天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度模型的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于動態(tài)規(guī)劃的天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度模型，涉及產(chǎn)銷調(diào)度【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明利用所建立的動態(tài)規(guī)劃模型，通過包括根據(jù)前提假設(shè)，建立以天然氣公司最大銷售收益為目標函數(shù)的動態(tài)規(guī)劃模型及利用編程輸入上述參數(shù)，通過逆序遞推方法求出天然氣分配的最優(yōu)決策序列和天然氣公司的最大收益的等操作步驟，克服了傳統(tǒng)的建立線性規(guī)劃模型，利用單純形法求解，并因其產(chǎn)地與銷售地點相距較遠，市場分布比較分散，而用戶的需求具有波動性，所以存在時間與空間上的不均勻性，同時，該算法還存在計算開銷大的問題。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)比較具有簡單、便捷、快速，低成本的特點，為天然氣企業(yè)銷售收益的最大化提供了堅實的技術(shù)物質(zhì)基礎(chǔ)。
【專利說明】天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度模型

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及產(chǎn)銷調(diào)度【技術(shù)領(lǐng)域】，具體指一種基于動態(tài)規(guī)劃的天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度 模型。

【背景技術(shù)】
[0002] 天然氣作為一種清潔高效的優(yōu)質(zhì)能源，目前已經(jīng)發(fā)展為城鎮(zhèn)用氣的主要氣源。在 天然氣產(chǎn)業(yè)中，天然氣公司的主要任務(wù)是從氣田購買天然氣，再將天然氣銷售給最終用戶。 其中，由于不同氣田的天然氣生產(chǎn)規(guī)模和條件各不相同，天然氣公司從不同氣田購進的天 然氣價格也各不相同。另外，由于最終用戶可分為可中斷用戶和不可中斷用戶兩類，對于不 同用戶，天然氣對其產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)或日常生活的重要性不同，所以天然氣公司對其銷售的天然 氣價格也不相同。同時，也要考慮天然氣在產(chǎn)銷運行過程中，上游氣田穩(wěn)定生產(chǎn)與下游用戶 波動使用之間的矛盾。如何在綜合考慮天然氣的購氣成本、售氣收入以及其他的基礎(chǔ)設(shè)備 損耗這些不確定因素的條件下，對天然氣購買與銷售實施有效的分配與調(diào)度，實現(xiàn)天然氣 的產(chǎn)銷平衡和有效運行，達到天然氣公司的最大收益，并使天然氣供氣平穩(wěn)安全，是目前天 然氣產(chǎn)業(yè)急待解決的問題。在這種情況下，為求得天然氣公司的最大收益，常用的方法是建 立線性規(guī)劃模型，利用單純形法求解。但由于其產(chǎn)地與銷售地點相距較遠，市場分布比較分 散，而用戶的需求具有波動性，所以存在時間與空間上的不均勻性，同時，該算法還存在計 算開銷大的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺失和不足，而提出采用動態(tài)規(guī)劃模型來 求解天然氣的產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度問題。從本質(zhì)上講，在保證天然氣供銷平衡的條件下，天然氣 的購買和銷售決策是一個多階段的動態(tài)過程，需要從時間與空間上對天然氣進行合理的購 買與分配，在保障整個天然氣市場運轉(zhuǎn)正常和供氣合理的前提之下，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和社會 效益的均衡。因此，為解決上述線性規(guī)劃模型存在的缺失，通過劃分階段，將天然氣的購買 與銷售過程離散化，建立以天然氣公司最大銷售收益為目標函數(shù)的動態(tài)規(guī)劃模型。利用 Matlab7. 12.0(R2011a)編程輸入以上模型中得到的約束條件和目標函數(shù)，通過逆序遞推方 法求出天然氣分配的最優(yōu)決策序列和天然氣公司的最大收益。
[0004] 建立天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度模型流程（如附圖1所示）
[0005] 1.動態(tài)規(guī)劃模型建立的前提條件
[0006] 1)認為天然氣公司從各個氣源的購氣費用與購氣量呈正比例關(guān)系，其向各用戶銷 售天然氣所獲得的售氣收入與售氣量也呈正比例關(guān)系，即
[0007] Cj = CiQn
[0008] Sj = SjQ2j
[0009] 2)假定向第j個用戶銷售一定量的天然氣時，天然氣管道的運行費用和壓氣站的 運行費用考慮為一個常數(shù)Gj ;
[0010] 3)在目標函數(shù)中不考慮與管網(wǎng)的運行方案無關(guān)的管道、壓氣站的人工和設(shè)備維修 費用，天然氣的產(chǎn)銷是平衡的模型中沒有考慮天然氣的儲氣部分。
[0011] 2.建立以天然氣公司最大銷售收益為目標函數(shù)的動態(tài)規(guī)劃模型包括：
[0012] 階段變量j :將天然氣產(chǎn)銷運行的周期細化為一個月，在每個月內(nèi)以天然氣公司 在該運行周期內(nèi)以用戶個數(shù)劃分階段，在該時段中有多少天然氣用戶，就將產(chǎn)銷運行過程 劃分為多少個階段，則有：j = 1，2, "·，Μ ;
[0013] 所述狀態(tài)變量Qj:以該階段內(nèi)天然氣公司現(xiàn)有的總的天然氣量作為狀態(tài)變量，假 設(shè)在運行初期，天然氣公司從各個氣源購買的天然氣總量為Q，并假定％ = Q ;
[0014] 所述決策變量Q2y以天然氣公司向各個用戶銷售的天然氣總量作為決策變量， 則：
[0015]

【權(quán)利要求】
1. 一種天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度模型，其特征是，包括步驟： A. 建立以天然氣公司最大銷售收益為目標函數(shù)的動態(tài)規(guī)劃模型； B. 通過逆序遞推方法求出天然氣分配的最優(yōu)決策序列和天然氣公司的最大收益； 并設(shè)定： 甲.認為天然氣公司從各個氣源的購氣費用與購氣量呈正比例關(guān)系，其向各用戶銷售 天然氣所獲得的銷售氣收入與銷售氣量也呈正比例關(guān)系，即 Q = cAi Sj 一 SjQ2j 乙.假定向第j個用戶銷售一定量的天然氣時，天然氣管道的運行費用和壓氣站的運 行費用考慮為一個常數(shù)Cj ; 丙.在目標函數(shù)中不考慮與管網(wǎng)的運行方案無關(guān)的管道、壓氣站的人工和設(shè)備維修費 用，天然氣的產(chǎn)銷是平衡的方法中沒有考慮天然氣的儲氣部分。
2. 如權(quán)利要求1所述的天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度模型，其特征是，所述步驟A.建立以天然 氣公司最大銷售收益為目標函數(shù)的動態(tài)規(guī)劃模型其包括 ： 階段變量j :將天然氣產(chǎn)銷運行的周期細化為一個月，在每個月內(nèi)以天然氣公司在該 運行周期內(nèi)以用戶個數(shù)劃分階段，在該時段中有多少天然氣用戶，就將產(chǎn)銷運行過程劃分 為多少個階段，則有：j = 1，2，···，Μ; 所述狀態(tài)變量％ :以該階段內(nèi)天然氣公司現(xiàn)有的總的天然氣量作為狀態(tài)變量，假設(shè)在 運行初期，天然氣公司從各個氣源購買的天然氣總量為Q，并假定％ = Q ; 所述決策變量Qm :以天然氣公司向各個用戶銷售的天然氣總量作為決策變量，則：
所述狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程：Qm = ，即第j+Ι階段天然氣公司擁有的天然氣總量％+1等 于第j個階段初期天然氣公司擁有的天然氣總量％與第j個階段公司向第j個用戶銷售 的天然氣總量Q2j之差，則有QM+1 = 〇 ; 所述效益函數(shù)A (Q2j):效益函數(shù)ri (Q2j)表示在第j個階段，天然氣公司向用戶j銷售 Q2j的天然氣時獲得的收益；
則最終目標函數(shù)為：
其中，約束條件包括： 在該運行周期內(nèi)，天然氣公司向Μ個用戶銷售的屬于氣源i的天然氣總量應(yīng)該滿足：
在第j個階段，天然氣公司向用戶j銷售的天然氣量應(yīng)該滿足用戶的用氣要求，即： Ajmin < 〇2j < Ajmax 各個時間段內(nèi)，在產(chǎn)銷平衡的條件下，M個用戶的總用氣量應(yīng)與從N個氣源購買的天然 氣量相等，即：
在該運行周期內(nèi)，用戶j總購氣總量應(yīng)與從N個購買的天然氣的總和相等，即：
各個變量的非負性約束： Qn 彡 0, Q2j 彡 0, Q2ij 彡 0。
3.如權(quán)利要求1所述的天然氣產(chǎn)銷優(yōu)化調(diào)度模型，其特征是，所述步驟B.通 過逆序遞推方法求出天然氣分配的最優(yōu)決策序列和天然氣公司的最大收益，利用 Matlab7. 12.0(R2011a)編程輸入以上模型中得到的約束條件和目標函數(shù)，其中，逆序算法 步驟： 設(shè)定初始值，取 j = M+1，fM+1 (QM+1) = 0, Qi = Q ; 逆向遞推，綜合氣源供氣量、用戶購氣量和供銷平衡這些約束條件，依次取j = Μ, M-1,…，1，計算：
Qj+i 一 Q廠 根據(jù)初始條件fM+1(QM+1) = 〇,先求出第Μ個階段的最優(yōu)決策和最大收益，然后代入迭代 公式中，求出第Μ-1個階段的最優(yōu)決策和最大收益，依次類推，逐段求出每個階段的最優(yōu)決 策和最大收益，直至求到(QD，得到整段時期的最大收益。
【文檔編號】G06Q50/06GK104123662SQ201410336284
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】馬燕, 張寧麗, 張相芬 申請人:上海師范大學