智能气网架构及现状分析_技术研究

摘要

提出智能气网的概念，对智能气网的特征、关键技术、信息化架构以及智能气网的发展现状进行探讨，分析智能气网的发展目标和近期工作重点。

摘　要：提出智能气网的概念，对智能气网的特征、关键技术、信息化架构以及智能气网的发展现状进行探讨，分析智能气网的发展目标和近期工作重点。

关键词：智能气网；燃气信息化；信息化系统；架构

Analysis on Architecture and Current Status of Smart Gas Grid

Abstract：The concept of the smart gas grid is proposed，and the characteristics，key technologies and information architecture of smart gas grid as well as the development status of domestic smart gas grid are discussed．The development goals and short-term work focuses of domestic smart gas grid are analyzed．

Keywords：smart gas grid；gas information；information system；architecture

1　智能气网的概念

智能气网是建立在稳定可靠、快速高效通信网络基础之上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备制造和施工技术、先进的信息技术、管网控制技术以及先进的决策支持系统技术的应用，实现天然气在生产、储存、输配和使用过程中数字化管理、智能化决策，优化资源配置，保证实现天然气管网可靠、安全、优质、经济、高效、环境友好和使用安全的目标。

智能气网是一个完整的信息架构和基础设施体系，是在传统燃气信息化技术基础之上，依托物联网、移动通信技术、云计算和云存储、大数据等新技术，提升燃气管网的生产运行管理、安全管理、资产管理、用户服务管理水平，通过对采集的生产过程动态数据、静态数据、资产数据、客户数据等进行分析和挖掘，为公司管理层提供动态经营分析、战略决策分析、运营风险分析和事故分析。

2　智能气网的特征

①安全：对管网受到的人为或自然扰动动作作出辨识与反应，在自然灾害、外力破坏和信息网络攻击等情况下，保证人身、设备和管网安全。

②自愈：通过对管网的实时监测、在线分析预测及自动控制，及时发现故障隐患，快速诊断、隔离、消除故障，具备自我故障恢复能力，避免发生大面积停气，提高管网运行的可靠性。

③开放：支持多种气源有序、合理地接入，适应管输和非管输方式的接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足用户多样化的需求并提供对用户的增值服务。

④高效：采用先进的实时监测、在线控制技术和需求侧引导，实现管网的优化运行、供气设施检修智能化管理，增强管网输送能力，延长设备使用年限，降低损耗，降低造价和运行管理成本，提高能源利用效率。

⑤集成：实现管网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化和精益化管理。

3　智能气网的关键技术

①标准规范体系建设，主要指技术、管理、产品制造等方面的标准规范，建立试验、认证、评估体系，标准规范体系建设是建设智能气网的制度保障。

②先进的设备及工艺制造技术，是保障天然气生产、输配及应用载体安全可靠的保证。

③先进的通信、信息、控制、数据处理和智能汁量与传感技术，是保障智能气网实现的基础。

④大数据分析、数据整合、数据挖掘、辅助决策与可视化展现与操作，是实现智能气网的必经途径。

4　智能气网架构分析

智能气网涵盖了天然气生产、储存、输配和终端用户使用的全过程。智能气网通过传感器把管网各种设备、生产工艺参数、资产联系在一起，形成一个完整的数据流和信息流，通过对数据信息进行整合、分析和挖掘，以此来降低运行成本，提高整个气网的安全性以及优化运营管理流程。

智能气网技术支撑体系为测量、通信、控制和信息技术，贯穿涉及生产、经营、管理的全价值链的信息高度融合、模型高度统一的统一信息支撑平台。智能气网结构见图1。

①物理感知层

传感器是物理感知层的主要信息感知和测量设备，检测和测量燃气管网运行参数及机器设备、工具、管网设施、IT设备等资产管理数据。应用于物理感知层的传感器包括智能化仪器仪表、执行机构、RFID识别电子标签等，对管网运行过程中的压力、温度、流量、泄漏、气质、气体组成、阴极保护数据、设备状态、资产信息等进行检测，是智能气网所需的海量信息数据产生的基础。

②数据采集与控制层

对物理感知层检测的基础数据进行采集、识别、计算和处理，并将数据通过网络通信层远传到信息应用层。数据采集与控制层通过可编程的智能控制器将采集的工艺数据通过网络转发给信息应用层，接受并执行信息应用层下达的调度指令，实现管网智能控制和操作。

③网络通信层

网络通信层是数据采集与控制层和信息应用层进行数据传输、数据交换的载体和通道。随着无线技术的快速发展，为智能气网数据和信息快速、准确、完整地传递提供了保障，用户可以通过各种网络实现对生产运行及资产管理数据的采集下达控制指令。

④信息应用层

信息应用层是企业在生产运营过程中根据管理需求，贯穿了燃气企业规划、设计、建设、生产、运行、服务的全过程各个领域信息化管理系统。满足企业对燃气输配调度管理、应急抢修管理、生产作业管理、资产管理、客户服务管理、安全管理等需求，针对不同管理需求建立独立或联动的信息管理系统，是实现智能气网的基础信息系统。

信息应用层核心子系统包括SCADA数据采集与监控系统、GIS管网地理信息系统、CIS客户服务系统、气量管理系统、压力预警系统、管网阴极保护系统、管道完整性管理系统、自动加臭系统、工程施工管理系统等。信息应用层各核心子系统将企业管理流程与信息化技术相结合，满足企业内不同部门管理需求。也可以将不同核心子系统进行数据及应用整合，提升企业管理效率。

信息应用层核心子系统采集和生成的数据是企业数据仓库的主要数据来源。

⑤数据共享层

智能气网实现的核心是将信息应用层中的各生产管理子系统产生的不同数据进行整合、集成和挖掘，按照统一规范建立企业数据仓库。企业数据仓库存在于数据共享层。企业数据仓库是按照一定数据标准将生产工艺过程实时动态数据、管网空间静态数据、资产信息数据、客户数据、运营生产过程中产生的管理数据进行集中存储，建立大数据系统，通过云计算及云服务技术对大数据系统进行管理，提高数据运行和查询效率，满足燃气企业输配调度管理、运营管理、安全管理、用户管理、应急抢修管理、工程管理方面对数据管理的需求。通过对数据仓库各类数据进行分析、挖掘和集成，建立各类数据模型并持续优化，为企业决策、管网仿真和负荷预测、风险管理、事故分析等提供数据支撑。

⑥决策分析层

通过对企业数据仓库海量数据进行集成、分析和挖掘，优化管网运行和企业运营管理能力，建立智能决策支持系统，开发贯穿生产、运营、经营管理、客户服务全价值链的信息高度融合、模型高度统一的信息支撑平台。具备个性化人机交互界面及其内核技术，融合了多媒体、计算机图形学、数据库设计、实时分布系统、生物特征识别技术，实现了高精度管网动态仿真、负荷预测、经营动态指标智能分析、企业风险管控、事故分析、管道完整性管理等功能。

5　智能气网的发展现状

随着天然气产业发展，我国城市燃气输配管网也发展为多气源供气、多压力等级管网构成的纵横交错、庞大复杂的网络体系。我国燃气输配信息化系统建设起步晚、起点低，总体水平还不高。但近几年随着国家大力发展天然气产业，燃气信息化发展很快，目前我国各燃气企业根据自身生产和管理的需要，建立了多个燃气信息化管理和监控系统，提高了企业生产管理自动化水平。目前我国各级燃气公司都基本完成了SCADA燃气数据采集与监控系统、GIS地理信息系统、CIS客户服务系统、大用户远程抄表等信息应用层核心子系统的建设工作，同时根据业务发展需要，部分企业还建设了管网仿真、负荷预测、气量管理、压力预警等系统。

随着大量信息化系统投入使用，燃气公司积累了大量应用价值较高的历史数据，但由于大部分信息化系统都是独立运行、独立管理，往往会形成一个个信息孤岛，采集的大量历史数据都相互独立，造成了信息资源的浪费。

智能气网的建设是在现有信息化系统基础之上，对业务流程进行优化，对信息化系统体系进行规范，引入先进物联网技术、云计算及云服务技术，提升气网信息化管理水平。

6　智能气网发展目标和近期工作重点

①智能气网发展目标

a．建立开放、完整、统一的管网计算分析平台。实现天然气管网的实时仿真计算，为管网规划、建设、运行、管理提供全局性的、统一的、共享的数据和计算分析工具，为企业生产和管理提供决策支持。

b．建立智能化调度中心，以燃气输配调度高度信息化为前提，以保障天然气安全稳定运行控制技术为手段，建成完整的智能气网决策控制体系，逐步实现动态安全监测、预警和预控，支持气网运行状态的灵活控制，满足企业对复杂管网、多气源管网供气安全管理的需求，提升气网运行水平，适应天然气发展的需要。

c．建设智能化生产建设体系，对天然气输配设备进行监控和管理，优化燃气设备全寿命周期的管理。

d．建立智能化调压站，全面提升调压站信息采集、实时控制、动态调整技术水平，实现调压站对压力、流量、安全智能化的控制，支撑气网自愈可调。

e．加快智能仪表开发，满足对气网运行状态监控的需要。

f．开展智能气网发展规划工作，制定国家或行业技术和管理标准，开展关键技术研发和设备研制，开展各环节的试点工作。

②近期工作重点

a．推广智能化调压站研发工作，建设智能化调压站试点。