天然氣長輸管網(wǎng)大數(shù)據(jù)管理

許宜菲 梅玉杰 杜石存 楊進文 梁洪弋

【摘 要】國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司在2019年12月9日正式成立，該公司的成立標志著中國天然氣行業(yè)進入了新的階段，中國的天然氣管網(wǎng)逐漸進入了市場，開始了市場化運營。天然氣管網(wǎng)的質(zhì)量問題成為了行業(yè)中最關(guān)心的問題，天然氣管網(wǎng)互相溝通，成為了天然氣行業(yè)變革的重要推動作用，但是天然氣管網(wǎng)自身的設(shè)計較為復(fù)雜，成為了天然氣管網(wǎng)設(shè)計中重要的挑戰(zhàn)。天然氣管網(wǎng)市場化運營雖然面臨著重大的挑戰(zhàn)，但是這也更加鼓勵天然氣管網(wǎng)運營公司積極進行產(chǎn)品設(shè)計，推動天然氣管網(wǎng)產(chǎn)品的進步。

【關(guān)鍵詞】天然氣;長輸管網(wǎng);大數(shù)據(jù)管理

一、天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)的特點

天然氣管網(wǎng)由于進行了市場化運營，因此，天然氣管網(wǎng)公司推出了天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺，大數(shù)據(jù)平臺從天然氣管網(wǎng)的質(zhì)量、應(yīng)用范圍和應(yīng)用場景進行了分析，對其中的數(shù)據(jù)進行收集，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的平臺化，能夠根據(jù)需要及時的調(diào)取數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可控性。但是由于天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的多樣性，對于數(shù)據(jù)的收集和使用重點也不相同，天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的特點最主要的有以下五個方面：

1.1數(shù)據(jù)量大

天然氣管網(wǎng)在使用過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺需要對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行收集，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的分析和運用，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合，能夠充分監(jiān)測天然氣管網(wǎng)的運行狀況。同時，天然氣管網(wǎng)的運行和管理受到周圍天氣和環(huán)境的影響，要想保證天然氣管網(wǎng)的正常運行，需要對天然氣管網(wǎng)外部環(huán)境信息進行分析和整理，收集外部環(huán)境的信息尤為重要。因此，天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺結(jié)合了內(nèi)部運行數(shù)據(jù)和外部環(huán)境數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍較廣。

1.2數(shù)據(jù)采集速度大

天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺由于對數(shù)據(jù)的使用要求較高，因此，大數(shù)據(jù)平臺的數(shù)據(jù)采集速度大，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容多，在同樣的時間內(nèi)，天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺能夠采集到更多的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集覆蓋到天然氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺運行的各個階段。其中，數(shù)據(jù)采集的時間包括毫秒、分鐘級別，也包括日采集和維修階段的采集過程，各個數(shù)據(jù)平臺的采集時間段都不相同，但是都是為了滿足天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺對于數(shù)據(jù)的要求進行的采集。

1.3數(shù)據(jù)類型多樣

天然氣管網(wǎng)在運行過程中面對的環(huán)境較為復(fù)雜，整個運行流程涉及到各個方面，在全流程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)中應(yīng)該對天然氣管網(wǎng)現(xiàn)場的施工、設(shè)備的運行以及正常的營銷環(huán)節(jié)進行數(shù)據(jù)的采集，采集過程中采用的系統(tǒng)包含SCADA系統(tǒng)、管道生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）等。當(dāng)信息化技術(shù)逐漸應(yīng)用于天然氣管網(wǎng)數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，能夠加快數(shù)據(jù)采集的速度，增加數(shù)據(jù)采集的種類，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的合理運用，現(xiàn)如今由于天然氣管網(wǎng)的運行環(huán)境更加的復(fù)雜，更加具備多功能的特點，因此在數(shù)據(jù)采集的過程中會實現(xiàn)數(shù)據(jù)種類的多樣性，既包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，也包含半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，還包含非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)雖然種類不同，但是都是為了能夠更好地實現(xiàn)天然氣管網(wǎng)的正常運行而必要的數(shù)據(jù)。

1.4數(shù)據(jù)價值密度差異大

由于天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺采集信息的速度較快，采集信息的種類較多，因此會收集到各種各樣的信息，這些信息既有非常重要的信息，同時也有無關(guān)緊要的信息，但是這些信息組合起來能夠為天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺提供更有效的信息支持，能夠作為重要的大數(shù)據(jù)平臺信息支撐而存在。天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺收集的不同信息價值密度差異較大，有的甚至不會得到利用，但是這些信息應(yīng)該進行收集，保證在必要的時候能夠?qū)崿F(xiàn)運用。

1.5數(shù)據(jù)時序性、關(guān)聯(lián)性、復(fù)雜性較強

由于天然氣管網(wǎng)是一個整體的施工項目，因此在實際的運行過程中應(yīng)該關(guān)注整體的運行狀態(tài)，對于天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺的建設(shè)應(yīng)該實現(xiàn)整體性，在收集信息時，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的流程性、關(guān)聯(lián)性。天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺應(yīng)該實現(xiàn)全流程化的收集信息，這樣才能夠保證收集道德信息具備關(guān)聯(lián)性和順序性。由于天然氣管網(wǎng)面臨的運行環(huán)境較為復(fù)雜，此時收集到的信息也會具備較強的復(fù)雜性。

二、天然氣管網(wǎng)可靠性評價與管理

天然氣管道系統(tǒng)及其設(shè)備設(shè)施的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠提高預(yù)防性維修策略的靈活性和有效性，其中可靠性為基于設(shè)備壽命的預(yù)防性維修和基于條件的預(yù)防性維修提供了理論和方法。對于基于壽命的預(yù)防性維修，通過求解維修成本最低或設(shè)備不可用性最低的維修周期，指導(dǎo)設(shè)備的預(yù)防性維修。該方法存在一個重要假設(shè)前提，即假設(shè)所有相同設(shè)備服從相同的使用壽命分布，但管道系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施一般分布于不同運行環(huán)境，該假設(shè)前提可能不成立，導(dǎo)致維修策略失靈。針對此難題，機器學(xué)習(xí)模型能夠根據(jù)傳感器監(jiān)測的實時數(shù)據(jù)，準確預(yù)測設(shè)備設(shè)施的剩余使用壽命，為每臺設(shè)備定制預(yù)防性維修策略。這些方法需結(jié)合具體問題對系統(tǒng)進行大幅簡化。概率圖模型在表征復(fù)雜、不確定關(guān)系方面具有優(yōu)勢，能夠為復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)的高效、準確可靠性評價和基于可靠性的決策支持提供模型基礎(chǔ)。

三、天然氣管網(wǎng)供應(yīng)保障與決策

在決策依據(jù)方面，一方面能夠通過支持向量回歸、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型預(yù)測供需變化和管網(wǎng)剩余輸送能力;另一方面可以通過模式識別方法提煉隱藏在管網(wǎng)

系統(tǒng)運行、資源供需、環(huán)境條件等海量數(shù)據(jù)中的模式信息，預(yù)判保供態(tài)勢，預(yù)警保供風(fēng)險。此外，還可通過邏輯規(guī)則學(xué)習(xí)和關(guān)聯(lián)規(guī)則，挖掘管網(wǎng)運行狀態(tài)、市場供需狀態(tài)、調(diào)度策略之間的邏輯關(guān)系與相關(guān)性，彌補理論與實際問題、簡單經(jīng)驗與復(fù)雜問題間的認知斷層，提供更具有針對性的信息與知識基礎(chǔ)。在決策方法方面，目前主要運用最優(yōu)化方法，通過離線優(yōu)化，形成天然氣管網(wǎng)與供應(yīng)鏈的資源調(diào)配方案這種基于運籌學(xué)的決策方法具有嚴謹?shù)臄?shù)學(xué)根基與邏輯基礎(chǔ)。

總結(jié)

隨著互聯(lián)網(wǎng)時代的到來，大數(shù)據(jù)平臺成為了重要的信息管理平臺，由于天然氣管網(wǎng)在運行過程中會產(chǎn)生較多的復(fù)雜信息，因此應(yīng)該重點關(guān)注天然氣管網(wǎng)在運行過程中的信息，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)平臺管理，對信息進行科學(xué)的收集和運用，最終服務(wù)于天然氣管網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺和管網(wǎng)的正常運行，實現(xiàn)天然氣行業(yè)的信息化發(fā)展。

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（作者單位：新天綠色能源股份有限公司）