本案例基于國內(nèi)自主研發(fā)的管網(wǎng)仿真算法，實時在線計算，模擬出全輸配管網(wǎng)的動態(tài)數(shù)據(jù)，基于運算大數(shù)據(jù)，開發(fā)出輸配運營功能模塊，助力燃氣企業(yè)規(guī)劃建設、氣源采購、安全運營。

圖1 系統(tǒng)概況

系統(tǒng)可實現(xiàn)全管網(wǎng)實時監(jiān)控，并具有異常預警、表具管理、氣體溯源、管網(wǎng)建設、氣源調(diào)度、管網(wǎng)切斷模擬等功能。

系統(tǒng)可提升管網(wǎng)整體安全管理水平，節(jié)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(jīng)濟效益。

圖2 輸配系統(tǒng)實時狀態(tài)

打破國外軟件壟斷，引領行業(yè)發(fā)展

國內(nèi)燃氣行業(yè)管網(wǎng)仿真軟件（含離線軟件），多為國外軟件或基于國外引擎開發(fā)，存在價格昂貴、計算速度慢、專業(yè)性強，指導性差，數(shù)據(jù)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(chǎn)權，實現(xiàn)仿真系統(tǒng)的國產(chǎn)化應用，行業(yè)內(nèi)具有重大突破性。

本案例實現(xiàn)了燃氣管網(wǎng)數(shù)字化、實時在線、異常事件預警、未來工況數(shù)字化模擬，實現(xiàn)管網(wǎng)安全、高效運營，引領行業(yè)高質(zhì)量發(fā)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(wǎng)模型，靈活性高，可在計算運行中任意改變管網(wǎng)拓撲結構而不會出現(xiàn)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(nèi)核，可實現(xiàn)大規(guī)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(yōu)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(tǒng)精度：壓力精度達0.001Pa，流量精度達0.001m³/h；計算速度：10000節(jié)點數(shù)<0.01s；規(guī)模上已做到1千萬以上節(jié)點數(shù)，技術水平國內(nèi)領先。

定制化功能模塊，助力燃氣公司安全高效運營

系統(tǒng)通過燃氣管網(wǎng)輸配系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)進行仿真計算，可滿足管網(wǎng)規(guī)劃建設、多氣源優(yōu)化調(diào)度、異常報警、氣體溯源、熱值/虛擬計量追蹤計算等業(yè)務管理需求。

系統(tǒng)針對燃氣公司實際需求，開發(fā)專屬功能模塊，打通該系統(tǒng)與實際運維管理人員聯(lián)動，為企業(yè)解決輸配瓶頸、提高管網(wǎng)泄漏安全保障、管網(wǎng)老舊改造、氣源優(yōu)化管理、拓展大用戶等業(yè)務提供科學支撐。大大提高城燃企業(yè)的智慧化程度，大幅降低燃氣企業(yè)經(jīng)營成本，提升管理水平，助力高質(zhì)量發(fā)展。

圖3 管網(wǎng)建設功能模塊

應用效果良好，行業(yè)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(chǎn)品化推廣。本案例結合國內(nèi)城燃企業(yè)實際運行需求定制化開發(fā)功能，同時支持個性化需求，適用于整個燃氣行業(yè)，受眾廣，包容度強?？蔀轭I導層提供決策依據(jù)，可為生產(chǎn)運營提供運行支撐，契合城市生命線工程建設。

全網(wǎng)打通，鍛造智慧燃氣的核心大腦

本案例可支持城燃企業(yè)本地部署，也可支持集團化云部署。充分利用物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)，打通與城燃GIS系統(tǒng)，實現(xiàn)復雜管網(wǎng)快速建模，輸配系統(tǒng)及時更新；通過人工智能算法實時計算出全管網(wǎng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對全管網(wǎng)運營監(jiān)控管理。

系統(tǒng)集成各數(shù)據(jù)系統(tǒng)，打通全管網(wǎng)，鍛造智慧燃氣的核心大腦。在高速尋優(yōu)運算的支持下，系統(tǒng)具備日益增強的思考和學習的能力。助力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，技術水平行業(yè)領先。

1  應用場景

設計研究中心聯(lián)合長興華潤燃氣開展系統(tǒng)的試點示范項目建設，系統(tǒng)模型包含整個長興華潤高中壓管網(wǎng)近七百公里，場站近十個，調(diào)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(tǒng)上線運行以來，將系統(tǒng)不斷應用于實際生產(chǎn)運營中，開展了大量的應用工作。在管網(wǎng)規(guī)劃建設方面節(jié)約建設成本約5%，多氣源調(diào)度方面節(jié)約氣源采購成本預計節(jié)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(wǎng)運行安全管理，取得了良好的經(jīng)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(tǒng)已完成對某大型城燃企業(yè)3400多公里高中壓管網(wǎng)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(wǎng)仿真系統(tǒng)的應用中，該規(guī)模及體量的仿真計算能力，國內(nèi)尚屬首次。

2  應用導向

本方案可為城燃企業(yè)提供管網(wǎng)實時監(jiān)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(jù)實際應用情況，將逐步實現(xiàn)仿真系統(tǒng)與實際業(yè)務的融合，形成仿真系統(tǒng)跨部門、跨職能協(xié)同的應用模式，實現(xiàn)企業(yè)間運維數(shù)據(jù)共享，多部門協(xié)同管理，實現(xiàn)智慧化運維管理。

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(tǒng)核心算法，增加仿真模擬模塊，提升系統(tǒng)預警能力，實現(xiàn)系統(tǒng)與實際業(yè)務的深度融合，達到國內(nèi)領先的、具有完全知識產(chǎn)權的管網(wǎng)仿真智能輸配運行系統(tǒng)。實現(xiàn)了從技術轉化到產(chǎn)品化的落地，系統(tǒng)的應用將助力燃氣企業(yè)提升管理水平及管網(wǎng)整體安全水平，并助力燃氣企業(yè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)完整性及統(tǒng)一性的提升，具有良好的社會效益及經(jīng)濟效益。

2  應用成效

“華潤燃氣潤研管網(wǎng)仿真智慧輸配運行系統(tǒng)”的應用，主要成效有：

（1）安全提升

系統(tǒng)計算出全管網(wǎng)的實時狀態(tài)，可實現(xiàn)對管網(wǎng)低壓、超速以及管網(wǎng)壓力的流失等報警，保障管網(wǎng)安全運行。同時，對各種事故工況下，可實現(xiàn)對閥門切斷方案的整體把控。

（2）管理提升

系統(tǒng)計算出管網(wǎng)的事實狀態(tài)，有利于及時了解管網(wǎng)的狀態(tài)，提升運營管理水平。同時，系統(tǒng)可實現(xiàn)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(shù)據(jù)治理

在開展系統(tǒng)建設的過程，需要對城燃企業(yè)原有的GIS、SCADA及CIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的治理，使數(shù)據(jù)的完整性和統(tǒng)一性達到較高的水平，確保數(shù)據(jù)的準確性，同時有利于進一步發(fā)掘數(shù)據(jù)的價值。

（4）節(jié)約建設成本

系統(tǒng)可實現(xiàn)對各類規(guī)劃建設進行仿真模擬分析，優(yōu)化管道選型，避免重復投資，節(jié)約建設成本。

（5）節(jié)約氣源成本

系統(tǒng)多氣源調(diào)度模塊，可實現(xiàn)對各個氣源之間的優(yōu)化調(diào)度，在保障供氣穩(wěn)定的情況下，優(yōu)化起源采購方案，節(jié)約氣源采購成本。

（6）供銷差治理

系統(tǒng)表具管理功能模塊，可對輸配系統(tǒng)表具進行檢測，及時發(fā)現(xiàn)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(fā)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(wǎng)改造及生命線工程建設。