大口径天然气长输管道状态空间模型的适用性分析

发布时间：2021-02-15 02:28

　　天然气管道系统的仿真是利用管道流体所遵循的偏微分方程组通过数值解法求解,时间和空间上的划分精细程度,对仿真结果有很大的影响。本文提出采用状态方程这种在控制理论中常用的模型,对管道水力特性进行建模分析。该模型是一种集总参数模型,在建模过程中进行了一定的近似和线性化处理,所以需要对模型的适用性进行分析。选取管段长度是建模时需要考虑的重要因素,选取管段长度过短,会导致整体模型模块过多,建模复杂;而长度过长则会导致模型失真。本文以管径为1016 mm的天然气管道为例,在管道流动基本方程的基础上,推导管道的状态方程表达式。通过状态空间模型与商业软件仿真的对比分析,从模型的适用性和鲁棒性两方面,说明了本文提出的状态空间模型能够较好的描述1016管径下管道流动特性,从而为天然气管道的控制分析打下模型基础。 

【文章来源】：石油科学通报. 2020,5(01)

【文章页数】：13 页

【部分图文】：

MATLAB-Simulink模型

由图3-1(a)、图3-2(a)、图4-1(a)和图4-2(a)中发现无论输入是否存在流量阶跃扰动，当管道长度较小时，模型仿真都会存在振荡现象。由3-1(b)、图3-2(b)、图4-1(b)和图4-2(b)可以发现振荡现象直到管道长度增加到80 km时才消失。理论上，随着管段的增长，模型的精度会逐渐降低。而在本算例中，由于振荡的存在导致在管段长度较小时，精度不是很高；当振荡消失时由于长度较大，精度也不是很高。状态空间模型是由传递函数模型变形得到的，使用这类模型进行仿真时，当管段长度足够小时均会出现振荡现象。随着管段长度的增加，振荡则会消失。管径越大，振荡现象消失时对应的管段长度越长。图3-2只有压力阶跃时，不同管道长度下的输出压力对比

图3-2只有压力阶跃时，不同管道长度下的输出压力对比

【参考文献】：
期刊论文
[1]管线长距离输送天然气的闭环控制模型研究[J]. 刘亚龙,殷若鹏,尤冬石.  智能计算机与应用. 2016(03)
[2]长输管道在线仿真系统的应用与展望[J]. 王永红,李晓平,宫敬.  油气储运. 2011(02)
[3]管网模拟特征线法[J]. 王寿喜,曾自强.  天然气工业. 1986(02)

硕士论文
[1]天然气管网的水力瞬变分析[D]. 于恩禄.哈尔滨工业大学 2007



本文编号：3034265