本發(fā)明涉及天然氣，特別涉及一種天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性優(yōu)化方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、在天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，存在諸多由系統(tǒng)影響因素引起的隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)，如季節(jié)更替、市場(chǎng)變化等現(xiàn)實(shí)原因?qū)е碌挠脩粜铓饬坎▌?dòng)。在網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)環(huán)境下，一旦出現(xiàn)此類情形，如果不及時(shí)采取措施，用戶將有可能出現(xiàn)供氣量不足，甚至斷供的情形，現(xiàn)有研究大多從大局層面對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)節(jié)能降碳措施進(jìn)行探討，缺乏對(duì)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過程中節(jié)能降碳過程的體現(xiàn)，并且對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)的研究?jī)H停留在單部分系統(tǒng)組件，導(dǎo)致相關(guān)研究結(jié)論與真實(shí)情形存在一定偏差。

2、由上可見，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)處置，及時(shí)優(yōu)化天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性，提高天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性是本領(lǐng)域有待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性優(yōu)化方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)的及時(shí)處置，及時(shí)優(yōu)化天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性，提高天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的安全性、可靠性和穩(wěn)定性。其具體方案如下：

2、第一方面，本技術(shù)公開了一種天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性優(yōu)化方法，包括：

3、獲取用戶的歷史需氣量數(shù)據(jù)，對(duì)所述歷史需氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以得到各月的日均需氣量，根據(jù)各月的所述日均需氣量計(jì)算相應(yīng)的日均需氣量比率，對(duì)所述日均需氣量比率進(jìn)行數(shù)據(jù)分組以及概率密度分布檢驗(yàn)，以得到需氣量比率概率密度分布曲線；

4、設(shè)定隨機(jī)抽樣的初始值和邊界值，根據(jù)所述初始值和所述邊界值對(duì)所述需氣量比率概率密度分布曲線進(jìn)行隨機(jī)抽樣，以得到隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的比例值，基于所述比例值和預(yù)設(shè)計(jì)劃需氣量計(jì)算出所述用戶在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的日計(jì)劃需氣量；

5、構(gòu)建包括目標(biāo)函數(shù)以及各約束條件的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型；所述約束條件包括氣源質(zhì)量守恒約束條件、氣源實(shí)際生產(chǎn)約束條件、氣源碳排放量約束條件、用戶質(zhì)量守恒約束條件、用戶實(shí)際生產(chǎn)約束條件、用戶碳排放量約束條件、中間站場(chǎng)質(zhì)量守恒約束條件、中間站場(chǎng)碳排放量約束條件以及輸氣管段實(shí)際生產(chǎn)約束條件；

6、將所述日計(jì)劃需氣量以及預(yù)設(shè)的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入至所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型中，以得到在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的碳排放量，根據(jù)所述碳排放量對(duì)所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性進(jìn)行優(yōu)化。

7、可選的，所述對(duì)所述歷史需氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以得到各月的日均需氣量，根據(jù)各月的所述日均需氣量計(jì)算相應(yīng)的日均需氣量比率，包括：

8、利用日均需氣量計(jì)算公式對(duì)所述歷史需氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以得到各月的日均需氣量；所述日均需氣量計(jì)算公式為：

9、；

10、其中，i為用戶序號(hào)，y為年份，m為月份，d為日期，d為第m月總天數(shù)，為用戶i在第y年m月d日的需氣量，為用戶i在第y年m月d日的日均需氣量；

11、利用日均需氣量比率計(jì)算公式并根據(jù)各月的所述日均需氣量計(jì)算相應(yīng)的日均需氣量比率；所述日均需氣量比率計(jì)算公式為：

12、；

13、其中，為用戶i在第y年m月d日的日需氣量比率。

14、可選的，所述對(duì)所述日均需氣量比率進(jìn)行數(shù)據(jù)分組以及概率密度分布檢驗(yàn)，以得到需氣量比率概率密度分布曲線，包括：

15、按照預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)分組原則對(duì)所述日均需氣量比率進(jìn)行數(shù)據(jù)分組，以得到用戶的各月份的概率密度曲線擬合數(shù)據(jù)；

16、對(duì)用戶的各月份的所述概率密度曲線擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行概率密度分布檢驗(yàn)，以擬合出所述用戶的當(dāng)月的需氣量比率概率密度分布曲線。

17、可選的，所述設(shè)定隨機(jī)抽樣的初始值和邊界值，包括：

18、利用初始值計(jì)算公式對(duì)日需氣量比率進(jìn)行計(jì)算，以得到隨機(jī)抽樣的初始值；所述初始值計(jì)算公式為：

19、；

20、其中，為隨機(jī)抽樣的初始值，i為用戶序號(hào)，y為年份，m為月份，d為日期，d為第m月總天數(shù)，為選取的總年數(shù)，為用戶i在第y年m月d日的日需氣量比率；

21、所述邊界值包括隨機(jī)抽樣最小邊界值和隨機(jī)抽樣最大邊界值；所述隨機(jī)抽樣最小邊界值為：

22、；

23、所述隨機(jī)抽樣最大邊界值為：

24、；

25、相應(yīng)的，隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的比例值需滿足；

26、其中，為在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下用戶i在第m月d日的比例值。

27、可選的，所述目標(biāo)函數(shù)為：

28、；

29、其中，為用戶保供優(yōu)先權(quán)重系數(shù)，取值區(qū)間為[0,1]，為系統(tǒng)中的全部用戶數(shù)量，為用戶的供氣優(yōu)先級(jí)系數(shù)，為用戶在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的實(shí)際得氣量，為用戶在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的計(jì)劃得氣量，為用戶在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的實(shí)際碳排放量，為用戶在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的最大碳排放量，為管網(wǎng)系統(tǒng)中的全部氣源數(shù)量，為氣源在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的實(shí)際碳排放量，為氣源在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的最大碳排放量，為系統(tǒng)中的全部中間站場(chǎng)數(shù)量，為中間站場(chǎng)在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的實(shí)際碳排放量，為中間站場(chǎng)在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)下的最大碳排放量。

30、可選的，所述氣源質(zhì)量守恒約束條件為：

31、；

32、其中，為氣源的實(shí)際供氣量，為氣源直接相連的所有輸氣管段輸量之和，為以氣源為起點(diǎn)的輸氣管段；

33、所述氣源實(shí)際生產(chǎn)約束條件為：

34、；

35、其中，和分別為氣源的供氣能力上限和下限；

36、所述氣源碳排放量約束條件為：

37、；

38、其中，為氣源的實(shí)際碳排放量，為氣源的單日最大碳排放量；

39、所述用戶質(zhì)量守恒約束條件為：

40、；

41、其中，為用戶的實(shí)際得氣量，為與用戶直接相連的所有輸氣管段輸量之和，為以用戶為終點(diǎn)的輸氣管段；

42、所述用戶實(shí)際生產(chǎn)約束條件為：

43、；

44、其中，為用戶的日計(jì)劃需氣量；

45、所述用戶碳排放量約束條件為：

46、；

47、其中，為用戶的實(shí)際碳排放量，為用戶的單日最大碳排放量；

48、所述中間站場(chǎng)質(zhì)量守恒約束條件為：

49、；

50、其中，為上游實(shí)際進(jìn)入站場(chǎng)的氣量，為以站場(chǎng)為終點(diǎn)的輸氣管段，為站場(chǎng)向下游實(shí)際外輸?shù)臍饬浚瑸橐哉緢?chǎng)為起點(diǎn)的輸氣管段；

51、所述中間站場(chǎng)碳排放量約束條件為：

52、；

53、其中，為中間站場(chǎng)在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的實(shí)際碳排放量，為中間站場(chǎng)在系統(tǒng)隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的最大碳排放量；

54、所述輸氣管段實(shí)際生產(chǎn)約束條件為：

55、；

56、其中，為輸氣管段的實(shí)際輸量，為輸氣管段的最大輸量。

57、可選的，所述將所述日計(jì)劃需氣量以及預(yù)設(shè)的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入至所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型中，以得到在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的碳排放量，包括：

58、將日計(jì)劃需氣量以及預(yù)設(shè)的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入至天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型中，并結(jié)合預(yù)設(shè)的求解器進(jìn)行求解，以得到在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的碳排放量；所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括氣源節(jié)點(diǎn)參數(shù)、中間站場(chǎng)節(jié)點(diǎn)參數(shù)、輸氣管段參數(shù)以及用戶節(jié)點(diǎn)參數(shù)；所述求解器包括cplex求解器、fico?xpress求解器、mosek求解器以及gurobi求解器。

59、第二方面，本技術(shù)公開了一種天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性優(yōu)化裝置，包括：

60、密度分布曲線確定模塊，用于獲取用戶的歷史需氣量數(shù)據(jù)，對(duì)所述歷史需氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以得到各月的日均需氣量，根據(jù)各月的所述日均需氣量計(jì)算相應(yīng)的日均需氣量比率，對(duì)所述日均需氣量比率進(jìn)行數(shù)據(jù)分組以及概率密度分布檢驗(yàn)，以得到需氣量比率概率密度分布曲線；

61、日計(jì)劃需氣量計(jì)算模塊，用于設(shè)定隨機(jī)抽樣的初始值和邊界值，根據(jù)所述初始值和所述邊界值對(duì)所述需氣量比率概率密度分布曲線進(jìn)行隨機(jī)抽樣，以得到隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的比例值，基于所述比例值和預(yù)設(shè)計(jì)劃需氣量計(jì)算出所述用戶在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的日計(jì)劃需氣量；

62、優(yōu)化模型構(gòu)建模塊，用于構(gòu)建包括目標(biāo)函數(shù)以及各約束條件的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型；所述約束條件包括氣源質(zhì)量守恒約束條件、氣源實(shí)際生產(chǎn)約束條件、氣源碳排放量約束條件、用戶質(zhì)量守恒約束條件、用戶實(shí)際生產(chǎn)約束條件、用戶碳排放量約束條件、中間站場(chǎng)質(zhì)量守恒約束條件、中間站場(chǎng)碳排放量約束條件以及輸氣管段實(shí)際生產(chǎn)約束條件；

63、韌性優(yōu)化模塊，用于將所述日計(jì)劃需氣量以及預(yù)設(shè)的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入至所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型中，以得到在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的碳排放量，根據(jù)所述碳排放量對(duì)所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性進(jìn)行優(yōu)化。

64、第三方面，本技術(shù)公開了一種電子設(shè)備，包括：

65、存儲(chǔ)器，用于保存計(jì)算機(jī)程序；

66、處理器，用于執(zhí)行所述計(jì)算機(jī)程序，以實(shí)現(xiàn)前述的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性優(yōu)化方法。

67、第四方面，本技術(shù)公開了一種計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)，用于保存計(jì)算機(jī)程序；其中，所述計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)前述公開的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性優(yōu)化方法的步驟。

68、可見，本技術(shù)提供了一種天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性優(yōu)化方法，包括獲取用戶的歷史需氣量數(shù)據(jù)，對(duì)所述歷史需氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，以得到各月的日均需氣量，根據(jù)各月的所述日均需氣量計(jì)算相應(yīng)的日均需氣量比率，對(duì)所述日均需氣量比率進(jìn)行數(shù)據(jù)分組以及概率密度分布檢驗(yàn)，以得到需氣量比率概率密度分布曲線；設(shè)定隨機(jī)抽樣的初始值和邊界值，根據(jù)所述初始值和所述邊界值對(duì)所述需氣量比率概率密度分布曲線進(jìn)行隨機(jī)抽樣，以得到隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的比例值，基于所述比例值和預(yù)設(shè)計(jì)劃需氣量計(jì)算出所述用戶在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的日計(jì)劃需氣量；構(gòu)建包括目標(biāo)函數(shù)以及各約束條件的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型；所述約束條件包括氣源質(zhì)量守恒約束條件、氣源實(shí)際生產(chǎn)約束條件、氣源碳排放量約束條件、用戶質(zhì)量守恒約束條件、用戶實(shí)際生產(chǎn)約束條件、用戶碳排放量約束條件、中間站場(chǎng)質(zhì)量守恒約束條件、中間站場(chǎng)碳排放量約束條件以及輸氣管段實(shí)際生產(chǎn)約束條件；將所述日計(jì)劃需氣量以及預(yù)設(shè)的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)輸入至所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型中，以得到在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的碳排放量，根據(jù)所述碳排放量對(duì)所述天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性進(jìn)行優(yōu)化。本技術(shù)通過對(duì)歷史需氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、數(shù)據(jù)分組以及概率密度分布檢驗(yàn)，得到需氣量比率概率密度分布曲線，設(shè)定隨機(jī)抽樣的初始值和邊界值，從而對(duì)需氣量比率概率密度分布曲線進(jìn)行隨機(jī)抽樣，以得到隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的比例值，計(jì)算出用戶在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的日計(jì)劃需氣量，結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、概率擬合與隨機(jī)抽樣方法，所以能夠適用于不同規(guī)模，不同復(fù)雜度的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的普適性，構(gòu)建包括目標(biāo)函數(shù)以及各約束條件的天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型，利用天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型計(jì)算在隨機(jī)性風(fēng)險(xiǎn)情形下的碳排放量，充分考慮了天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過程中的碳排放量，并且本技術(shù)利用管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化模型求解，可得到管網(wǎng)系統(tǒng)各部分系統(tǒng)組件單元的實(shí)際進(jìn)出氣量及碳排放量，實(shí)現(xiàn)的功能顆粒度細(xì)，且立足管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)實(shí)際，具有較高的實(shí)用性，根據(jù)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)在運(yùn)營(yíng)過程中的碳排放量對(duì)天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性進(jìn)行優(yōu)化，能夠?yàn)樘烊粴夤芫W(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和改進(jìn)提供參考，及時(shí)優(yōu)化天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)韌性，提高天然氣管網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)行效率、安全性、可靠性和穩(wěn)定性。