城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法及系統與流程

本發明實施例涉及可靠性工程
技術領域：
，具體涉及城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法及系統。
背景技術：
：隨著科技的發展，天然氣的使用越來越多，現在大部分分城市都使用天然氣作為能源，為人們的生活帶來了極大的方便。城市天然氣管道系統是接收外部氣源、向市區及郊區村鎮居民供應生活用氣、企業熱源或化工原料的重要樞紐。盡早的發現城市天然氣管道系統中的故障、定位故障、探究故障傳播的規律對于天然氣輸送有著重要的意義。現有技術中，對于城市天然氣管道系統故障方面的研究主要集中在如何分析和建立故障發生對整條管道中天然氣運行參數的影響。且多是針對一條管道進行研究，從局部角度解決問題，如將管道進行分段，分析其風險發展趨勢。但是，現有技術中大多是只考慮城市天然氣管道系統故障對局部的影響，但是因為天然氣管道是相互連通的，一處故障會對整個系統造成影響，如果僅僅考慮管道系統故障對局部的影響，這對城市天然氣管道系統的故障分析、故障傳播影響評估以及故障監測都會造成影響。因此，如何提出一種方案，能夠提高城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性，成為亟待解決的問題。技術實現要素：針對現有技術中的缺陷，本發明實施例提供一種城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法及系統。一方面，本發明實施例提出一種城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法，包括：根據城市天然氣管道系統建立所述城市天然氣管道系統的網絡結構拓撲圖，所述網絡結構拓撲圖包括：節點和表示天然氣管道的邊，其中所述節點和邊用來表示所述城市天然氣管道系統的連接關系，所述邊帶有表示天然氣流動的方向；根據所述網絡結構拓撲圖建立網絡模型，所述網絡模型包括節點信息表、邊信息表以及所述節點的連接矩陣；根據所述網絡模型中的所述節點信息表、所述邊信息表和所述連接矩陣以及預設的約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統正常狀態對應的第一流量壓力分配信息；在所述網絡模型中模擬系統故障，并根據預設的故障傳播規則和所述約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統在故障狀態下對應的第二流量壓力分配信息；比較所述第一流量壓力分配信息和所述第二流量壓力分配信息對所述城市天然氣管道系統進行故障傳播影響評估。另一方面，本發明實施例提供一種城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統，包括：拓撲圖建立模塊，用于根據城市天然氣管道系統建立所述城市天然氣管道系統的網絡結構拓撲圖，所述網絡結構拓撲圖包括：節點和表示天然氣管道的邊，其中所述節點和邊用來表示所述城市天然氣管道系統的連接關系，所述邊帶有表示天然氣流動的方向；網絡模型建立模塊，用于根據所述網絡結構拓撲圖建立網絡模型，所述網絡模型包括節點信息表、邊信息表以及所述節點的連接矩陣；第一流量壓力分配獲取模塊，用于根據所述網絡模型中的所述節點信息表、所述邊信息表和所述連接矩陣以及預設的約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統正常狀態對應的第一流量壓力分配信息；第二流量壓力分配獲取模塊，用于在所述網絡模型中模擬系統故障，并根據預設的故障傳播規則和所述約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統在故障狀態下對應的第二流量壓力分配信息；故障傳播影響評估模塊，用于比較所述第一流量壓力分配信息和所述第二流量壓力分配信息對所述城市天然氣管道系統進行故障傳播影響評估。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法及系統，通過建立城市天然氣管道系統的網絡模型，獲取城市天然氣管道系統正常狀態下的流量和壓力分配情況，再進行系統故障的模擬，獲取城市天然氣管道系統故障后的流量和壓力分配情況。將正常狀態的流量壓力的分配情況與故障狀態的流量壓力的分配情況進行比較，進一步進行城市天然氣管道系統的故障傳播影響評估。實現了天然氣管道局部故障對整個天然氣管道的影響的評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。附圖說明圖1為本發明實施例中城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法的流程示意圖；圖2為本發明實施例中網絡結構拓撲圖的結構示意圖；圖3為本發明實施例中城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法的流程示意圖；圖4為本發明實施例中又一網絡結構拓撲圖的結構示意圖；圖5為本發明實施例中故障判據模型結構示意圖；圖6為本發明實施例中又一網絡結構拓撲圖的結構示意圖；圖7為本發明實施例中調壓室故障傳播流程示意圖；圖8為本發明實施例中城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統的結構示意圖。具體實施方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。圖1為本發明實施例中城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法的流程示意圖，如圖1所示，本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法包括：s1、根據城市天然氣管道系統建立所述城市天然氣管道系統的網絡結構拓撲圖，所述網絡結構拓撲圖包括：節點和表示天然氣管道的邊，其中所述節點和邊用來表示所述城市天然氣管道系統的連接關系，所述邊帶有表示天然氣流動的方向；具體地，本發明實施例根據城市天然氣管道系統建立出該城市的天然氣管道網絡結構拓撲圖，即用節點和邊來表示城市天然氣管道系統的連接關系以及天然氣的流動方向。其中網絡結構拓撲圖中的節點表示城市天然氣管道系統中的調壓室或閥門，邊表示城市天然氣管道系統中的管道，并且每條邊帶有表示城市天然氣管道系統中的天然氣的流動方向。具體可以將網絡結構拓撲圖中的節點和邊分別進行順序編號。s2、根據所述網絡結構拓撲圖建立網絡模型，所述網絡模型包括節點信息表、邊信息表以及所述節點的連接矩陣；具體地，建立好城市天然氣管道系統的網絡結構拓撲圖之后，根據網絡結構拓撲圖建立該城市的天然氣的網絡模型，其中網絡模型中包括節點信息表、邊信息表以及節點的連接矩陣。其中節點信息表中可以包括節點對應的類型、等級、消耗流量以及節點對應的供給需求關系；邊信息表可以包括各個邊對應的等級、起點、終點以及該邊代表的管道的長度和直徑。其中，節點的類型可以根據節點的具體作用進行劃分；節點和邊對應的等級可以根據管道壓力進行劃分，管道壓力越大，等級越高，管道壓力越小，等級越小；節點的消耗流量可以根據城市天然氣管道系統的具體情況進行設置；節點對應的供給需求關系是指該節點是向其他節點供給天然氣或需要其他節點向該節點供給天然氣，即天然氣在該節點處時是輸出還是輸入；邊的起點和終點根據該邊對應的天然氣的流動方向進行設置。其中，連接矩陣是利用矩陣的方式表示節點之間的連接關系，本發明實施例中將定義連接矩陣為a＝[aij]，其中，i表示網絡結構拓撲圖中的節點i，j表示網絡結構拓撲圖中的管道j。具體地，若節點i不在管道j上，則對應在連接矩陣中的元素aij表示為0；若節點i在管道j上，并且為管道j的起點，則對應在連接矩陣中的元素aij表示為-1；若節點i在管道j上，并且為管道j的終點，則對應在連接矩陣中的元素aij表示為1。如：圖2為本發明實施例中網絡結構拓撲圖的結構示意圖，如圖2所示，圖中圓圈表示節點，圓圈中的字母表示節點編號，帶箭頭的線段表示邊，即表示管道，箭頭表示天然氣的流動方向。本發明實施例中城市天然氣管道的網絡結構拓撲圖中有6個節點a、b、c、d、e、f，有6條邊ab、bc、cd、ae、df、ef，其中箭頭表示天然氣在管道中的流向，則其中連接矩陣可以表示為如下公式(1)：s3、根據所述網絡模型中的所述節點信息表、所述邊信息表和所述連接矩陣以及預設的約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統正常狀態對應的第一流量壓力分配信息；具體地，建立城市天然氣管道系統的網絡模型后，根據該網絡模型中的節點信息表、邊信息表以及預設的約束條件，獲取城市天然氣管道系統正常狀態對應的第一流量壓力分配信息，即計算城市天然氣管道系統正常狀態對應的流量和壓力分配情況，具體可以計算出各個節點對應的壓力和各個管道對應的流量。其中本發明實施例中的約束條件主要是根據質量守恒定律、節點流量平衡和環網壓力平衡進行建立的，具體可以表示為如下公式(2)：式中：∑input——表示整個城市天然氣管道系統輸入的天然氣總量，即從上級調壓室輸出的天然氣總量，其數值根據需求設置，也可以參照根據《城鎮天然氣設計規范》(gb50028-93)設置；∑output——表示輸出的天然氣總量，即實際使用的需求量；∑storage——表示貯存在天然氣管道中的天然氣總量，在使用過程中忽略為零；a——表示節點的連接矩陣；q——表示管道流量矩陣；q——表示節點流量矩陣；p——表示節點壓力矩陣；δp——表示管壓降矩陣。其中q、q、p以及δp可以從網絡模型中的節點信息表以及邊信息表中獲得。具體獲取第一流量壓力分配信息可以根據建立的網絡模型和預設的約束條件，利用水利計算方程，計算出網絡模型中各個節點對應的壓力以及各個管道對應的流量，獲取到城市天然氣管道系統在正常狀態下的第一流量壓力分配信息。其中計算過程中所需的參數如天然氣壓縮因子、天然氣相對密度和天然氣溫度等，可以根據實際情況進行設置。s4、在所述網絡模型中模擬系統故障，并根據預設的故障傳播規則和所述約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統在故障狀態下對應的第二流量壓力分配信息；具體地，在網絡模型建立好后，在網絡模型中模擬系統故障，如隨機選取其中某個節點或管道假設其出現故障，根據預設的故障傳播規則和約束條件，獲取城市天然氣管道系統在故障狀態下對應的第二流量壓力分配信息。可以根據實際管道系統出現故障的數據，通過將模型中某個節點或管道的壓力或流量改為非正常狀態，模擬該節點或管道出現故障。本發明實施例主要是通過在網絡模型中注入系統故障后，根據預設的故障傳播規則，修改網絡模型，如：修改網絡模型中的節點信息表中各節點的消耗流量或節點的連接關系等，或修改邊信息表中的相關信息。當網絡模型改變后，對應連接矩陣、節點的流量矩陣會相應的改變，進一步約束條件會相應的改變，可以計算出系統故障狀態對應的城市天然氣管道系統的流量和壓力分配情況，即獲取到第二流量壓力分配信息。s5、比較所述第一流量壓力分配信息和所述第二流量壓力分配信息對所述城市天然氣管道系統進行故障傳播影響評估。具體地，計算出正常狀態下整個城市天然氣管道系統對應的第一流量壓力分配信息，和系統故障狀態時整個城市天然氣管道系統對應的第二流量壓力分配信息后，將第一流量壓力分配信息和第二流量壓力分配信息進行比較，可以分析出系統故障對整個城市天然氣管道系統的影響，進一步進行城市天然氣管道系統的故障傳播影響評估。如：可以分別評估每個管道或節點出現故障對整個城市天然氣管道系統的影響，進一步評估該管道或節點的重要性，以及整個城市天然氣管道系統的可靠性。其中網絡模型可以通過計算機軟件掃描，將網絡模型數字化，后期的流量和壓力的分配情況的計算以及故障傳播影響的評估也可以通過計算機軟件進行。圖3為本發明實施例中城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法的流程示意圖，如圖3所示，本發明實施例中的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法包括：t1、建立城市天然氣系統多層級網絡模型。即根據城市天然氣管道建立城市天然氣管道系統的網絡結構拓撲圖，再根據建立的網絡結構拓撲圖建立城市天然氣系統多層級網絡模型。t2、多層級網絡模型仿真。即根據建立的多層級網絡模型和約束條件，獲取正常狀態下城市天然氣管道系統的第一流量壓力分配信息。t3、故障注入。即在建立的多層級網絡模型中進行模擬故障。t4、故障傳播模型仿真。即根據故障傳播規則和約束條件獲取故障狀態下城市天然氣管道系統的第二流量壓力分配信息。t5、故障傳播影響分析。將第一流量壓力分配信息和第二流量壓力分配信息進行比較分析，對城市天然氣管道系統的故障傳播影響進行評估。如：可以分別評估每個管道或節點出現故障對整個城市天然氣管道系統的影響，進一步評估該管道或系統的重要性，以及整個城市天然氣管道系統的可靠性。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法，通過建立城市天然氣管道系統的網絡模型，獲取城市天然氣管道系統正常狀態下的流量和壓力分配情況，再進行系統故障的模擬，獲取城市天然氣管道系統故障后的流量和壓力分配情況。將正常狀態的流量壓力的分配情況與故障狀態的流量壓力的分配情況進行比較，進一步進行城市天然氣管道系統的故障傳播影響評估。實現了天然氣管道局部故障對整個天然氣管道的影響的評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。在上述實施例的基礎上，所述故障傳播規則包括：故障類型和所述故障類型對應的網絡模型修改策略。具體地，本發明實施例根據城市天然氣管道系統的實際使用情況，預先設置故障傳播規則，如設置故障類型以及各故障類型對應的網絡模型修改策略。其中網絡模型修改策略可以根據城市天然氣管道系統實際出現故障后整個管道系統的變化進行設置如：網絡模型中的節點或邊是否需要移除、是否需要新增節點或邊、負荷如何進行再次分配等，當然還可以包括其他網絡模型的修改策略，本發明實施例不作具體限定。當在模型中進行模擬系統故障后，根據預設的故障傳播規則修改網絡模型，如：修改連接矩陣或節點信息表中的節點消耗流量，進一步改變約束條件，計算在故障狀態下城市天然氣管道系統放入流量和壓力分配情況。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法，通過預先設置故障傳播規則，在建立好的網絡模型中模擬系統故障，根據故障傳播規則修改網絡模型，獲取城市天然氣管道系統在故障狀態下對應的流量和壓力分配情況。實現了天然氣管道局部故障對整個天然氣管道的影響的評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。在上述實施例的基礎上，所述故障類型包括：調壓室故障。具體地，在故障傳播規則中設置的故障類型可以包括城市天然氣管道系統各組成部件的不同故障模式，如調壓室故障，調壓室故障是指城市天然氣管道系統中放入調壓器出現故障；當然故障類型還可以包括其他情況，具體根據實際需要進行設置，本發明實施例不作具體限定。設置好故障類型后，根據實際管道系統出現故障時對應的情況，設置每個故障類型對應的網絡模型修改策略，具體網絡模型修改策略的同上述實施例一致，此處不再贅述。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法，根據城市天然氣管道系統在實際應用時出現的故障類型設置故障類型以及對應的網絡模型修改策略，進一步獲取故障狀態對應的第二流量壓力信息。實現了局部管道系統故障對整個管道系統的故障影響評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性，并可以進行整個城市天然氣管道系統的可靠性評估，為城市天然氣管道系統的設計提供依據。在上述實施例的基礎上，所述方法還包括：根據所述節點的作用將所述節點進行分類，所述節點的類型包括：源節點、第一類中轉節點、第二類中轉節點、第三類中轉節點以及目標節點。具體地，根據各個節點的作用，將節點進行分類，本發明實施例中節點的類型包括：源節點、第一類中轉節點、第二類中轉節點、第三類中轉節點以及目標節點。其中源節點是指整個城市天然氣管道系統中，長輸管線進入城市處的調壓器，源節點的作用是提供整個管道系統中天然氣的來源；第一類中轉節點在管道系統中代表的是不同壓力等級管網之間的調壓器，它的作用是降壓分配，把高壓天然氣的壓力調低；第二類中轉節點在管道系統中代表的是管道之間的閥門，它的作用是進行天然氣的分配，改變天然氣輸出路徑；第三類中轉節點在管道系統中代表的是某些用氣區的調壓器，它的作用相當于第一類中轉節點和第二類中轉節點作用的綜合，它除了會把上游來氣供給用戶需求外，也把剩余天然氣供給下游用戶；目標節點在管道系統中代表的是某些用氣區的調壓器，它作用是調壓供給用戶。每一類型的節點的壓力和流量的計算方法不同，相應的節點之間的管道的流量和壓力的計算方法也會不同，可以根據節點的類型設置其對應的壓力和流量的計算方法，進一步可以計算出節點之間管道的計算方法。此外，本發明實施例中節點的類型對建立預設條件的建立也有影響，例如：約束條件中的質量守恒定律中的輸入管道系統中的天然氣總量等于輸出的天然氣總量以及管道貯存的天然氣總量，其中管道系統中的天然氣的輸入和輸出可以根據節點類型進行計算。根據城市天然氣管道系統設置各個節點的連接關系，城市天然氣管道系統中的流向，各個節點的類型，以及根據管道系統中管道的壓力設置個各個節點以及邊的等級，即建立城市天然氣管道的網絡結構拓撲圖。圖4為本發明實施例中又一網絡結構拓撲圖的結構示意圖，如圖4所示，本發明實施例中包括3個等級，1個源節點，4個第一類中轉節點，7個第二類中轉節點，2個第三類中轉節點和1個目標節點，其中邊的箭頭方向表示天然氣在管道中的流向。表1為本發明實施例中根據圖2對應的網絡結構拓撲圖中建立的節點信息表，表2為本發明實施例中根據圖2對應的網絡結構拓撲圖中建立的邊信息表，如表1和表2所示，可以看出圖2中的網絡結構拓撲圖中的所有的節點和邊屬于同一等級n，當然節點信息表和邊信息表中還可以包括其他信息，如節點壓力等，本發明實施例不作具體限定。表1網絡層級節點編號節點類型消耗流量供給/需求na第一類中轉節點-200供給nb第二類中轉節點————nc目標節點+100需求nd第三類中轉節點+100需求ne第二類中轉節點————nf第二類中轉節點————-其中：因為在圖2中只能夠顯示一個等級的模型，所以表1中有些節點的供給和需求關系以及消耗流量和暫時不能確定，在節點信息表中用“-”表示。表2網絡層級邊編號起點終點長度直徑nabablabdabnbcbclbcdbcndcdcldcddcnadaeladdadnefeflefdefnfdfdlfddfd本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法，根據各節點的作用將節點進行分類，每一類型的節點對應不同的消耗流量以及節點壓力，將各節點的類型以及對應的消耗流量等，存儲在節點信息表中，以便后期計算管道系統的流量和壓力分配情況，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。在上述實施例的基礎上，所述方法還包括：設置故障判據，在所述網絡模型中模擬系統故障，獲取所述管道系統在故障狀態下的對應的流量壓力分配信息后，若根據所述故障判據和所述流量壓力分配信息判斷獲知所述管道系統處于穩定狀態，則將所述管道系統狀態信息作為所述第二流量壓力分配信息。具體地，在模擬系統故障時，在注入系統故障后，根據故障傳播規則以及約束條件，獲取管道系統在故障狀態下對應的流量壓力分配信息。由于注入故障，可能導致管道系統不穩定，本發明實施例通過設置故障判據，根據故障判據判斷當前狀態下對應的管道系統的流量和壓力的分配是否處于穩定狀態，若是，則將該管道系統狀態信息作為第二流量壓力分配信息。將第二流量壓力分配信息與第一流量壓力分配信息進行比較，進行管道系統的故障傳播影響評估。本發明實施例中的故障判據是指設置流量的下限閾值和上限閾值，以及壓力的下限閾值和上限閾值，只有當流量和壓力都在對應的上限值和下限值之間時，表示系統處于穩定狀態。其中流量和壓力的上下限閾值可以采用如下公式(3)進行定義：式中：c——表示容量；l——表示負荷，負荷是指網絡單元所承受的應力，即為天然氣流量和壓力，都作為觀測參數。α——表示余量參數，一般情況下α>0；j——表示節點編號。圖5為本發明實施例中故障判據模型結構示意圖，如圖5所示，橫坐標軸表示流量，縱坐標軸表示壓力，只有當流量和壓力都在矩形范圍內，表示該系統處于正常狀態，否則認為處于故障狀態。實際應用時，可以依次判斷網絡模型中的節點以及邊是否處于正常狀態，當所有的節點和邊都處于正常狀態時，則認為管道系統處于穩定狀態。若判斷網絡模型中有些節點或邊處于故障狀態，則根據故障傳播規則對相應的節點或邊進行處理，如移除或增加等，即修改網絡模型，重新進行天然氣的分配，計算天然氣管道的流量和壓力分配情況，再根據故障判據進行判斷，直至系統處于穩定狀態。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法，通過建立城市天然氣管道系統的網絡模型，獲取城市天然氣管道系統正常狀態下的流量和壓力分配情況，再進行系統故障的模擬，獲取城市天然氣管道系統故障后的流量和壓力分配情況。將正常狀態的流量壓力的分配情況與故障狀態的流量壓力的分配情況進行比較，進一步進行城市天然氣管道系統的故障傳播影響評估。實現了天然氣管道局部故障對整個天然氣管道的影響的評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。下面結合故障類型中的調壓室故障介紹本發明實施例的技術方案，在建立網絡模型，獲取到管道系統的第一流量壓力信息后，進行模擬系統故障，本發明實施例中模擬的是調壓室故障。調壓室的出口壓力達不到指定要求，系統都處于降量運行的狀態，但不會因為壓力不足而關斷某些閥門。表3網絡層級節點編號節點類型消耗流量供給/需求11目標節點+150需求12第二類中轉節點0——13第三類中轉節點+120-需求14第三類中轉節點+100需求15第三類中轉節點+200需求16第二類中轉節點+150——27第二類中轉節點0——28目標節點+100需求29第三類中轉節點+400需求210第三類中轉節點+100需求211第二類中轉節點0——212源節點-1200供給圖6為本發明實施例中又一網絡結構拓撲圖的結構示意圖，如圖6所示，圖中圓圈表示節點，圓圈中的數字表示節點編號，帶箭頭的線段表示邊，即表示管道，箭頭表示天然氣的流動方向。如圖6所示，本發明實施例中包括14條邊和12個節點，其節點信息表如表3所示，邊信息表如表4所示。根據建立的網絡模型和約束條件獲取到正常狀態下，該城市天然氣管道系統的流量和壓力分配信息，其中正常狀態下節點的壓力分配表如表5所示，管道的流量分配表如表6所示：表4網絡層級邊編號起點終點長度直徑113680030012431200250136111003001423120025015548003001621900250175295025028751002502978950300210107120030021198800350212121190035021311912003502141210800350表5節點編號壓力(pa)11331.30821358.54731331.70741337.44651624.23261331.52971912.23281894.85791893.062101956.917111992.539122000表6邊編號流量(nm3/h)132.979267.444332.979465.5345267.4446117.0207182.55586009147.92010747.9201147.92012352.07913352.07914847.920圖7為本發明實施例中調壓室故障傳播流程示意圖，如圖7所示，本發明的提供的調壓室故障傳播包括以下步驟：r1、定位故障調壓室。即假設網絡模型中的一個表示調壓室的節點出現故障，可以通過輸入非正常的該節點的流量值或壓力值實現。r2、計算調壓室故障后調壓室對應的壓力降。其中調壓室故障后的壓力降可以根據如下公式(5)～(7)進行計算：δp＝p(0)-p(1)(6)式中：q——故障后管道的流量初始值，可以根據水利計算方程進行修改；△p——調壓室故障后的壓力降；s——為管道的阻抗，該參數與流體的種類、流動狀態、已知環境條件和管道的基本參數有關；p(0)——正常情況下的節點基準壓力；p(1)——根據連接關系得到的上一層網絡連接處的節點壓力；λ——天然氣管道的摩擦阻力系數；ρ0——標準狀態下的天然氣密度(0.73kg/nm3)；p0——標準大氣壓，p0＝101325pa；t0——標準狀態下的絕對溫度(273.15k)；t——燃氣絕對溫度(k)；z0——標準狀態下的氣體壓縮因子；z——氣體壓縮因子；l——燃氣管道的長度(m)d——天然氣管道內經(mm)；故障發生點的上一層網絡的基準壓力不變，改變的是該節點的流量，采用如下公式(8)可以計算調壓室故障后，各節點的流量值：q——節點的流量；qin——下一層網絡節點流量。r3、修改節點流量矩陣和管道流量矩陣。根據計算出的調壓室故障后的壓力降，以及各節點的流量，修改網絡模型中節點信息表和邊信息表，根據節點信息表和邊信息表，修改節點流量矩陣和管道流量矩陣。r4、根據約束條件計算本層流量壓力分配情況。根據修改后的節點流量矩陣和管道流量矩陣的約束條件，基于導納系數分配算法，計算該層的流量和壓力分配情況，并存儲。r5、判斷下層網絡是否計算完成。即判斷是否將網絡模型中的所有層級的系統的流量壓力分配情況是否全部計算出來，若是，執行r8，若否，執行r6。r6、根據連接關系計算下一層網絡的基準壓力。故障發生點的上一層網絡的基準壓力不變，改變的是該節點的流量。下一層網絡的基準壓力具體可以根據公式(5)～(7)進行計算：r7、計算該下一層網絡的壓力降。計算下一次級的壓力降后，返回r3，直至所有層級計算完。r8、輸出故障后整個系統的流量壓力分配信息。表7節點編號正常壓力(pa)降量運行壓力降量百分比％11331.308831.30837.55721358.547858.54736.80331331.707831.70737.54541337.446837.44637.38451624.2321124.23230.78361331.529831.52937.55071912.2321412.23226.14781894.8571394.85726.38791893.0621393.06226.412101956.9171456.91725.550111992.5391492.53925.093122000150025故障注入后，獲取到管道系統在調壓室故障后對應的第二流量壓力分配信息，將第一流量分配信息和第二流量壓力分配信息進行比較，表7為本發明實施例中節點壓力對比表，表8為本發明實施例中管道流量對比表，具體如表7和表8所示：表8邊編號流量(nm3/h)降量運行流量降量百分比％132.97929.9749.113267.44446.86430.51332.97918.72343.228465.53431.78451.5005267.44478.11070.7936117.02070.83339.4697182.555131.95127.7198600386.13235.6449147.920146.6770.51110747.920741.9690.7951147.92012.21074.52012352.079256.2427.22113352.079344.002.29414847.920329.09161.18由數據可知，節點的壓力降低較多，都在25％以上；管道的流量降低不均。在這種降量運行的條件下，管網無法滿足所有節點的流量、壓力需求，網絡幾乎癱瘓。管道系統的性能可靠度也大大降低。所以在進行管道維護和管理時，應當特別注意該故障的發生，降低該影響的波及范圍。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估方法，可以評估和分析局部的系統故障對整個管道系統的影響，可以得出不同節點或管道的重要度，進行系統可靠性設計和冗余設計等。同時可以根據大量的仿真數據在模型中定位故障。根據故障傳播評估的大量的故障數據，可以建立數據庫，作為故障字典。如果發生故障，通過對不同位置的監測信號比對和分析，搜索故障字典即可定位故障源，分析故障模式，采取相應的解決方案。圖8為本發明實施例中城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統的結構示意圖，如圖8所示，本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統包括：拓撲圖建立模塊81、網絡模型建立模塊82、第一流量壓力分配獲取模塊83、第二流量壓力分配獲取模塊84和故障傳播影響評估模塊85，其中：拓撲圖建立模塊81用于根據城市天然氣管道系統建立所述城市天然氣管道系統的網絡結構拓撲圖，所述網絡結構拓撲圖包括：節點和表示天然氣管道的邊，其中所述節點和邊用來表示所述城市天然氣管道系統的連接關系，所述邊帶有表示天然氣流動的方向；網絡模型建立模塊82用于根據所述網絡結構拓撲圖建立網絡模型，所述網絡模型包括節點信息表、邊信息表以及所述節點的連接矩陣；第一流量壓力分配獲取模塊83用于根據所述網絡模型中的所述節點信息表、所述邊信息表和所述連接矩陣以及預設的約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統正常狀態對應的第一流量壓力分配信息；第二流量壓力分配獲取模塊84用于在所述網絡模型中模擬系統故障，并根據預設的故障傳播規則和所述約束條件，獲取所述城市天然氣管道系統在所述系統故障對應的狀態下的第二流量壓力分配信息；故障傳播影響評估模塊85用于比較所述第一流量壓力分配信息和所述第二流量壓力分配信息對所述述城市天然氣管道系統進行故障傳播影響評估。具體地，拓撲圖建立模塊81根據城市天然氣管道系統建立出該城市的天然氣管道網絡結構拓撲圖，即用節點和邊來表示城市天然氣管道系統的連接關系以及天然氣的流動方向。其中網絡結構拓撲圖中的節點表示城市天然氣管道系統中的調壓室或閥門，邊表示城市天然氣管道系統中的管道，并且每條邊帶有表示城市天然氣管道系統中的天然氣的流動方向。網絡模型建立模塊82根據網絡結構拓撲圖建立該城市的天然氣的網絡模型，其中網絡模型中包括節點信息表、邊信息表以及節點的連接矩陣。其中節點信息表和邊信息表的內容，以及連接矩陣的建立方法同上述實施例一致，此處不再贅述。第一流量壓力分配獲取模塊83根據該網絡模型中的節點信息表、邊信息表以及預設的約束條件，獲取城市天然氣管道系統正常狀態對應的第一流量壓力分配信息，即計算城市天然氣管道系統正常狀態對應的流量和壓力分配情況，具體可以計算出各個節點對應的壓力和各個管道對應的流量。其中約束條件的建立同上述實時例一致，此處不再贅述。第二流量壓力分配獲取模塊84在網絡模型中模擬系統故障，如隨機選取其中某個節點或管道假設其出現故障，根據預設的故障傳播規則和約束條件，獲取城市天然氣管道系統在故障狀態下對應的第二流量壓力分配信息。故障傳播影響評估模塊85將第一流量壓力分配信息和第二流量壓力分配信息進行比較，可以分析出系統故障對整個城市天然氣管道系統的影響，進一步進行城市天然氣管道系統的故障傳播影響評估。具體的評估方法同上述實施例一致，此處不再贅述。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統，通過建立城市天然氣管道系統的網絡模型，獲取城市天然氣管道系統正常狀態下的流量和壓力分配情況，再進行系統故障的模擬，獲取城市天然氣管道系統故障后的流量和壓力分配情況。將正常狀態的流量壓力的分配情況與故障狀態的流量壓力的分配情況進行比較，進一步進行城市天然氣管道系統的故障傳播影響評估。實現了天然氣管道局部故障對整個天然氣管道的影響的評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。在上述實施例的基礎上，所述故障傳播規則包括：故障類型和所述故障類型對應的網絡模型修改策略。具體地，本發明實施例根據城市天然氣管道系統的實際使用情況，預先設置故障傳播規則，如設置故障類型以及各故障類型對應的網絡模型修改策略。其中，網絡模型修改策略的設置同上述實施例一致，此處不再贅述。當在模型中進行模擬系統故障后，根據預設的故障傳播規則修改網絡模型，如：修改連接矩陣或節點信息表中的節點消耗流量，進一步改變約束條件，計算在故障狀態下城市天然氣管道系統放入流量和壓力分配情況。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統，通過預先設置故障傳播規則，在建立好的網絡模型中模擬系統故障，根據故障傳播規則修改網絡模型，獲取城市天然氣管道系統在故障狀態下對應的流量和壓力分配情況。實現了天然氣管道局部故障對整個天然氣管道的影響的評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。在上述實施例的基礎上，所述故障類型包括：系統故障、調壓室故障和閥門故障。具體地，在故障傳播規則中設置的故障類型可以包括城市天然氣管道系統各組成部件的不同故障模式，如調壓室故障，調壓室故障是指城市天然氣管道系統中放入調壓器出現故障。當然故障類型還可以包括其他情況，具體根據實際需要進行設置，本發明實施例不作具體限定。設置好故障類型后，根據實際管道系統出現故障時對應的情況，設置每個故障類型對應的網絡模型修改策略，具體網絡模型修改策略的同上述實施例一致，此處不再贅述。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統，根據城市天然氣管道系統在實際應用時出現的故障類型設置故障類型以及對應的網絡模型修改策略，進一步獲取故障狀態對應的第二流量壓力信息。實現了局部管道系統故障對整個管道系統的故障影響評估，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性，并可以進行整個城市天然氣管道系統的可靠性評估，為城市天然氣管道系統的設計提供依據。在上述實施例的基礎上，所述拓撲圖建立模塊還用于：根據所述節點的作用將所述節點進行分類，所述節點的類型包括：源節點、第一類中轉節點、第二類中轉節點、第三類中轉節點以及目標節點。具體地，拓撲圖建立模塊在根據城市天然氣管道系統建立網絡結構拓撲圖時，根據各個節點的作用，將節點進行分類，本發明實施例中節點的類型包括：源節點、第一類中轉節點、第二類中轉節點、第三類中轉節點以及目標節點。其中各類型的節點的作用同上述實施例一致，此處不再贅述。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統，根據各節點的作用將節點進行分類，每一類型的節點對應不同的消耗流量以及節點壓力，將各節點的類型以及對應的消耗流量等，存儲在節點信息表中，以便后期計算管道系統的流量和壓力分配情況，提高了城市天然氣管道系統故障傳播影響評估的準確性。在上述實施例的基礎上，所述第二流量壓力分配獲取模塊還用于：設置故障判據，在所述網絡模型中模擬系統故障，獲取所述管道系統在所述故障狀態下的對應的流量壓力分配信息后，若根據所述故障判據和所述流量壓力分配信息判斷獲知所述管道系統處于穩定狀態，則將所述管道系統狀態信息作為所述第二流量壓力分配信息。具體地，第二流量壓力分配獲取在模塊模擬系統故障時，在注入系統故障后，根據故障傳播規則以及約束條件，獲取管道系統在故障狀態下對應的流量壓力分配信息。由于注入故障，可能導致管道系統不穩定，本發明實施例通過設置故障判據，根據故障判據判斷當前狀態下對應的管道系統的流量和壓力的分配是否處于穩定狀態，若是，則將該管道系統狀態信息作為第二流量壓力分配信息。將第二流量壓力分配信息與第一流量壓力分配信息進行比較，進行管道系統的故障傳播影響評估。其中故障判據的設置方法同上述實施例一致，此處不再贅述。本發明實施例中的系統用于執行上述實施例所述的方法，具體實施方式同上述實施例一致，此處不再贅述。本發明實施例提供的城市天然氣管道系統故障傳播影響評估系統，可以評估和分析局部的系統故障對整個管道系統的影響，可以得出不同節點或管道的重要度，進行系統可靠性設計和冗余設計等。同時可以根據大量的仿真數據在模型中定位故障。根據故障傳播評估的大量的故障數據，可以建立數據庫，作為故障字典。如果發生故障，通過對不同位置的監測信號比對和分析，搜索故障字典即可定位故障源，分析故障模式，采取相應的解決方案。最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和范圍。當前第1頁12