摘要：從調度的業務、功能模塊出發，分析現階段城市燃氣調度的現狀，構建出城市燃氣運營調度智能化的總體架構，提出調度智能優化方向及關鍵技術，探討了調度智能化的應用實踐——超壓超流量調度控制流程。

關鍵詞：智能化；  調度；  智能燃氣網；  優化

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劃指出：要積極優化能源結構，合理控制能源消費總量，推動能源生產和利用方式變革。因此，未來我國能源發展必將仍偏重保障供給為主，向科學調控能源生產和消費總量轉變；資源依賴型的發展模式向科技創新驅動型的發展模式轉變。從這些政策可以看出，未來我國城市能源供應體系必將是一個安全穩定、清潔高效、多元互補、智能控制的體系。這就需要我們建立一套有利于管網運營維護效率和成本控制的新一代智能化燃氣供應系統。建設可靠、高效、互動、成本優化的智能燃氣供應系統，是發展清潔能源、節能減排、優化資源結構的戰略選擇。

目前，我國天然氣承擔的任務以減排和清潔為主，燃氣管網尚處于大力發展階段，信息化、智能監控和智能運營調度程度有待提高。燃氣供應系統已經建立了以SCADA系統、GIS為主的信息平臺，但各系統之間關聯性不強，存在信息孤島現象，沒有形成統一的體系^[1]，而實現調度的智能化可以在很大程度上減少人為因素的干擾，降低誤調度的概率，提高運營調度的工作效率。本文結合我國燃氣供應調度的特點，提出運營調度智能化的架構，并分析我國發展燃氣網調度的智能優化方向。

2 城市燃氣運營調度智能化架構

2.1 城市燃氣運營調度的作用及業務模塊

城市燃氣企業的運營調度管理范圍基本上是從城市門站、儲配站、調壓站以及燃氣管道到用戶。運營調度就是對管網運行狀況進行監控分析及調整、氣源協調、緊急情況的應急指揮，從而使整個城市燃氣輸配系統處于安全、穩定的狀態，為用戶提供高質量的供氣服務，減少輸配過程中的損失，最大限度地延長系統的使用壽命，達到提高企業經濟效益的目的。實施這項任務的關鍵部門就是調度中心。調度中心的主要職能包括以下幾方面。

①輸配調度

監控、記錄燃氣輸配管網的壓力、流量、溫度、加臭等各項技術參數在規程規定的范圍內安全運行；調度協調各廠站和管道的運行操作和設備檢修；保證輸配的安全運行和穩定供氣。

②氣源調度

協調、監控、記錄上游的燃氣流量、壓力、組成、熱值和一級輸差，保證城市輸配系統的燃氣連續供應。

③應急調度

編制調度預案，實施應急調度。當進氣量高于供氣量時，利用儲氣設施進行調峰，或采取緊急放散措施控制系統壓力，保證安全運行；當氣源不足時，采取必要的限氣等措施，保證重點用戶的燃氣供應。

④搶險調度

當燃氣輸配系統發生燃氣泄漏、火災、爆炸等安全事故，調度中心要及時調度搶險隊伍趕赴現場搶險維修，調度有關人員進行關閉閥門、緊急放散、通知用戶、現場警戒等協調工作，并向有關領導和部門及時報告。

2.2 智能化調度所需的應用平臺

我國城市燃氣供應技術的發展趨勢是將高科技研究成果應用于我國城市燃氣輸配系統，實現燃氣管網智能化。智能化調度具有信息化、自動化、互動化的特點，包含調度的各個環節，覆蓋全部管網。應用平臺是構架智能化調度系統的關鍵部分，可為實現各類功能提供技術支持，其基礎系統主要包括以下幾方面。

①監控及數據采集系統(SCADA系統)

監控及數據采集系統是以計算機為基礎的生產過程控制與調度自動化系統。它可以對門站、儲配站、調壓站的運行設備進行監視和控制，實現數據采集、設備控制、測量、參數調節以及各類信號報警等功能^[1]。

②地理信息系統

主要用于查看城市管網、管道設備以及調壓站、調壓箱等地理位置信息，實現燃氣管網的動態管理。

③無線通信定位系統

日常用于定位巡檢人員、車輛。當有險情發生時，用于及時報告情況、調配搶險人員、定位搶險車輛。

④氣象信息系統

建立氣象信息的采集與傳輸、存儲系統，提供實時的天氣情況。

⑤信息管理系統

信息管理系統需要存儲輸配管網的SCADA系統、GIS、EAM系統(企業資產管理系統)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行分類、統計、備份。

⑥決策支持系統

決策支持系統提供燃氣調度分析決策常用的計算功能，使各級調度部門可便捷地進行調度分析并制定調度方案。其計算功能使用的軟件包括數據分析軟件、管網動態模擬軟件、城市用氣量預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、設備安全等級識別軟件、管網運行優化軟件等。

由于其海量信息特點，智能調度的應用平臺可以采用云計算技術來構建，結合以上各基礎平臺的功能，實現智能調度的目的。

2．3智能化調度系統的功能

調度中心主要有兩大任務，一個是城市燃氣管網日常運行調控，另一個是管網運營優化。因此，智能化調度系統就是要在這兩大業務上有所突破。具體地說，是以現有的調度結構為基礎，以應用平臺為支撐，將先進的自動控制技術、信息通信技術、分析決策技術高度集成而形成的智能綜合調度平臺，可靈活配置資源進行調度工作，保證城市管網正常運行。隨著技術發展，逐步實現從離線預測、經驗調度、人工控制到在線分析、智能決策、自動控制的飛躍。

綜合調度智能平臺工作時都是幾個基礎平臺同時運作，實現以下幾個單元功能。

①動態運行監控單元

可對管網運行狀況實時監測及調控。這種可視化不是簡單地以框圖顯示系統配置，而是SCADA系統與GIS相結合，準確地顯示出實際地理位置的管網壓力、流量等情況，對管網的監控更加真實、具體，實現管網運行全景監控。

②實時安全評估單元

在日常運行中，能保證準確的預警能力及預控能力。通過對調壓器運行狀況的監測，進行分析比對，提前預知疑似危險點，同時調動相關基礎平臺實時在線、不間斷地分析、評估，給出調整結果，平衡管網運行狀態，達到前期預警、智能報警和協同控制的作用。當突發事故時，能診斷事故地點及類型，并給出相應控制策略幫助調度人員進行控制。

③優化運營單元

在企業運營規則的指導下，根據約束條件運用各種優化算法、優化模型，達到提高運行可靠性、節省運行費用等優化目標，在管網安全穩定運行的狀態下實現企業運營的最優化。例如以降低運行成本為優化目標時，通過數據采集系統從遠程設備上獲取數據，管網動態模擬軟件再根據這些數據計算出管道的效率等參數，最后優化軟件根據這些參數及預測的用氣量求解出運行方案，確定系統的運行方式、壓縮機及調節閥等的控制參數和各氣源的供氣量^[2]。

通過智能調度應用平臺，可對管網運行進行有效控制，實現以上的運營調度功能需求。在發生較大故障時，能保障燃氣的正常供應；在遇到自然災害、突發性破壞時，也能保證管網安全運行。智能調度應用平臺是整個運營調度系統實現智能化的基礎，需要統一化、標準化。通過采用統一的規范標準實現平臺的開放性，對外提供標準化的應用接口，保證各種應用的連接，從而實現系統的高度集成化，并為以后的持續發展創造條件。

3 城市燃氣運營調度智能優化方向

3.1 運營調度智能優化方向

①輸配調度優化

日常的調度都是根據預測的負荷值來執行的，因此，精確的負荷預測值是提高智能調度能力的關鍵。主要有兩方面可以改進，一是加強對天然氣負荷數據的處理能力，辨別假數據，提高負荷數據的真實性和準確性；二是對模擬軟件的定期更新，以更好地適應不斷發展的系統，保證數據的可靠性^[3]。

②氣源調度優化

氣源多元化已經是城市燃氣發展的大方向，這也給運營調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行模擬，找出平衡多氣源壓力的因素，完善調度措施。

③搶險與應急調度優化

搶險是否及時、人員和資源的運輸路線是否最優是影響搶險救援的關鍵因素。這就需要建立一個多目標優化模型，使各個目標在不沖突的情況下盡可能都達到最優，保證搶險任務在最短時間內開始，最大限度地減少人員傷亡及經濟損失。

在事故后記錄事故情況，可建立數據庫，通過事故回放、故障特點分析等方法對事故進行整理、歸類，挖掘潛在的事故發生因素。例如，與天氣的關系、某一地理位置易發的事故、某類設備在某段時間易發的事故等等^[4]。

另外，為了提高搶險與應急調度效率，可以利用綜合平臺建立調度人員培訓模擬系統。模擬管網狀態、事故發生狀況和控制中心環境，為調度人員提供真實的運行環境，用來訓練他們的正常操作和事故處理能力^[5]。

3.2 調度智能化的關鍵技術

調度智能化的關鍵技術包括智能監測技術、動態分析決策技術、自動控制技術、安全風險評估技術、優化調度技術、對外服務輔助技術、云計算管理技術等。這些關鍵技術體現了智能化調度的可靠性、靈活性，為城市燃氣管網的正常運行提供保障，可以滿足資源優化配置、運營經濟性的要求。

4 調度智能化的應用實踐

以超壓超流量調度控制流程(見圖l)為例。對調壓器、閥門進行智能改造，改造后的調壓器具有手動調節、自動調節、遙調、安全保護、參數設定及顯示功能，改造后的閥門具有手動、自動及遙控切斷、參數設定及顯示功能。

在日常調度運行中，監控系統監測調壓器出口壓力。無壓力波動時持續監測，當壓力波動符合調壓器內預設的壓力曲線趨勢時，調壓器內設定的程序自動啟動調節功能，保證壓力平穩；當調壓器出口壓力波動且不符合預測曲線時，調度中心的情景決策分析軟件對情況進行判斷，屬于非常規情景發生時，調度中心即輸入相關指令得到控制參數，開始進行干預控制。有兩種控制方式：一種是根據得到的參數向調壓器發出指令遠程控制調節，另一種是向廠站人員發出指令進行人工調節。對于閥門的調節也是同樣道理，由閥門內設定的限定流量值判斷是否進行調節。

5 結語

城市燃氣運營調度智能化是構建城市智能燃氣網的重要環節。運營調度智能化能夠提高管網利用效率，提升輸配能力，提高事故處理能力及效率，充分發揮調度作用。隨著國家經濟發展和科技進步，智能化是發展趨勢，具有廣闊的前景。

參考文獻：

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本文作者：高順利 劉靖 劉蓉 王碩

作者單位：北京市燃氣集團有限責任公司北京建筑工程學院供熱供燃氣通風及空調工程北京市重點實驗室，北京l00044)