華潤燃氣潤研管網仿真智慧輸配運行系統
一
案例概況
本案例基于國內自主研發的管網仿真算法，實時在線計算，模擬出全輸配管網的動態數據，基于運算大數據，開發出輸配運營功能模塊，助力燃氣企業規劃建設、氣源采購、安全運營。
圖1 系統概況
系統可實現全管網實時監控，并具有異常預警、表具管理、氣體溯源、管網建設、氣源調度、管網切斷模擬等功能。
系統可提升管網整體安全管理水平，節約投資建設及氣源采購成本，輔助供銷差治理，契合國家生命線工程建設，具有良好的社會效益和經濟效益。
圖2 輸配系統實時狀態
二
技術特點
打破國外軟件壟斷，引領行業發展
國內燃氣行業管網仿真軟件（含離線軟件），多為國外軟件或基于國外引擎開發，存在價格昂貴、計算速度慢、專業性強，指導性差，數據安全難保障等問題。
本案例打破國外軟件壟斷，具有完全知識產權，實現仿真系統的國產化應用，行業內具有重大突破性。
本案例實現了燃氣管網數字化、實時在線、異常事件預警、未來工況數字化模擬，實現管網安全、高效運營，引領行業高質量發展。
主要突破有：
①采用改進的“Godunov格式”，全面適應空間拓撲結構的管網模型，靈活性高，可在計算運行中任意改變管網拓撲結構而不會出現計算異常；
②采用“高階K-T算法”可大幅提高計算精度和速度，減少計算資源消耗；
③采用完全“并行計算”內核，可實現大規模線程（1萬以上）同時計算；
④采用“組合式”高智能算法，具有深度自學習能力，高速尋優和深層挖掘能力隨使用時間增加而不斷增強，自適應性高。
系統精度：壓力精度達0.001Pa，流量精度達0.001m³/h；計算速度：10000節點數<0.01s；規模上已做到1千萬以上節點數，技術水平國內領先。
定制化功能模塊，助力燃氣公司安全高效運營
系統通過燃氣管網輸配系統實時數據進行仿真計算，可滿足管網規劃建設、多氣源優化調度、異常報警、氣體溯源、熱值/虛擬計量追蹤計算等業務管理需求。
系統針對燃氣公司實際需求，開發專屬功能模塊，打通該系統與實際運維管理人員聯動，為企業解決輸配瓶頸、提高管網泄漏安全保障、管網老舊改造、氣源優化管理、拓展大用戶等業務提供科學支撐。大大提高城燃企業的智慧化程度，大幅降低燃氣企業經營成本，提升管理水平，助力高質量發展。
圖3 管網建設功能模塊
應用效果良好，行業普適高
本案例于2023年6月13日在長興華潤燃氣成功上線，應用效果顯著。技術成熟度高，目前已進行產品化推廣。本案例結合國內城燃企業實際運行需求定制化開發功能，同時支持個性化需求，適用于整個燃氣行業，受眾廣，包容度強。可為領導層提供決策依據，可為生產運營提供運行支撐，契合城市生命線工程建設。
全網打通，鍛造智慧燃氣的核心大腦
本案例可支持城燃企業本地部署，也可支持集團化云部署。充分利用物聯網及大數據，打通與城燃GIS系統，實現復雜管網快速建模，輸配系統及時更新；通過人工智能算法實時計算出全管網的運行狀態，實現對全管網運營監控管理。
系統集成各數據系統，打通全管網，鍛造智慧燃氣的核心大腦。在高速尋優運算的支持下，系統具備日益增強的思考和學習的能力。助力行業高質量發展，技術水平行業領先。
三
典型經驗
1 應用場景
設計研究中心聯合長興華潤燃氣開展系統的試點示范項目建設，系統模型包含整個長興華潤高中壓管網近七百公里，場站近十個，調壓箱柜一千多個，于2023年6月13日正式上線，綜合仿真精度達95%以上，能夠為長興華潤公司日常運行決策提供科學的支撐，取得了較好的示范效果。
長興華潤公司至系統上線運行以來，將系統不斷應用于實際生產運營中，開展了大量的應用工作。在管網規劃建設方面節約建設成本約5%，多氣源調度方面節約氣源采購成本預計節約5%，同時輔助供銷差管理，預計提升0.5%左右；同時提高了管網運行安全管理，取得了良好的經濟效益及社會效益。
圖4 建設方案模擬
繼長興示范項目后，本系統已完成對某大型城燃企業3400多公里高中壓管網的仿真模擬計算，計算時長約3分鐘。在城市燃氣高中壓管網仿真系統的應用中，該規模及體量的仿真計算能力，國內尚屬首次。
2 應用導向
本方案可為城燃企業提供管網實時監控助力運維管理，提供各種工況仿真模擬，提供決策支撐。根據實際應用情況，將逐步實現仿真系統與實際業務的融合，形成仿真系統跨部門、跨職能協同的應用模式，實現企業間運維數據共享，多部門協同管理，實現智慧化運維管理。
四
實施情況及成效
1 實施情況
本案例通過長興華潤近9個月的使用情況，進一步升級系統核心算法，增加仿真模擬模塊，提升系統預警能力，實現系統與實際業務的深度融合，達到國內領先的、具有完全知識產權的管網仿真智能輸配運行系統。實現了從技術轉化到產品化的落地，系統的應用將助力燃氣企業提升管理水平及管網整體安全水平，并助力燃氣企業管網數據完整性及統一性的提升，具有良好的社會效益及經濟效益。
2 應用成效
“華潤燃氣潤研管網仿真智慧輸配運行系統”的應用，主要成效有：
（1）安全提升
系統計算出全管網的實時狀態，可實現對管網低壓、超速以及管網壓力的流失等報警，保障管網安全運行。同時，對各種事故工況下，可實現對閥門切斷方案的整體把控。
（2）管理提升
系統計算出管網的事實狀態，有利于及時了解管網的狀態，提升運營管理水平。同時，系統可實現對各種實際運行工況進行模擬分析，提供科學的決策支持。
（3）數據治理
在開展系統建設的過程，需要對城燃企業原有的GIS、SCADA及CIS系統的數據進行統一的治理，使數據的完整性和統一性達到較高的水平，確保數據的準確性，同時有利于進一步發掘數據的價值。
（4）節約建設成本
系統可實現對各類規劃建設進行仿真模擬分析，優化管道選型，避免重復投資，節約建設成本。
（5）節約氣源成本
系統多氣源調度模塊，可實現對各個氣源之間的優化調度，在保障供氣穩定的情況下，優化起源采購方案，節約氣源采購成本。
（6）供銷差治理
系統表具管理功能模塊，可對輸配系統表具進行檢測，及時發現表具存在的問題及時排查，尤其是對計量偏差較大或壓力變化大的用戶進行及時排查，輔助輸差管理。
同時，基于仿真計算開發老化管道管理、燃氣泄漏預警的高階算法，助力國家老舊管網改造及生命線工程建設。
