天然气智能输配控制技术研究与应用陈臻黄海

天然气智能输配控制技术研究与应用

岳明亮陈振荣荣黄海绍迪

摘要：浙江省管网在天然气智能输配电控制系统建设中率先开发了一套基于模糊理论的控制技术，提高了系统响应速度，降低了超调，实现了主备支路 联锁冗余、限流、调压功能显着提高供气保障能力。同时，结合水力模拟软件的负荷预测功能，可自动下发输气方案，分配到小时流量进行控制，匹配用户实际负荷，满足各时段的需求，提高用户满意度，实现零干预，全自动智能传输匹配。

关键词：天然气；智能输配电；模糊理论；联锁冗余；零干预

浙江省天然气管网以嘉兴地区站为试点，以输配过程为研究对象，探索了一套基于模糊理论的输配控制技术，实现了联锁流程分支的冗余和自动化流程。输配电，为站场智能控制系统奠定核心技术基础。 1 国内外研究现状 王芳等．设计了干线天然气配送过程控制方法，将调压、流量调节、保压设定、最大流量设定四种控制方式与比较选择逻辑相结合。确定最佳控制方法。该方法在西气东输二线[1]中取得了良好的实际效果。董秀娟等人解决了多支回路之间的压力和流量耦合问题。他们采用多支路调节控制，同时采用调压模糊PID方法，提高了调压性能，降低了超调量[2]。梁毅等人。设计了一种自适应广义预测控制方法，结合参数辨识、阶跃响应系数、期望压力轨迹开环预测输出和控制变量增量等，计算得到当前循环的控制阀控制量，从而得到可靠性。它是一种高性能、稳定性好、超调低的自动配电控制系统[3]。等比较了人工神经网络、自适应模糊推理系统和模糊推理系统对天然气输送控制的优化效果。研究发现，人工神经网络与遗传算法相结合对输送控制优化具有消耗低、出口压力高的优点[4]。等。比较了蚁群算法和动态规划方法对干线天然气输配控制的影响，发现蚁群算法响应速度更快、稳定性更高、输气效率和出口压力更高[5]。等。设计了一种结合非线性管道评价模型和抗饱和反演计算方法的模型预测控制策略。与传统的预测控制策略相比，该方法具有执行时间少、超调少和稳定时间快的优点[6]。 2、基于模糊理论的控制技术传统的天然气输配控制技术主要基于经典的PID控制方法。该系统由输入信号、控制器、执行器和输出信号（图调整系数以控制偏差）组成。基于模糊理论的控制技术利用计算机建立模糊数学模型，并将模糊理论引入传统的PID控制系统，由模糊推理模型、数据输入、控制器、执行器、输出反馈组成（图11b），其中，模糊推理模型是核心部分，包括控制结构、算法和模糊规则。根据省网的技术特点制定，通过计算和标准化程序形成。

图1 PID控制系统和模糊控制系统结构图

模糊PID控制技术将天然气输配系统中压力和温度的模拟信号转换为真实数据，设置四个限位报警（高、高、低、低、低），将天然气输配系统的模拟信号转换为PV 控制阀位置 整数数据用于控制设计。模糊推理模型主要计算PID误差（ER）和误差变化率（EC），输出合理的参数给PID控制器进行调整。模糊增量PID控制将误差和误差变化分为正大（PB）、正中（PM）、正小（PS）、零（ZO）、负小（NS）、负中（NM）、负大（NB ) 7个模糊集，使用三角分布作为隶属函数[7]（图 2）.

图2全域-隶属函数划分图

在调整压力曲线的实际跟踪过程中，在保证调整曲线收敛的条件下设计控制规则。模糊PID控制规则如下：以正调整为例（即误差为正），误差依次经历了从正到负、负到正、正到零的几个区域，然后到稳定，相应的误差依次从负到零到正、负到零再到正，最后在几个区域内趋于稳定为零，而反向调整保持区间不变，正和负数相反。模糊规则表[7]如表1所示。 表1 模糊规则表

经过现场实际应用测试，与传统PID控制相比，基于模糊理论的控制技术在双向调节中正向或反向调节到稳定状态的时间明显缩短，超调量大大降低过程中减少了，调整系统的响应性和稳定性得到了显着提升。 3 智能控制逻辑3.1 阀门锁定 当阀门被锁定时，如果阀门状态发生变化，并且没有被操作人员或逻辑触发动作，系统会自动发送开/关命令，将阀门恢复到锁定状态。当操作者主动打开或关闭阀门时，阀门自动解锁，开关到位时阀门自动锁定。 3.2 非调节支路联锁冗余 支路联锁时，用户为单位。当联锁的主支路发生故障报警时阀门厂家，该支路将退出联锁，变为非联锁。 以过滤计量支路为例，当主支路数量减少时，系统会自动将备用支路按照支路序号的顺序放入主支路，并打开其所有电动球阀，直至主支路数量恢复到原来的号码。 3.3 综合压力值以用户为单位。当发射器数量为偶数时，取两个中值的平均值作为反馈值。 3.4 限压调流与限流调压调压区联锁只针对电动调节阀（PV阀）电动智能调节球阀，需要选择主支路自己。调压支路投用联锁时，通过模糊控制模型计算并统一调整多支路的开度，按照先主后备的原则进行正反转调整。调节阀分为三个调节区间[0%～30%][30%～60%][60%～100%]进行调节，正向调节选择当前调节中最小调节区间的调节阀系统进行调整。 ，反向调节选择当前调节系统中开度最大的调节阀进行调节，均按照主调节支路的顺序（图3）.

图3电流电压调节控制界面

3.5 省级天然气输配自动输配主要存在三个难点：①部分上下游站相邻，两级监管相互干扰; ②下游用户的用气量随时间变化很大。大的; ③多调节支路协调控制复杂。传统的PID控制基本上只能实现半自动控制，需要值班人员实时监控和干预。引入模糊控制技术和一系列智能控制逻辑后，只要设定了某个用户的压力和流量范围，系统就会自动控制整个输配电过程，无需人为干预，调节质量可以得到有效改善，基本实现零过剩。可以大大减轻值班监控的工作量。为实现输配过程的全自动化，需要打通输气方案制定、发布和控制终端执行的全生产线。传统的输气方案大多是人工制定并通过外部输入的方式下发到控制终端。这种模式不能很好地利用管网本身的储气调峰能力，在每小时调峰方面给用户带来不好的体验。存在管网本身透支或供气压力波动较大的现象，不利于管网的顺利运行，难以提高用户满意度。基于控制技术的创新和智能化水平的提高，利用大数据分析技术，对每个用户的历史用气负荷、次日计划量、输电能力等各种信息进行预测分析管网水力仿真模型，结合管网水力仿真模型。检查工况，模拟用户压力趋势和次日管网蓄水情况（图，当用户压力过低或蓄水低于警戒值时，负荷曲线为自动调整，每小时流量重新分配，直到输气方案可行。系统二次确认后，发送到相应输气站的PLC控制器进行调整。

图4 PID控制系统和模糊控制系统结构图

4 结论（1）模糊PID控制是一种改进的控制方法美国泰科阀门，通过自整定PID参数达到适应性强、响应时间快、超调小等目标，实际试验效果较好电动智能调节球阀，具有晋升潜力。

(2）基于模糊PID控制技术的创新应用，新型输配电控制系统可以进行更加自动化、智能化的设计，包括电动阀防误堵、支路联锁冗余、综合压力值、限压调流、限流调压等。

(3）利用大数据预测和管网水力仿真技术，从负荷预测到自动分配，再到方案下发执行，初步实现了输配电全过程，弥补了传统输气方案的人工，系统带来的不稳定性，优化了供气节点的工作条件和管储水平，增强了管网供气的可靠性，提高了用户满意度。(4）技术已推广到浙江省十地，市政天然气输配控制系统，结合传统SCADA系统，初步实现零干扰、全自动智能输配功能，大大提高减少车站操作人员的技术操作量，提高整体生产效率。 e: [1] 王芳.天然气自动分配控制系统控制器设计[J].仪器仪表用户, 2017, 24(12):12-15.[2]董秀娟，朱峰，刘晓伟。天然气管道一体化智能配电输电控制系统设计[J].当代化工研究,2020(23):89-91.[3]梁毅,彭太冲,李明耀. 无人输气站自动配气技术在西气东输工程中的实现[J]. 天然气工业, 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]沉国良，季守红，邵迪等. 基于曲线跟踪法的模糊增量PI控制器设计与应用[J]. 天然气技术与经济. 2019, 13(1): 49 -52.@ >

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