一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法

1.本发明涉及储氢库地面管网布局优化领域，具体涉及一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法。


背景技术：

2.地下储氢库作为能源载体，可储存由多余的不稳定的风电转化成的氢气。同时，伴随着氢燃料汽车等氢基础设施的推广，地下储氢库是大规模氢能源储备的趋势。储氢库地面管网指将氢气注入储氢库的注气工艺和将氢气从储氢库采出的采出工艺采用的同一管网。储氢库地面管网在地下储氢库注氢和采氢过程发挥重要作用，然而其建设过程投资十分巨大，目前，主要通过优化地面管网布局降低建设投资。针对地面管网布局优化大多采用分级优化策略，即将两级管网的布局优化问题分为井组优化划分、站点位置优化、上层管网布局优化等子问题，这些子问题大部分是典型的不确定多项式困难问题。采用分级策略，依次优化得到各个子问题的最优解，最后得到管网布局。分级优化得出的管网布局是由各个子问题的最优解组成的一种综合方案，忽略了各个变量对整体方案的影响，是一种局部最优解。整体优化策略能快速确定管网拓扑结构，即可同时解决井组优化划分、站点位置优化及上层管网优化等子问题，可得到全局最优解，确保布局方案最优性。
3.集配气站作为储氢库地面管网的重要组成部分对管网建设投资有重要影响。集配气站的类型不同则有不同的容量边界和允许连接最多井场数，不同类型集配气站对应不同的价格，集配气站的投资影响整个管网的总投资。目前，大多数地面管网布局优化研究都将站点容量考虑为定值，由于集配气站容量边界越大，则价格越高，因此这种布局优化会造成集输站投资过大。同时，在施工现场会对根据站点容量边界考虑为相同定值得到的优化结果进行一定调整，造成优化结果与现场情况不符，使优化失去意义。
4.因此，亟需提出一种方法能够提高储氢库地面管网布局的合理性，进一步降低储氢库地面管网的建设成本。


技术实现要素：

5.本发明基于整体优化策略，提出一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，提高了储氢库地面管网布局的合理性，降低了地面管网建设的投资成本。
6.本发明提供了一种一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，所述方法包括：
7.s1：获取目标储氢库地面管网基础数据；
8.s2：构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型目标函数；
9.s3：构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型约束条件；
10.s4：求解考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型，生成管网布局方案。
11.进一步的，步骤s1所述的基础数据包括氢气需求数据、井场基础数据、注采站参数、集配气站类型及参数、管道参数。
12.进一步的，步骤s2中所述的目标函数为管网总投资最小，由集配管线投资、注采干线投资、集配气站投资和注采站投资组成，关系式为：
13.min f＝f
wp
+f
pc
+f
p
+fc14.式中，f为管网总投资；f
wp
为集配管线投资；f
pc
为注采干线投资；f
p
为集配气站投资；fc为注采站投资；
15.所述的集配管线投资为井场连接到所属集配气站的管道费用总和，关系式为：
[0016][0017]
式中，x
i,j
为井场i与集配气站j间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
i,j
为井场i与集配气站j间管道单位长度价格；l
i,j
为井场i与集配气站j间管道长度；
[0018]
当管网拓扑结构呈星星状时，所述的注采干线投资为集配气站连接到注采站的管道费用总和，关系式为：
[0019][0020]
式中，y
j,o
为集配气站j与注采站o间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
j,o
为集配气站j与注采站o间的管道单位长度价格；l
j,o
为集配气站j与注采站o间的管道长度；
[0021]
当管网拓扑结构呈星枝状时，所述的注采干线投资还包括集配气站之间连接管道的费用总和，关系式为：
[0022][0023]
式中，z
j,k
为集配气站j与集配气站k间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
j,k
为集配气站j到集配气站k间的管道单位长度价格；l
j,k
为集配气站j与集配气站k间的管道长度；
[0024]
所述的集配气站投资为建设所有类型集配气站费用总和，关系式为：
[0025][0026]
式中，δ
i,j,t
为集配气站位置和类型的选择变量，若在气井i处建立第t种类型集配气站j时值为1，否则为0；u
t
为第t种类型集配气站的建设费用；
[0027]ut
为第t种类型集配气站的建设费用；
[0028]
所述的注采站投资为建设注采站费用总和，关系式为：
[0029][0030]
式中，b
j,o
为注采站o的选择变量，若在集配气站j处建立注采站o时值为1，否则为0；co为注采站o的建设费用。
[0031]
进一步的，步骤s3中所述的约束条件包括：井场连接约束、注采站数量约束、注采站位置约束、集配气站容量约束、集配气站类型约束、注采干线数量约束、隶属关系约束、星枝状结构约束；
[0032]
所述的井场连接约束规定每个井场只隶属于一个集配气站，关系式为：
[0033][0034]
所述的注采站数量约束规定储氢库地面管网中仅有一座注采站，关系式为：
[0035][0036]
所述的注采站位置约束规定当集配气站j存在时，才能在此处建立注采站，关系式为：
[0037][0038]
所述的集配气站容量约束规定集配气站的容量必须满足所选择的第t种集配气站允许的最大流量以及最大连接井数范围，关系式为：
[0039][0040][0041]
所述的集配气站类型约束规定任意集配气站其类型唯一，关系式为：
[0042][0043]
所述的注采干线数量约束规定注采干线数量等于与注采站相连的集配气站的数量和，关系式为：
[0044][0045]
当管网拓扑结构呈星星状时，所述的隶属关系约束规定井场与集配气站、集配气站与注采站之间的隶属关系，关系式为：
[0046][0047][0048][0049]
当管网拓扑结构呈星枝状时，所述的隶属关系约束还包括规定集配气站之间的隶属关系，关系式为：
[0050][0051]
所述的星枝状结构约束规定集配气站及站间注采干线数量关系，关系式为：
[0052][0053]
进一步的，步骤s4中所述的考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型属于混合整数线性规划模型，模型求解时采用改进的分支定界法，求解步骤包括：
[0054]
s401：松弛模型整数约束，将整数规划问题转化为线性规划问题，求解得到线性规
划问题的最小值θ0，将θ0作为目标函数值的初始下界；将初始随机的井组分配以及集气站、中央站位置得到的目标函数值作为目标函数值的初始上界p0；
[0055]
s402：根据井场序号，第1个井场分别有设置为集配气站和不设置为集配气站两种情况，集配气站有多种类型，对应的集配气站建设变量δ
i,j,t
分别为0和1，当δ
i,j,t
＝1时，表示在气井i处建设t类型的集配气站j，同时需考虑是否将在该处建设注采站，对应的注采站建设变量b
j,o
为0和1，对应该集配气站处建设注采站和不建设注采站两种情况，其余整数变量依旧松弛为线性约束，将规划问题分解为3个子问题；
[0056]
s403：对3个线性规划子问题求解，得到3个子问题的最小值，如果3个子问题的最小值θ1大于θ0，将规划问题的总费用的下界更新为3个子问题的最小值θ1，如果子问题中产生了可行解，并且可行解的值p1小于p0，就更新规划问题的上界为p1；
[0057]
s404：针对剩余井场进行规划问题分解，得到x个子问题，同样的根据得到目标函数值更新已有的上界和下界为p2和θ2；如果子问题得到的目标函数值下界大于已有的目标函数值上界，则将该子问题对应的分支剪除，不再对该子问题继续分支；
[0058]
s405：在固定完注采站和集配气站变量后，再依次固定并且分支井口连接变量x
i,j
，依据以上步骤对规划问题上下界进行更新，并且剪支，直至固定所有二元决策变量；以最终得到的下界作为规划问题的最优目标函数值，得到原规划问题的全局最优解。
[0059]
进一步的，步骤s4中所述的管网布局方案包括目标管网总投资、集配气站类型、位置和数量、注采站位置、井场与集配气站管网连接关系、集配气站与注采站管网连接关系。
[0060]
本说明书提供的一种考虑一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，基于整体优化策略，综合考虑集配气站容量可变边界的实际实际工程因素，通过建立并求解布局优化模型得到兼顾应用性和经济性的布局方案，为储氢库地面管网布局工作提供指导意义；同时，该模型可同时求解得到星星状和星枝状结构布局方案，可根据工程实际情况进行选择，提高了布局方案的工程应用程度。
附图说明
[0061]
图1为本发明流程图；
[0062]
图2为给定容量边界下星星状管网布局优化结果；
[0063]
图3为可变容量边界下星星状管网布局优化结果；
[0064]
图4为给定容量边界下星枝状管网布局优化结果；
[0065]
图5为可变容量边界下星枝状管网布局优化结果。
具体实施方式
[0066]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0067]
如图1所示，本发明提供的一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，包括以下步骤：
[0068]
s1：获取目标储氢库地面管网基础数据；
[0069]
s2：构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型目标函数；
[0070]
s3：构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型约束条件；
[0071]
s4：求解考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型，生成管网布局方案。
[0072]
一实施例中，步骤s1所述的基础数据包括氢气需求数据、井场基础数据、注采站参数、集配气站类型及参数、管道参数。
[0073]
一实施例中，步骤s2中所述的目标函数为管网总投资最小，由集配管线投资、注采干线投资、集配气站投资和注采站投资组成，关系式为：
[0074]
min f＝f
wp
+f
pc
+f
p
+fcꢀꢀꢀ
(1)
[0075]
式中，f为管网总投资；f
wp
为集配管线投资；f
pc
为注采干线投资；f
p
为集配气站投资；fc为注采站投资；
[0076]
所述的集配管线投资为井场连接到所属集配气站的管道费用总和，关系式为：
[0077][0078]
式中，x
i,j
为井场i与集配气站j间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
i,j
为井场i与集配气站j间管道单位长度价格；l
i,j
为井场i与集配气站j间管道长度；
[0079]
当管网拓扑结构呈星星状时，所述的注采干线投资为集配气站连接到注采站的管道费用总和，关系式为：
[0080][0081]
式中，y
j,o
为集配气站j与注采站o间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
j,o
为集配气站j与注采站o间的管道单位长度价格；l
j,o
为集配气站j与注采站o间的管道长度；
[0082]
当管网拓扑结构呈星枝状时，所述的注采干线投资还包括集配气站之间连接管道的费用总和，关系式为：
[0083][0084]
式中，z
j,k
为集配气站j与集配气站k间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
j,k
为集配气站j到集配气站k间的管道单位长度价格；l
j,k
为集配气站j与集配气站k间的管道长度；
[0085]
所述的集配气站投资为建设所有类型集配气站费用总和，关系式为：
[0086][0087]
式中，δ
i,j,t
为集配气站位置和类型的选择变量，若在气井i处建立第t种类型集配气站j时值为1，否则为0；u
t
为第t种类型集配气站的建设费用；
[0088]
所述的注采站投资为建设注采站费用总和，关系式为：
[0089][0090]
式中，b
j,o
为注采站o的选择变量，若在集配气站j处建立注采站o时值为1，否则为0；co为注采站o的建设费用。
[0091]
一实施例中，步骤s3中所述的约束条件包括：井场连接约束、注采站数量约束、注
采站位置约束、集配气站容量约束、集配气站类型约束、注采干线数量约束、隶属关系约束、星枝状结构约束；
[0092]
所述的井场连接约束规定每个井场只隶属于一个集配气站，关系式为：
[0093][0094]
所述的注采站数量约束规定储氢库地面管网中仅有一座注采站，关系式为：
[0095][0096]
所述的注采站位置约束规定当集配气站j存在时，才能在此处建立注采站，关系式为：
[0097][0098]
所述的集配气站容量约束规定集配气站的容量必须满足所选择的第t种集配气站允许的最大流量以及最大连接井数范围，关系式为：
[0099][0100][0101]
所述的集配气站类型约束规定任意集配气站其类型唯一，关系式为：
[0102][0103]
所述的注采干线数量约束规定注采干线数量等于与注采站相连的集配气站的数量和，关系式为：
[0104][0105]
当管网拓扑结构呈星星状时，所述的隶属关系约束规定井场与集配气站、集配气站与注采站之间的隶属关系，关系式为：
[0106][0107][0108][0109]
当管网拓扑结构呈星枝状时，所述的隶属关系约束还包括规定集配气站之间的隶属关系，关系式为：
[0110][0111]
所述的星枝状结构约束规定集配气站及站间注采干线数量关系，关系式为：
[0112]
[0113]
公式(1)至公式(18)符号说明如表1、表2、表3所示。
[0114]
表1考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型索引和集合
[0115]
i∈i井场集合j∈j k∈j集配气站集合o∈o注采站集合t∈t用户节点集合
[0116]
表2考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型已知参数
[0117][0118]
表3考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型决策变量
[0119]
x
i,j
井场i与集配气站j间的连接关系变量y
j,o
集配气站j与注采站o间的连接关系变量z
j,k
集配气站j与集配气站k间的连接关系变量δ
i,j,t
集配气站j的位置和类型选择变量b
j,o
注采站o的位置选择变量
[0120]
一实施例中，步骤s4中所述的考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型属于混合整数线性规划模型，模型求解时采用改进的分支定界法，求解步骤包括：
[0121]
s401：松弛模型整数约束，将整数规划问题转化为线性规划问题，求解得到线性规划问题的最小值θ0，将θ0作为目标函数值的初始下界；将初始随机的井组分配以及集气站、中央站位置得到的目标函数值作为目标函数值的初始上界p0；
[0122]
s402：根据井场序号，第1个井场分别有设置为集配气站和不设置为集配气站两种情况，集配气站有多种类型，对应的集配气站建设变量δ
i,j,t
分别为0和1，当δ
i,j,t
＝1时，表示在气井i处建设t类型的集配气站j，同时需考虑是否将在该处建设注采站，对应的注采站建设变量b
j,o
为0和1，对应该集配气站处建设注采站和不建设注采站两种情况，其余整数变量依旧松弛为线性约束，将规划问题分解为3个子问题；
[0123]
s403：对3个线性规划子问题求解，得到3个子问题的最小值，如果3个子问题的最小值θ1大于θ0，将规划问题的总费用的下界更新为3个子问题的最小值θ1，如果子问题中产生了可行解，并且可行解的值p1小于p0，就更新规划问题的上界为p1；
[0124]
s404：针对剩余井场进行规划问题分解，得到x个子问题，同样的根据得到目标函数值更新已有的上界和下界为p2和θ2；如果子问题得到的目标函数值下界大于已有的目标函数值上界，则将该子问题对应的分支剪除，不再对该子问题继续分支；
[0125]
s405：在固定完注采站和集配气站变量后，再依次固定并且分支井口连接变量x
i,j
，依据以上步骤对规划问题上下界进行更新，并且剪支，直至固定所有二元决策变量；以
最终得到的下界作为规划问题的最优目标函数值，得到原规划问题的全局最优解。
[0126]
一实施例中，步骤s4中所述的管网布局方案包括目标管网总投资、集配气站类型、位置和数量、注采站位置、井场与集配气站管网连接关系、集配气站与注采站管网连接关系。
[0127]
为了证明可变容量边界下优化管网能进一步降低管网的总投资及更合理地布置集配气站，本应用示例将可变容量边界下优化得到的管网各部分投资与给定容量边界下优化得到的管网各部分投资作对比分析，并将给定容量边界优化得到的方案中集配气站实际容量与给定容量边界作对比分析。
[0128]
某城市氢气需求量392
×
104m3/d，井场的采气量分别为9
×
104m3/d、10
×
104m3/d、11
×
104m3/d、13
×
104m3/d。根据用氢量和井场的采气量，在10000m
×
10000m区域范围内设计36个井场的储氢库，井场数据如表4所示，集配气站类型及参数如表5所示，管网参数如表6所示。
[0129]
表4井场基础数据
[0130][0131]
表5站别类型及参数
[0132][0133]
表6管网参数
[0134]
序号项目价格1集配气站单位长度价格3800元/m2注采干线的单位长度价格4100元/m4注采站价格18000万元/个
[0135]
具体应用实例1：星星状地面管网
[0136]
对给定容量边界和可变容量边界下星星状管网布局优化数学模型求解，优化得到储氢库地面管网最优布局方案如图2和图3所示。
[0137]
(1)给定容量边界下星星状管网最优布局方案
[0138]
该布局方案共建立了11个集配气站，分别在井场3、5、7、8、10、14、15、18、20、31、35建立了集配气站，将注采站建立在井场9上，同时建立了11条注采干线连接注采站与集配气站。
[0139]
(2)可变容量边界下星星状管网最优布局方案
[0140]
该布局优化方案共建立了3种类型共6个集配气站，在井场14建立类型3的1个集配气站，在井场2和井场35建立类型4共2个集配气站，在井场9、井场19和井场31建立类型5共3个集配气站，同样将注采站建立在井场9上，同时建立了5条注采干线连接注采站与集配气站。
[0141]
星星状管网优化得到的各部分投资如表7所示。从表7中可以看出，给定容量边界下管网总投资为70686万元，可变容量边界下管网总投资为61724.4万元，同比下降12.6％。其中，给定容量边界下的集配管线投资为15963万元，可变容量边界下的21165万元，同比增长24.6％；这是因为可变容量边界下集配气站容量得到充分利用，在集配气站允许的前提下接入更多的井场，减少集配气站容量浪费，极大程度降低了注采干线(同比下降48.6％)、集配气站投资(同比下降31.4％)。
[0142]
表7星星状管网优化得到的各部分投资
[0143]
容量边界模式可变容量边界给定容量边界集配管线投资(万元)2116515963注采干线投资(万元)7759.415123集配气站数量511集配气站投资(万元)1480021600总投资(万元)61724.470686
[0144]
具体应用实例2：星枝状地面管网
[0145]
对给定容量边界和可变容量边界下星枝状管网布局优化数学模型求解，优化得到储氢库地面管网最优布局方案如图4和图5所示。
[0146]
(1)给定容量边界下星枝状管网最优布局方案
[0147]
该布局方案共建立了11个集配气站，分别在井场2、4、7、8、10、11、15、22、25、27、31建立了集配气站，将注采站建立在井场12上，同时建立了11条注采干线连接注采站与集配气站。
[0148]
(2)可变容量边界下星枝状管网最优布局方案
[0149]
该布局优化方案共建立了3种类型共7个集配气站，在井场3、井场5和井场6建立类型2的共3个集配气站，在井场20和井场27建立类型3共2个集配气站，在井场31和井场35建
立类型5共2个集配气站，将注采站建立在井场35上，同时建立了6条注采干线连接注采站与集配气站。
[0150]
星枝状管网优化得到的各部分投资如表8所示。从表8中可以看出，给定容量边界下管网总投资为64783.8万元，可变容量边界下管网总投资为60534万元，同比下降6.5％。其中，给定容量边界下的集配气站建设数量为11个，可变容量边界下集配气站建设数量为6个，同比减少5个；这是因为可变容量边界下集配气站容量能够充分利用，接入更多的井场，即使该模式增加了储氢库地面管网的集配管线的投资(同比增长21.1％)，但降低了注采干线投资(同比下降15.6％)与集配气站投资(同比下降27.7％)，从而实现减少管网总投资的目的。
[0151]
表8星枝状管网优化得到的各部分投资
[0152]
容量边界模式可变容量边界给定容量边界集配管线投资(万元)1873615467注采干线投资(万元)81989716.8集配气站数量611集配气站投资(万元)1560021600总投资(万元)6053464783.8
[0153]
以上所述仅为本说明书中具体实施方式的实施例而已，并不用于限制本说明书实施例。对于本领域技术人员来说，本说明书实施例可以有各种更改和变化。凡在本说明书实施例的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书实施例的权利要求范围之内。

技术特征：
1.一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：获取目标储氢库地面管网基础数据；s2：构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型目标函数；s3：构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型约束条件；s4：求解考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型，生成管网布局方案。2.如权利要求1所述的一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，其特征在于，步骤s1所述的基础数据包括氢气需求数据、井场基础数据、注采站参数、集配气站类型及参数、管道参数。3.如权利要求1所述的一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，其特征在于，步骤s2中所述的目标函数为管网总投资最小，由集配管线投资、注采干线投资、集配气站投资和注采站投资组成，关系式为：min f＝f
wp
+f
pc
+f
p
+f
c
式中，f为管网总投资；f
wp
为集配管线投资；f
pc
为注采干线投资；f
p
为集配气站投资；f
c
为注采站投资；所述的集配管线投资为井场连接到所属集配气站的管道费用总和，关系式为：式中，x
i,j
为井场i与集配气站j间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
i,j
为井场i与集配气站j间管道单位长度价格；l
i,j
为井场i与集配气站j间管道长度；当管网拓扑结构呈星星状时，所述的注采干线投资为集配气站连接到注采站的管道费用总和，关系式为：式中，y
j,o
为集配气站j与注采站o间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
j,o
为集配气站j与注采站o间的管道单位长度价格；l
j,o
为集配气站j与注采站o间的管道长度；当管网拓扑结构呈星枝状时，所述的注采干线投资还包括集配气站之间连接管道的费用总和，关系式为：式中，z
j,k
为集配气站j与集配气站k间的连接关系变量，连接时值为1，不连接时值为0；w
j,k
为集配气站j到集配气站k间的管道单位长度价格；l
j,k
为集配气站j与集配气站k间的管道长度；所述的集配气站投资为建设所有类型集配气站费用总和，关系式为：式中，δ
i,j,t
为集配气站位置和类型的选择变量，若在气井i处建立第t种类型集配气站j，则其值为1，否则为0；u
t
为第t种类型集配气站的建设费用；
所述的注采站投资为建设注采站费用总和，关系式为：式中，b
j,o
为注采站o的选择变量，若在集配气站j处建立注采站o，则其值为1，否则为0；c
o
为注采站o的建设费用。4.如权利要求1所述的一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，其特征在于，步骤s3中所述的约束条件包括：井场连接约束、注采站数量约束、注采站位置约束、集配气站容量约束、集配气站类型约束、注采干线数量约束、隶属关系约束、星枝状结构约束所述的井场连接约束规定每个井场只隶属于一个集配气站，关系式为：所述的注采站数量约束规定储氢库地面管网中仅有一座注采站，关系式为：所述的注采站位置约束规定当集配气站j存在时，才能在此处建立注采站，关系式为：所述的集配气站容量约束规定集配气站的容量必须满足所选择的第t种集配气站允许的最大流量以及最大连接井数范围，关系式为：的最大流量以及最大连接井数范围，关系式为：所述的集配气站类型约束规定任意集配气站其类型唯一，关系式为：所述的注采干线数量约束规定注采干线数量等于与注采站相连的集配气站的数量和，关系式为：当管网拓扑结构呈星星状时，所述的隶属关系约束规定井场与集配气站、集配气站与注采站之间的隶属关系，关系式为：注采站之间的隶属关系，关系式为：注采站之间的隶属关系，关系式为：
当管网拓扑结构呈星枝状时，所述的隶属关系约束还包括规定集配气站之间的隶属关系，关系式为：所述的星枝状结构约束规定集配气站及站间注采干线数量关系，关系式为：5.如权利要求1所述的一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，其特征在于，步骤s4中所述的考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型属于混合整数线性规划模型，模型求解时采用改进的分支定界法，求解步骤包括：s401：松弛模型整数约束，将整数规划问题转化为线性规划问题，求解得到线性规划问题的最小值θ0，将θ0作为目标函数值的初始下界；将初始随机的井组分配以及集气站、中央站位置得到的目标函数值作为目标函数值的初始上界p0；s402：根据井场序号，第1个井场分别有设置为集配气站和不设置为集配气站两种情况，集配气站有多种类型，对应的集配气站建设变量δ
i,j,t
分别为0和1，当δ
i,j,t
＝1时，表示在气井i处建设t类型的集配气站j，同时需考虑是否将在该处建设注采站，对应的注采站建设变量b
j,o
为0和1，对应该集配气站处建设注采站和不建设注采站两种情况，其余整数变量依旧松弛为线性约束，将规划问题分解为3个子问题；s403：对3个线性规划子问题求解，得到3个子问题的最小值，如果3个子问题的最小值θ1大于θ0，将规划问题的总费用的下界更新为3个子问题的最小值θ1，如果子问题中产生了可行解，并且可行解的值p1小于p0，就更新规划问题的上界为p1；s404：针对剩余井场进行规划问题分解，得到x个子问题，同样的根据得到目标函数值更新已有的上界和下界为p2和θ2；如果子问题得到的目标函数值下界大于已有的目标函数值上界，则将该子问题对应的分支剪除，不再对该子问题继续分支；s405：在固定完注采站和集配气站变量后，再依次固定并且分支井口连接变量x
i,j
，依据以上步骤对规划问题上下界进行更新，并且剪支，直至固定所有二元决策变量；以最终得到的下界作为规划问题的最优目标函数值，得到原规划问题的全局最优解。6.如权利要求1所述的一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，其特征在于，步骤s4中所述的管网布局方案包括目标管网总投资、集配气站类型、位置和数量、注采站位置、井场与集配气站管网连接关系、集配气站与注采站管网连接关系。

技术总结
本发明供了一种考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化方法，该方法包括：获取目标储氢库地面管网基础数据；构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型目标函数；构建考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型约束条件；求解考虑可变容量边界的储氢库地面管网布局优化模型，生成管网布局方案。本发明耦合储氢库地面管网布局和集配气站容量优化，提出了可变容量边界下的储氢库地面管网布局优化方法，能够筛选合适的集配气站类型，并充分利用其容量，以经济最优性为前提得到储氢库地面管网布局方案，有效降低管网建设成本。成本。成本。


技术研发人员：周军 刘诗桃 梁光川 彭思洲
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/23