求4所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，基于二项式产能公式确定所述储气库的单井产能。
7.如权利要求1所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述优化模型约束条件，包括：天然气运输管网的节点流量约束条件、节点压力约束条件及管道水力约束条件。
8.如权利要求7所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述节点流量约束条件，包括：管网流量守恒约束、管道输气能力约束、需求节点需求约束及储气库注采气能力约束。
9.如权利要求8所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述管网流量守恒约束，包括：
10.如权利要求8所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述管道输气能力约束，还包括：双向管道的流向约束；所述双向管道的流向约束，包括：
11.如权利要求10所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述管道输气能力约束，还包括：
12.如权利要求8所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述需求节点需求约束，包括：
13.如权利要求8所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述储气库注采气能力约束，包括：储气库注气能力约束与储气库采气能力约束；所述储气库注气能力约束，包括：
14.如权利要求7所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述节点压力约束条件，包括：管网节点压力约束、压缩机站上下游压力约束及调压站上下游压力约束。
15.如权利要求14所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述管网节点压力约束，包括：
16.如权利要求14所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述压缩机站上下游压力约束，包括：
17.如权利要求14所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述调压站上下游压力约束，包括：
18.如权利要求7所述的天然气供应链流量分配方法，其特征在于，所述管道水力约束条件，包括：
技术总结
本发明公开了一种天然气供应链流量分配方法，包括：对天然气用户进行分类，确定每类用户的供给气量权重；以加权供给气量最大为优化目标，构造优化模型目标函数；基于储气库注采能力确定优化模型约束条件，对优化模型进行求解，输出天然气供应链流量分配方案。本发明给出的方法通过对储气库的工艺流程进行分析，确定影响储气库注采气能力的影响因素，建立储气库注采气能力计算方法；并通过对用户进行用户分级，并确定不同用户权重，建立加权供给气量最大的优化目标，综合考虑各管段输气能力上下限、气源进气量上限、用户用气量上下限、节点流量平衡约束条件、储气库注采气能力等约束，通过对模型的求解，可以计算极端需求下的供气量。
技术研发人员：房若楠,杨超,宁喜风,任昶,赵梁,杨磊,赵堂玉
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23