基于遗传算法的城市燃气管网最优化布局研究

摘要

为了加快我国的城市化进程，近年来我国一直在大力发展城市燃气输配系统的建设。城市燃气管网在城市燃气输配系统中占有非常重要的地位，由于投资巨大，同时施工中涉及的方面很多，因此必须加强对城市燃气管网前期设计的研究。如果城市燃气管网的设计方案合理，不仅能保证城市供气的需要，还能有效降低管网建设的投资费用，节省大量人力、物力和财力，具有很大的经济和社会效益。 在实际工程应用中，为了提高管网的水力可靠性，城市燃气管网大多建设成环状。然而，迄今为止，对城市燃气管网布局优化设计的研究，还停留在主要以树状管网作为研究对象的阶段，对环状管网的研究相对来说研究较少且不深入，这样在一定程度上限制了管网优化技术在实际工程建设中的应用。 考虑到这一问题，本文选择环状燃气管网作为研究对象，在结合前人研究的基础上，提出自己的优化思路，尽量达到能够从整体上对环状燃气管网进行优化布局的效果，使得优化的结果能够更接近实际工程应用。 燃气管网布局优化中管线的布局优化和参数优化相结合一直是燃气管网布局优化的难点，针对这一难点，本文提出先对燃气管网做树状布局优化，在树状布局优化确定的基础上按照一定规则添加管道来得到环状管网优化布局的思路，与此同时要保证这一优化方案的经济性和水力可靠性。具体步骤为：先以树状管网作为优化对象，以管网总长度最小作为优化目标建立数学模型，采用遗传算法求解得到一组树状管网布局优化方案，接着计算出每一方案中每一管段的计算管径并根据国标采用上下靠档的方法选取经济管径，以完全确定树状管网的优化布局方案。在树状管网优化布局方案确定之后按照一定的规则添加管段，同时不断验证其水力可靠性，以得到最终的满足水力可靠性和经济性的环状管网优化布局方案。 通过对某中等城市的中压燃气环网的布局优化设计实例计算表明，本文提出的管网优化模型和优化算法能够满足其经济性和水力可靠性的要求，验证了本文所提方法的可行性与优越性，对城市燃气管网的优化设计研究具有一定的参考价值与借鉴意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1城市燃气管网优化设计发展的现状和意义

1.2国内外燃气管网优化设计研究的发展概况

1.3本文研究的主要工作

第2章 建立城市燃气管网数学模型

2.1城市燃气输配系统概述

2.1.1城市燃气管道分类

2.1.2城市燃气管道布线原则概述

2.2城市燃气管网布局的数学模型的建立

2.2.1目标函数的确定

2.2.2约束条件的确定

2.3本章小结

第3章 遗传算法在树状燃气管网优化布局中的应用

3.1基本遗传算法介绍

3.1.1遗传算法的基本概念和基本步骤

3.1.2遗传算法的重要定理——模式定理

3.2遗传算法主要步骤介绍

3.2.1产生初始群体

3.2.2适应度函数设计

3.2.3遗传操作——复制

3.2.4遗传操作——换位

3.2.5遗传操作——逆转

3.2.6进化策略的设计

3.2.7进化终止条件

3.2.8遗传算法应用于树状燃气管网布局优化的步骤

3.3实例计算

3.3.1建立燃气管网树状布局的物理模型

3.3.2建立树状燃气管网布局的数学模型

3.3.3遗传算法求解过程及优化结果

3.4本章小结

第4章 添加管道及水力可靠性验证

4.1树状管网的经济管径计算

4.2 PLS软件功能介绍

4.2.1 PLS软件的特点和主要用途

4.2.2 PLS稳步模拟主要步骤介绍

4.2.3 PLS动态模拟主要步骤介绍

4.3燃气管网的水力可靠性分析

4.4实例分析

4.5本章小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致 谢

攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研情况

附录