天然气管网管线储气耗减动态模型

鉴于天然气在供电、供热及其他基本服务中的关键作用，需要更好的模型来理解极端事件下天然气管网的动态特性。本文旨在建立合适且快速的仿真模型，以捕捉理想等温天然气管网中管线储气（linepack）耗减的慢动态过程。与大规模求解偏微分方程（PDE）不同，本文推导并讨论了三种替代性的隐式常微分方程（ODE）仿真技术。第一种在文献中常用，基于松弛节点假设。我们证明当所有节点的通量注入均受控（即给定）时，该模型对应的方程组是退化的。为在此条件下恢复正则性，提出了两种新颖的隐式ODE模型，二者采用不同的边界条件指定技术。它们易于推导，且可使用标准ODE求解器高效仿真。更重要的是，它们为分析网络如何应对系统级质量通量失衡提供了有用框架。这些技术基于源与负荷的建模选择，提供了不同的系统动态仿真方案，且均被证明在树状结构网络中是正则（非退化）的。所提技术均在20节点比利时网络上进行了测试。仿真结果表明，带松弛节点假设的传统模型无法有效捕捉长期系统级质量通量失衡下的管线储气耗减，而所提模型能够刻画网络行为直至管线储气完全耗减。