摘要：从调度的业务、功能模块出发，分析现阶段城市燃气调度的现状，构建出城市燃气运营调度智能化的总体架构，提出调度智能优化方向及关键技术，探讨了调度智能化的应用实践——超压超流量调度控制流程。

关键词：智能化；  调度；  智能燃气网；  优化

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

国家能源科技十二五规划指出：要积极优化能源结构，合理控制能源消费总量，推动能源生产和利用方式变革。因此，未来我国能源发展必将仍偏重保障供给为主，向科学调控能源生产和消费总量转变；资源依赖型的发展模式向科技创新驱动型的发展模式转变。从这些政策可以看出，未来我国城市能源供应体系必将是一个安全稳定、清洁高效、多元互补、智能控制的体系。这就需要我们建立一套有利于管网运营维护效率和成本控制的新一代智能化燃气供应系统。建设可靠、高效、互动、成本优化的智能燃气供应系统，是发展清洁能源、节能减排、优化资源结构的战略选择。

目前，我国天然气承担的任务以减排和清洁为主，燃气管网尚处于大力发展阶段，信息化、智能监控和智能运营调度程度有待提高。燃气供应系统已经建立了以SCADA系统、GIS为主的信息平台，但各系统之间关联性不强，存在信息孤岛现象，没有形成统一的体系^[1]，而实现调度的智能化可以在很大程度上减少人为因素的干扰，降低误调度的概率，提高运营调度的工作效率。本文结合我国燃气供应调度的特点，提出运营调度智能化的架构，并分析我国发展燃气网调度的智能优化方向。

2 城市燃气运营调度智能化架构

2.1 城市燃气运营调度的作用及业务模块

城市燃气企业的运营调度管理范围基本上是从城市门站、储配站、调压站以及燃气管道到用户。运营调度就是对管网运行状况进行监控分析及调整、气源协调、紧急情况的应急指挥，从而使整个城市燃气输配系统处于安全、稳定的状态，为用户提供高质量的供气服务，减少输配过程中的损失，最大限度地延长系统的使用寿命，达到提高企业经济效益的目的。实施这项任务的关键部门就是调度中心。调度中心的主要职能包括以下几方面。

①输配调度

监控、记录燃气输配管网的压力、流量、温度、加臭等各项技术参数在规程规定的范围内安全运行；调度协调各厂站和管道的运行操作和设备检修；保证输配的安全运行和稳定供气。

②气源调度

协调、监控、记录上游的燃气流量、压力、组成、热值和一级输差，保证城市输配系统的燃气连续供应。

③应急调度

编制调度预案，实施应急调度。当进气量高于供气量时，利用储气设施进行调峰，或采取紧急放散措施控制系统压力，保证安全运行；当气源不足时，采取必要的限气等措施，保证重点用户的燃气供应。

④抢险调度

当燃气输配系统发生燃气泄漏、火灾、爆炸等安全事故，调度中心要及时调度抢险队伍赶赴现场抢险维修，调度有关人员进行关闭阀门、紧急放散、通知用户、现场警戒等协调工作，并向有关领导和部门及时报告。

2.2 智能化调度所需的应用平台

我国城市燃气供应技术的发展趋势是将高科技研究成果应用于我国城市燃气输配系统，实现燃气管网智能化。智能化调度具有信息化、自动化、互动化的特点，包含调度的各个环节，覆盖全部管网。应用平台是构架智能化调度系统的关键部分，可为实现各类功能提供技术支持，其基础系统主要包括以下几方面。

①监控及数据采集系统(SCADA系统)

监控及数据采集系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。它可以对门站、储配站、调压站的运行设备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等功能^[1]。

②地理信息系统

主要用于查看城市管网、管道设备以及调压站、调压箱等地理位置信息，实现燃气管网的动态管理。

③无线通信定位系统

日常用于定位巡检人员、车辆。当有险情发生时，用于及时报告情况、调配抢险人员、定位抢险车辆。

④气象信息系统

建立气象信息的采集与传输、存储系统，提供实时的天气情况。

⑤信息管理系统

信息管理系统需要存储输配管网的SCADA系统、GIS、EAM系统(企业资产管理系统)等在不同时间采集及存档的资料和信息，并对这些资料和信息进行分类、统计、备份。

⑥决策支持系统

决策支持系统提供燃气调度分析决策常用的计算功能，使各级调度部门可便捷地进行调度分析并制定调度方案。其计算功能使用的软件包括数据分析软件、管网动态模拟软件、城市用气量预测软件以及智能决策分析软件，例如管道完整性等级识别分析软件、设备安全等级识别软件、管网运行优化软件等。

由于其海量信息特点，智能调度的应用平台可以采用云计算技术来构建，结合以上各基础平台的功能，实现智能调度的目的。

2．3智能化调度系统的功能

调度中心主要有两大任务，一个是城市燃气管网日常运行调控，另一个是管网运营优化。因此，智能化调度系统就是要在这两大业务上有所突破。具体地说，是以现有的调度结构为基础，以应用平台为支撑，将先进的自动控制技术、信息通信技术、分析决策技术高度集成而形成的智能综合调度平台，可灵活配置资源进行调度工作，保证城市管网正常运行。随着技术发展，逐步实现从离线预测、经验调度、人工控制到在线分析、智能决策、自动控制的飞跃。

综合调度智能平台工作时都是几个基础平台同时运作，实现以下几个单元功能。

①动态运行监控单元

可对管网运行状况实时监测及调控。这种可视化不是简单地以框图显示系统配置，而是SCADA系统与GIS相结合，准确地显示出实际地理位置的管网压力、流量等情况，对管网的监控更加真实、具体，实现管网运行全景监控。

②实时安全评估单元

在日常运行中，能保证准确的预警能力及预控能力。通过对调压器运行状况的监测，进行分析比对，提前预知疑似危险点，同时调动相关基础平台实时在线、不间断地分析、评估，给出调整结果，平衡管网运行状态，达到前期预警、智能报警和协同控制的作用。当突发事故时，能诊断事故地点及类型，并给出相应控制策略帮助调度人员进行控制。

③优化运营单元

在企业运营规则的指导下，根据约束条件运用各种优化算法、优化模型，达到提高运行可靠性、节省运行费用等优化目标，在管网安全稳定运行的状态下实现企业运营的最优化。例如以降低运行成本为优化目标时，通过数据采集系统从远程设备上获取数据，管网动态模拟软件再根据这些数据计算出管道的效率等参数，最后优化软件根据这些参数及预测的用气量求解出运行方案，确定系统的运行方式、压缩机及调节阀等的控制参数和各气源的供气量^[2]。

通过智能调度应用平台，可对管网运行进行有效控制，实现以上的运营调度功能需求。在发生较大故障时，能保障燃气的正常供应；在遇到自然灾害、突发性破坏时，也能保证管网安全运行。智能调度应用平台是整个运营调度系统实现智能化的基础，需要统一化、标准化。通过采用统一的规范标准实现平台的开放性，对外提供标准化的应用接口，保证各种应用的连接，从而实现系统的高度集成化，并为以后的持续发展创造条件。

3 城市燃气运营调度智能优化方向

3.1 运营调度智能优化方向

①输配调度优化

日常的调度都是根据预测的负荷值来执行的，因此，精确的负荷预测值是提高智能调度能力的关键。主要有两方面可以改进，一是加强对天然气负荷数据的处理能力，辨别假数据，提高负荷数据的真实性和准确性；二是对模拟软件的定期更新，以更好地适应不断发展的系统，保证数据的可靠性^[3]。

②气源调度优化

气源多元化已经是城市燃气发展的大方向，这也给运营调度工作提出了又一问题。多气源来气的压力如何平衡需要通过软件进行模拟，找出平衡多气源压力的因素，完善调度措施。

③抢险与应急调度优化

抢险是否及时、人员和资源的运输路线是否最优是影响抢险救援的关键因素。这就需要建立一个多目标优化模型，使各个目标在不冲突的情况下尽可能都达到最优，保证抢险任务在最短时间内开始，最大限度地减少人员伤亡及经济损失。

在事故后记录事故情况，可建立数据库，通过事故回放、故障特点分析等方法对事故进行整理、归类，挖掘潜在的事故发生因素。例如，与天气的关系、某一地理位置易发的事故、某类设备在某段时间易发的事故等等^[4]。

另外，为了提高抢险与应急调度效率，可以利用综合平台建立调度人员培训模拟系统。模拟管网状态、事故发生状况和控制中心环境，为调度人员提供真实的运行环境，用来训练他们的正常操作和事故处理能力^[5]。

3.2 调度智能化的关键技术

调度智能化的关键技术包括智能监测技术、动态分析决策技术、自动控制技术、安全风险评估技术、优化调度技术、对外服务辅助技术、云计算管理技术等。这些关键技术体现了智能化调度的可靠性、灵活性，为城市燃气管网的正常运行提供保障，可以满足资源优化配置、运营经济性的要求。

4 调度智能化的应用实践

以超压超流量调度控制流程(见图l)为例。对调压器、阀门进行智能改造，改造后的调压器具有手动调节、自动调节、遥调、安全保护、参数设定及显示功能，改造后的阀门具有手动、自动及遥控切断、参数设定及显示功能。

在日常调度运行中，监控系统监测调压器出口压力。无压力波动时持续监测，当压力波动符合调压器内预设的压力曲线趋势时，调压器内设定的程序自动启动调节功能，保证压力平稳；当调压器出口压力波动且不符合预测曲线时，调度中心的情景决策分析软件对情况进行判断，属于非常规情景发生时，调度中心即输入相关指令得到控制参数，开始进行干预控制。有两种控制方式：一种是根据得到的参数向调压器发出指令远程控制调节，另一种是向厂站人员发出指令进行人工调节。对于阀门的调节也是同样道理，由阀门内设定的限定流量值判断是否进行调节。

5 结语

城市燃气运营调度智能化是构建城市智能燃气网的重要环节。运营调度智能化能够提高管网利用效率，提升输配能力，提高事故处理能力及效率，充分发挥调度作用。随着国家经济发展和科技进步，智能化是发展趋势，具有广阔的前景。

参考文献：

[1] 刘玉秀，杨长春．基于SOA的燃气综合调度管理平台研究与实现[J]．常州大学学报：自然科学版，2011，23(3)：51-56．

[2] 严铭卿．燃气输配工程分析[M]．北京：石油工业出版社，2007：100-214．

[3] 陈佳．城市天然气负荷预测及主干网调度优化研究(硕士学位论文)[D]．上海：同济大学，2009：89-90．

[4] 帅军庆．特大型电网高级调度中心关键技术[M]．北京：中国电力出版社，2010．

[5] 于杰．智能调度技术支持系统中多种调度模式兼容性研究(硕士学位论文)[D]．广州：东南大学，2010：5-18．

本文作者：高顺利 刘靖 刘蓉 王硕

作者单位：北京市燃气集团有限责任公司北京建筑工程学院供热供燃气通风及空调工程北京市重点实验室，北京l00044)