随着世界对天然气这种优质清洁能源和燃料需求量的不断增长和大批边远气田的开发,天然气长输技术水平得到了很大提高,天然气管道系统也日趋庞大和复杂。这一方面使得人们更难于了解和掌握管道系统的运行规律、分析和处理管道系统的事故工况、论证和提出合理的运行方案:另一方面由于管道系统的运行状况直接影响天然气的产、供、销,因此人们迫切需要根据天然气管网中气体的流动规律,找出气体管网各个参数间的相互影响和流动关系,使其合理调度和可靠运行。如何实现管道的安全运行、低耗、节能、提高系统的经济效益,是科研攻关和运行管理的大目标。天然气管道运行优化问题(区别于设计优化)就成为管道运营商迫切关注的问题,也是市场经济发展的必然结果。基于这样的背景,提出了本文的研究课题——天然气长输管道运行优化和压气站负荷优化调度问题。 首先,通过对一般运行调度问题的引入和介绍,提出长输管道运行优化调度一般思路、优化调度方法和优化调度求解策略,为论文的创新点之一。这一部分内容为整个运行中的天然气长输管道统一的决策与调度管理提供一定的理论基础,同时也为论文的第七章压气站站内负荷的优化调度奠定理论基础。考虑到在压气站负荷调度时涉及到压缩机的选型,所以在本文的第四部分还针对这个问题,将压气站选型优化问题单独作为一章进行研究和讨论。 其次,通过对输气管道和压缩机各自工作特性以及联合工作的分析和介绍,为后续第五章和第六章的天然气管道运行优化(稳态与非稳态运行优化)问题的研究引入必要的基础知识,有利于后续两章论文内容的展开。 作为论文中研究的主要内容之一就是第五章的稳态天然气管网运行优化问题,在这部分内容中,通过对目前采用的稳态运行优化模型的介绍和分析,提出了一种新的、更具实际意义的运行优化模型——考虑越站和电(气)价因素的稳态运行优化,通过引入价格因素,在模型中兼顾了压气站驱动类型(电力驱动和以管输天然气为燃料的燃气轮机驱动),同时针对该模型中复杂天然气管网管段约束处理,提出了一种基于结构化思想的新的处理方法。其核心是逐级嵌套、逐级细分。这是论文的创新点之二。 作为论文主要内容之二,在第六章重点研究了天然气长输管道非稳态运行优化问题,首先由管道不稳定流动规律结合天然气流体特性,得出了长输管道天然气非稳态流动方程为一典型的抛物型方程,并对求解抛物型方程的算法作了比较详细的研究;然后根据输气管道系统特性,建立了基于压气站运行成本