所屬的技術(shù)人員知道，本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)為系統(tǒng)、方法或計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，因此，本發(fā)明可以具體實(shí)現(xiàn)為以下形式，即：可以是完全的硬件、也可以是完全的軟件(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，還可以是硬件和軟件結(jié)合的形式，本文一般稱為“電路”、“模塊”或“系統(tǒng)”。此外，在一些實(shí)施例中，本發(fā)明還可以實(shí)現(xiàn)為在一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，該計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中包含計(jì)算機(jī)可讀的程序代碼?？梢圆捎靡粋€(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)可讀的介質(zhì)的任意組合。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是計(jì)算機(jī)可讀信號(hào)介質(zhì)或者計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)例如可以是一一但不限于——電、磁、光、電磁、紅外線、或半導(dǎo)體的系統(tǒng)、裝置或器件，或者任意以上的組合。計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的更具體的例子(非窮舉的列表)包括：具有一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)線的電連接、便攜式計(jì)算機(jī)磁盤、硬盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram)，只讀存儲(chǔ)器(rom)、可擦式可編程只讀存儲(chǔ)器(eprom或閃存)、光纖、便攜式緊湊磁盤只讀存儲(chǔ)器(cd-rom)、光存儲(chǔ)器件、磁存儲(chǔ)器件、或者上述的任意合適的組合。在本發(fā)明中，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以是任何包含或存儲(chǔ)程序的有形介質(zhì)，該程序可以被指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或者器件使用或者與其結(jié)合使用。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。

背景技術(shù)：

1、模型預(yù)測(cè)控制(model?predictive?control，mpc)是先進(jìn)過(guò)程控制(advancedprocess?control，apc)層的核心技術(shù)，目前廣泛應(yīng)用于石油、化工、制藥等過(guò)程工業(yè)。在實(shí)際應(yīng)用mpc之前，都會(huì)進(jìn)行局部的穩(wěn)態(tài)優(yōu)化，因此雙層結(jié)構(gòu)mpc(double-layer?modelpredictive?control，dlmpc)應(yīng)運(yùn)而生。dlmpc基于穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行以經(jīng)濟(jì)優(yōu)化為目的局部穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)附近自動(dòng)尋優(yōu)，找到最佳的工藝設(shè)定值。

2、穩(wěn)態(tài)目標(biāo)計(jì)算采用穩(wěn)態(tài)模型，要求過(guò)程是開(kāi)環(huán)穩(wěn)定的，但是在工業(yè)過(guò)程中存在大量的具有積分特性的被控變量(controlled?variable，cv)，例如儲(chǔ)罐液位、某些溫度、某些壓力等，由于積分型cv具有持續(xù)上升或下降的特性，導(dǎo)致穩(wěn)定型cv的處理方法并不適用于積分型cv。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，具體提供了一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法，具體如下：

2、1)第一方面，本發(fā)明提供一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法，具體技術(shù)方案如下：

3、針對(duì)油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)操縱變量構(gòu)造經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)；

4、構(gòu)造穩(wěn)態(tài)操縱變量的約束條件和穩(wěn)態(tài)操縱變量的增量的約束條件；

5、構(gòu)造穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定型被控變量的約束條件和穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的約束條件；

6、構(gòu)造用于保證穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的穩(wěn)態(tài)值在可操作的區(qū)間的穩(wěn)態(tài)積分斜率的約束條件；

7、基于所有約束條件，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到操縱變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)和被控變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)；

8、將操縱變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)和被控變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)作為動(dòng)態(tài)控制層的跟蹤目標(biāo)，形成在線優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)在線優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解。

9、本發(fā)明提供的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法的有益效果如下：

10、面向同時(shí)包含穩(wěn)定型被控變量和積分型被控變量的油氣管網(wǎng)系統(tǒng)，采用斜率增量的形式描述積分型被控變量的變化軌跡，起始點(diǎn)為當(dāng)前的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值而非開(kāi)環(huán)預(yù)測(cè)值，從而避免開(kāi)環(huán)預(yù)測(cè)值超出約束區(qū)間無(wú)法控制的問(wèn)題；根據(jù)當(dāng)前值與約束區(qū)間的關(guān)系計(jì)算穩(wěn)態(tài)積分型被控變量允許失衡斜率區(qū)間，并在優(yōu)化問(wèn)題中增加允許失衡斜率、穩(wěn)態(tài)操縱變量增量之和的約束條件，進(jìn)一步限制穩(wěn)態(tài)積分型被控變量失衡的區(qū)間，從而保證油氣管網(wǎng)系統(tǒng)在安全的區(qū)域內(nèi)運(yùn)行。

11、在上述方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法還可以做如下改進(jìn)。

12、進(jìn)一步，根據(jù)油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)操縱變量構(gòu)造經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)，包括：

13、針對(duì)油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)操縱變量，確定穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題的決策變量；

14、根據(jù)決策變量，并通過(guò)差值系數(shù)矩陣構(gòu)造經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)。

15、進(jìn)一步，構(gòu)造用于保證穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的穩(wěn)態(tài)值在可操作的區(qū)間的穩(wěn)態(tài)積分斜率的約束條件，包括：

16、根據(jù)穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的增量、操作約束和安全約束，構(gòu)造穩(wěn)態(tài)積分斜率的約束條件。

17、2)第二方面，本發(fā)明還提供一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下：

18、包括目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造模塊、約束條件構(gòu)造模塊和求解模塊；

19、目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造模塊用于：針對(duì)油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)操縱變量構(gòu)造經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)；

20、約束條件構(gòu)造模塊用于：構(gòu)造穩(wěn)態(tài)操縱變量的約束條件和穩(wěn)態(tài)操縱變量的增量的約束條件；構(gòu)造穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定型被控變量的約束條件和穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的約束條件；構(gòu)造用于保證穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的穩(wěn)態(tài)值在可操作的區(qū)間的穩(wěn)態(tài)積分斜率的約束條件；

21、求解模塊用于：基于所有約束條件，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到操縱變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)和被控變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)；將操縱變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)和被控變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)作為動(dòng)態(tài)控制層的跟蹤目標(biāo)，形成在線優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)在線優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解。

22、在上述方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)還可以做如下改進(jìn)。

23、進(jìn)一步，目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造模塊具體用于：

24、針對(duì)油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)操縱變量，確定穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題的決策變量；

25、根據(jù)決策變量，并通過(guò)差值系數(shù)矩陣構(gòu)造經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)。

26、進(jìn)一步，約束條件構(gòu)造模塊還具體用于：

27、根據(jù)穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的增量、操作約束和安全約束，構(gòu)造穩(wěn)態(tài)積分斜率的約束條件。

28、3)第三方面，本發(fā)明還提供一種電子設(shè)備，電子設(shè)備包括處理器，處理器與存儲(chǔ)器耦合，存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有至少一條計(jì)算機(jī)程序，至少一條計(jì)算機(jī)程序由處理器加載并執(zhí)行，以使電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法。

29、4)第四方面，本發(fā)明還提供一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有至少一條計(jì)算機(jī)程序，至少一條計(jì)算機(jī)程序由處理器加載并執(zhí)行，以使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)上述任一項(xiàng)面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法。

30、需要說(shuō)明的是，本發(fā)明的第二方面至第四方面的技術(shù)方案及對(duì)應(yīng)的可能的實(shí)現(xiàn)方式所取得的有益效果，可以參見(jiàn)上述對(duì)第一方面及其對(duì)應(yīng)的可能的實(shí)現(xiàn)方式的技術(shù)效果，此處不再贅述。

技術(shù)特征：

1.一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，根據(jù)油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)操縱變量構(gòu)造經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法，其特征在于，構(gòu)造用于保證穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的穩(wěn)態(tài)值在可操作的區(qū)間的穩(wěn)態(tài)積分斜率的約束條件，包括：

4.一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造模塊、約束條件構(gòu)造模塊和求解模塊；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述目標(biāo)函數(shù)構(gòu)造模塊具體用于：

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述約束條件構(gòu)造模塊還具體用于：

7.一種電子設(shè)備，其特征在于，所述電子設(shè)備包括處理器，所述處理器與存儲(chǔ)器耦合，所述存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)有至少一條計(jì)算機(jī)程序，所述至少一條計(jì)算機(jī)程序由所述處理器加載并執(zhí)行，以使所述電子設(shè)備實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法。

8.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)中存儲(chǔ)有至少一條計(jì)算機(jī)程序，所述至少一條計(jì)算機(jī)程序由處理器加載并執(zhí)行，以使計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種面向油氣管網(wǎng)系統(tǒng)改進(jìn)的雙層結(jié)構(gòu)模型預(yù)測(cè)控制方法，涉及油氣管網(wǎng)系統(tǒng)的過(guò)程控制技術(shù)領(lǐng)域，方法包括：針對(duì)油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中的穩(wěn)態(tài)操縱變量構(gòu)造經(jīng)濟(jì)優(yōu)化問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)；構(gòu)造穩(wěn)態(tài)操縱變量的約束條件和穩(wěn)態(tài)操縱變量的增量的約束條件；構(gòu)造穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定型被控變量的約束條件和穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的約束條件；構(gòu)造用于保證穩(wěn)態(tài)積分型被控變量的穩(wěn)態(tài)值在可操作的區(qū)間的穩(wěn)態(tài)積分斜率的約束條件；基于所有約束條件，對(duì)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解；將操縱變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)和被控變量的穩(wěn)態(tài)目標(biāo)作為動(dòng)態(tài)控制層的跟蹤目標(biāo)，形成在線優(yōu)化問(wèn)題，對(duì)在線優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解。本發(fā)明能夠保證油氣管網(wǎng)系統(tǒng)中具有積分特性的被控變量運(yùn)行在安全的區(qū)域內(nèi)。

技術(shù)研發(fā)人員：崔濤,古麗,連江橋,李榮光,李順勇,陳莎,鄧勇,李毅,陳熙,王洪瑞,李想
受保護(hù)的技術(shù)使用者：國(guó)家石油天然氣管網(wǎng)集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21