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天然氣智能輸配控制技術研究與應用

岳明亮陳振榮榮黃海紹迪

摘要:浙江省管網在天然氣智能輸配電控制系統建設中率先開發了一套基于模糊理論的控制技術,提高了系統響應速度,降低了超調,實現了主備支路 聯鎖冗余、限流、調壓功能顯著提高供氣保障能力。同時,結合水力模擬軟件的負荷預測功能,可自動下發輸氣方案,分配到小時流量進行控制,匹配用戶實際負荷,滿足各時段的需求,提高用戶滿意度,實現零干預,全自動智能傳輸匹配。

關鍵詞:天然氣;智能輸配電;模糊理論;聯鎖冗余;零干預

浙江省天然氣管網以嘉興地區站為試點,以輸配過程為研究對象,探索了一套基于模糊理論的輸配控制技術,實現了聯鎖流程分支的冗余和自動化流程。輸配電,為站場智能控制系統奠定核心技術基礎。 1 國內外研究現狀 王芳等.設計了干線天然氣配送過程控制方法,將調壓、流量調節、保壓設定、最大流量設定四種控制方式與比較選擇邏輯相結合。確定最佳控制方法。該方法在西氣東輸二線[1]中取得了良好的實際效果。董秀娟等人解決了多支回路之間的壓力和流量耦合問題。他們采用多支路調節控制,同時采用調壓模糊PID方法,提高了調壓性能,降低了超調量[2]。梁毅等人。設計了一種自適應廣義預測控制方法,結合參數辨識、階躍響應系數、期望壓力軌跡開環預測輸出和控制變量增量等,計算得到當前循環的控制閥控制量,從而得到可靠性。它是一種高性能、穩定性好、超調低的自動配電控制系統[3]。等比較了人工神經網絡、自適應模糊推理系統和模糊推理系統對天然氣輸送控制的優化效果。研究發現,人工神經網絡與遺傳算法相結合對輸送控制優化具有消耗低、出口壓力高的優點[4]。等。比較了蟻群算法和動態規劃方法對干線天然氣輸配控制的影響,發現蟻群算法響應速度更快、穩定性更高、輸氣效率和出口壓力更高[5]。等。設計了一種結合非線性管道評價模型和抗飽和反演計算方法的模型預測控制策略。與傳統的預測控制策略相比,該方法具有執行時間少、超調少和穩定時間快的優點[6]。 2、基于模糊理論的控制技術傳統的天然氣輸配控制技術主要基于經典的PID控制方法。該系統由輸入信號、控制器、執行器和輸出信號(圖調整系數以控制偏差)組成。基于模糊理論的控制技術利用計算機建立模糊數學模型,并將模糊理論引入傳統的PID控制系統,由模糊推理模型、數據輸入、控制器、執行器、輸出反饋組成(圖11b),其中,模糊推理模型是核心部分,包括控制結構、算法和模糊規則。根據省網的技術特點制定,通過計算和標準化程序形成。

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圖1 PID控制系統和模糊控制系統結構圖

模糊PID控制技術將天然氣輸配系統中壓力和溫度的模擬信號轉換為真實數據,設置四個限位報警(高、高、低、低、低),將天然氣輸配系統的模擬信號轉換為PV 控制閥位置 整數數據用于控制設計。模糊推理模型主要計算PID誤差(ER)和誤差變化率(EC),輸出合理的參數給PID控制器進行調整。模糊增量PID控制將誤差和誤差變化分為正大(PB)、正中(PM)、正小(PS)、零(ZO)、負小(NS)、負中(NM)、負大(NB ) 7個模糊集,使用三角分布作為隸屬函數[7](圖 2).

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圖2全域-隸屬函數劃分圖

在調整壓力曲線的實際跟蹤過程中,在保證調整曲線收斂的條件下設計控制規則。模糊PID控制規則如下:以正調整為例(即誤差為正),誤差依次經歷了從正到負、負到正、正到零的幾個區域,然后到穩定,相應的誤差依次從負到零到正、負到零再到正,最后在幾個區域內趨于穩定為零,而反向調整保持區間不變,正和負數相反。模糊規則表[7]如表1所示。 表1 模糊規則表

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經過現場實際應用測試,與傳統PID控制相比,基于模糊理論的控制技術在雙向調節中正向或反向調節到穩定狀態的時間明顯縮短,超調量大大降低過程中減少了,調整系統的響應性和穩定性得到了顯著提升。 3 智能控制邏輯3.1 閥門鎖定 當閥門被鎖定時,如果閥門狀態發生變化,并且沒有被操作人員或邏輯觸發動作,系統會自動發送開/關命令,將閥門恢復到鎖定狀態。當操作者主動打開或關閉閥門時,閥門自動解鎖,開關到位時閥門自動鎖定。 3.2 非調節支路聯鎖冗余 支路聯鎖時,用戶為單位。當聯鎖的主支路發生故障報警時閥門廠家,該支路將退出聯鎖,變為非聯鎖。 以過濾計量支路為例,當主支路數量減少時,系統會自動將備用支路按照支路序號的順序放入主支路,并打開其所有電動球閥,直至主支路數量恢復到原來的號碼。 3.3 綜合壓力值以用戶為單位。當發射器數量為偶數時,取兩個中值的平均值作為反饋值。 3.4 限壓調流與限流調壓調壓區聯鎖只針對電動調節閥(PV閥)電動智能調節球閥,需要選擇主支路自己。調壓支路投用聯鎖時,通過模糊控制模型計算并統一調整多支路的開度,按照先主后備的原則進行正反轉調整。調節閥分為三個調節區間[0%~30%][30%~60%][60%~100%]進行調節,正向調節選擇當前調節中最小調節區間的調節閥系統進行調整。 ,反向調節選擇當前調節系統中開度最大的調節閥進行調節,均按照主調節支路的順序(圖3).

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圖3電流電壓調節控制界面

3.5 省級天然氣輸配自動輸配主要存在三個難點:①部分上下游站相鄰,兩級監管相互干擾; ②下游用戶的用氣量隨時間變化很大。大的; ③多調節支路協調控制復雜。傳統的PID控制基本上只能實現半自動控制,需要值班人員實時監控和干預。引入模糊控制技術和一系列智能控制邏輯后,只要設定了某個用戶的壓力和流量范圍,系統就會自動控制整個輸配電過程,無需人為干預,調節質量可以得到有效改善,基本實現零過剩。可以大大減輕值班監控的工作量。為實現輸配過程的全自動化,需要打通輸氣方案制定、發布和控制終端執行的全生產線。傳統的輸氣方案大多是人工制定并通過外部輸入的方式下發到控制終端。這種模式不能很好地利用管網本身的儲氣調峰能力,在每小時調峰方面給用戶帶來不好的體驗。存在管網本身透支或供氣壓力波動較大的現象,不利于管網的順利運行,難以提高用戶滿意度。基于控制技術的創新和智能化水平的提高,利用大數據分析技術,對每個用戶的歷史用氣負荷、次日計劃量、輸電能力等各種信息進行預測分析管網水力仿真模型,結合管網水力仿真模型。檢查工況,模擬用戶壓力趨勢和次日管網蓄水情況(圖,當用戶壓力過低或蓄水低于警戒值時,負荷曲線為自動調整,每小時流量重新分配,直到輸氣方案可行。系統二次確認后,發送到相應輸氣站的PLC控制器進行調整。

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圖4 PID控制系統和模糊控制系統結構圖

4 結論(1)模糊PID控制是一種改進的控制方法美國AG真人国际厅网站閥門,通過自整定PID參數達到適應性強、響應時間快、超調小等目標,實際試驗效果較好電動智能調節球閥,具有晉升潛力。

(2)基于模糊PID控制技術的創新應用,新型輸配電控制系統可以進行更加自動化、智能化的設計,包括電動閥防誤堵、支路聯鎖冗余、綜合壓力值、限壓調流、限流調壓等。

(3)利用大數據預測和管網水力仿真技術,從負荷預測到自動分配,再到方案下發執行,初步實現了輸配電全過程,彌補了傳統輸氣方案的人工,系統帶來的不穩定性,優化了供氣節點的工作條件和管儲水平,增強了管網供氣的可靠性,提高了用戶滿意度。(4)技術已推廣到浙江省十地,市政天然氣輸配控制系統,結合傳統SCADA系統,初步實現零干擾、全自動智能輸配功能,大大提高減少車站操作人員的技術操作量,提高整體生產效率。 e: [1] 王芳.天然氣自動分配控制系統控制器設計[J].儀器儀表用戶, 2017, 24(12):12-15.[2]董秀娟,朱峰,劉曉偉。天然氣管道一體化智能配電輸電控制系統設計[J].當代化工研究,2020(23):89-91.[3]梁毅,彭太沖,李明耀. 無人輸氣站自動配氣技術在西氣東輸工程中的實現[J]. 天然氣工業, 2019, 39(11): 112-116.[4] M, M , D, et al. and of using [J]. of Gas and, 2014, 18: 64-76.[5] A, F, Smati A, et al. of gas using ant [J]. & , 2009, 36( 6): 1916-1923.[6]-J, Diaz- L, - A, et al. Model over a [J]. of and ,2019.[7]沉國良,季守紅,邵迪等. 基于曲線跟蹤法的模糊增量PI控制器設計與應用[J]. 天然氣技術與經濟. 2019, 13(1): 49 -52.@ >

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