智能氣網架構及現狀分析

摘要

提出智能氣網的概念，對智能氣網的特征、關鍵技術、信息化架構以及智能氣網的發展現狀進行探討，分析智能氣網的發展目標和近期工作重點。

摘　要：提出智能氣網的概念，對智能氣網的特征、關鍵技術、信息化架構以及智能氣網的發展現狀進行探討，分析智能氣網的發展目標和近期工作重點。

關鍵詞：智能氣網；燃氣信息化；信息化系統；架構

Analysis on Architecture and Current Status of Smart Gas Grid

Abstract：The concept of the smart gas grid is proposed，and the characteristics，key technologies and information architecture of smart gas grid as well as the development status of domestic smart gas grid are discussed．The development goals and short-term work focuses of domestic smart gas grid are analyzed．

Keywords：smart gas grid；gas information；information system；architecture

1　智能氣網的概念

智能氣網是建立在穩定可靠、快速高效通信網絡基礎之上，通過先進的傳感和測量技術、先進的設備制造和施工技術、先進的信息技術、管網控制技術以及先進的決策支持系統技術的應用，實現天然氣在生產、儲存、輸配和使用過程中數字化管理、智能化決策，優化資源配置，保證實現天然氣管網可靠、安全、優質、經濟、高效、環境友好和使用安全的目標。

智能氣網是一個完整的信息架構和基礎設施體系，是在傳統燃氣信息化技術基礎之上，依托物聯網、移動通信技術、云計算和云存儲、大數據等新技術，提升燃氣管網的生產運行管理、安全管理、資產管理、用戶服務管理水平，通過對采集的生產過程動態數據、靜態數據、資產數據、客戶數據等進行分析和挖掘，為公司管理層提供動態經營分析、戰略決策分析、運營風險分析和事故分析。

2　智能氣網的特征

①安全：對管網受到的人為或自然擾動動作作出辨識與反應，在自然災害、外力破壞和信息網絡攻擊等情況下，保證人身、設備和管網安全。

②自愈：通過對管網的實時監測、在線分析預測及自動控制，及時發現故障隱患，快速診斷、隔離、消除故障，具備自我故障恢復能力，避免發生大面積停氣，提高管網運行的可靠性。

③開放：支持多種氣源有序、合理地接入，適應管輸和非管輸方式的接入，能夠實現與用戶的交互和高效互動，滿足用戶多樣化的需求并提供對用戶的增值服務。

④高效：采用先進的實時監測、在線控制技術和需求側引導，實現管網的優化運行、供氣設施檢修智能化管理，增強管網輸送能力，延長設備使用年限，降低損耗，降低造價和運行管理成本，提高能源利用效率。

⑤集成：實現管網信息的高度集成和共享，采用統一的平臺和模型，實現標準化、規范化和精益化管理。

3　智能氣網的關鍵技術

①標準規范體系建設，主要指技術、管理、產品制造等方面的標準規范，建立試驗、認證、評估體系，標準規范體系建設是建設智能氣網的制度保障。

②先進的設備及工藝制造技術，是保障天然氣生產、輸配及應用載體安全可靠的保證。

③先進的通信、信息、控制、數據處理和智能汁量與傳感技術，是保障智能氣網實現的基礎。

④大數據分析、數據整合、數據挖掘、輔助決策與可視化展現與操作，是實現智能氣網的必經途徑。

4　智能氣網架構分析

智能氣網涵蓋了天然氣生產、儲存、輸配和終端用戶使用的全過程。智能氣網通過傳感器把管網各種設備、生產工藝參數、資產聯系在一起，形成一個完整的數據流和信息流，通過對數據信息進行整合、分析和挖掘，以此來降低運行成本，提高整個氣網的安全性以及優化運營管理流程。

智能氣網技術支撐體系為測量、通信、控制和信息技術，貫穿涉及生產、經營、管理的全價值鏈的信息高度融合、模型高度統一的統一信息支撐平臺。智能氣網結構見圖1。

①物理感知層

傳感器是物理感知層的主要信息感知和測量設備，檢測和測量燃氣管網運行參數及機器設備、工具、管網設施、IT設備等資產管理數據。應用于物理感知層的傳感器包括智能化儀器儀表、執行機構、RFID識別電子標簽等，對管網運行過程中的壓力、溫度、流量、泄漏、氣質、氣體組成、陰極保護數據、設備狀態、資產信息等進行檢測，是智能氣網所需的海量信息數據產生的基礎。

②數據采集與控制層

對物理感知層檢測的基礎數據進行采集、識別、計算和處理，并將數據通過網絡通信層遠傳到信息應用層。數據采集與控制層通過可編程的智能控制器將采集的工藝數據通過網絡轉發給信息應用層，接受并執行信息應用層下達的調度指令，實現管網智能控制和操作。

③網絡通信層

網絡通信層是數據采集與控制層和信息應用層進行數據傳輸、數據交換的載體和通道。隨著無線技術的快速發展，為智能氣網數據和信息快速、準確、完整地傳遞提供了保障，用戶可以通過各種網絡實現對生產運行及資產管理數據的采集下達控制指令。

④信息應用層

信息應用層是企業在生產運營過程中根據管理需求，貫穿了燃氣企業規劃、設計、建設、生產、運行、服務的全過程各個領域信息化管理系統。滿足企業對燃氣輸配調度管理、應急搶修管理、生產作業管理、資產管理、客戶服務管理、安全管理等需求，針對不同管理需求建立獨立或聯動的信息管理系統，是實現智能氣網的基礎信息系統。

信息應用層核心子系統包括SCADA數據采集與監控系統、GIS管網地理信息系統、CIS客戶服務系統、氣量管理系統、壓力預警系統、管網陰極保護系統、管道完整性管理系統、自動加臭系統、工程施工管理系統等。信息應用層各核心子系統將企業管理流程與信息化技術相結合，滿足企業內不同部門管理需求。也可以將不同核心子系統進行數據及應用整合，提升企業管理效率。

信息應用層核心子系統采集和生成的數據是企業數據倉庫的主要數據來源。

⑤數據共享層

智能氣網實現的核心是將信息應用層中的各生產管理子系統產生的不同數據進行整合、集成和挖掘，按照統一規范建立企業數據倉庫。企業數據倉庫存在于數據共享層。企業數據倉庫是按照一定數據標準將生產工藝過程實時動態數據、管網空間靜態數據、資產信息數據、客戶數據、運營生產過程中產生的管理數據進行集中存儲，建立大數據系統，通過云計算及云服務技術對大數據系統進行管理，提高數據運行和查詢效率，滿足燃氣企業輸配調度管理、運營管理、安全管理、用戶管理、應急搶修管理、工程管理方面對數據管理的需求。通過對數據倉庫各類數據進行分析、挖掘和集成，建立各類數據模型并持續優化，為企業決策、管網仿真和負荷預測、風險管理、事故分析等提供數據支撐。

⑥決策分析層

通過對企業數據倉庫海量數據進行集成、分析和挖掘，優化管網運行和企業運營管理能力，建立智能決策支持系統，開發貫穿生產、運營、經營管理、客戶服務全價值鏈的信息高度融合、模型高度統一的信息支撐平臺。具備個性化人機交互界面及其內核技術，融合了多媒體、計算機圖形學、數據庫設計、實時分布系統、生物特征識別技術，實現了高精度管網動態仿真、負荷預測、經營動態指標智能分析、企業風險管控、事故分析、管道完整性管理等功能。

5　智能氣網的發展現狀

隨著天然氣產業發展，我國城市燃氣輸配管網也發展為多氣源供氣、多壓力等級管網構成的縱橫交錯、龐大復雜的網絡體系。我國燃氣輸配信息化系統建設起步晚、起點低，總體水平還不高。但近幾年隨著國家大力發展天然氣產業，燃氣信息化發展很快，目前我國各燃氣企業根據自身生產和管理的需要，建立了多個燃氣信息化管理和監控系統，提高了企業生產管理自動化水平。目前我國各級燃氣公司都基本完成了SCADA燃氣數據采集與監控系統、GIS地理信息系統、CIS客戶服務系統、大用戶遠程抄表等信息應用層核心子系統的建設工作，同時根據業務發展需要，部分企業還建設了管網仿真、負荷預測、氣量管理、壓力預警等系統。

隨著大量信息化系統投入使用，燃氣公司積累了大量應用價值較高的歷史數據，但由于大部分信息化系統都是獨立運行、獨立管理，往往會形成一個個信息孤島，采集的大量歷史數據都相互獨立，造成了信息資源的浪費。

智能氣網的建設是在現有信息化系統基礎之上，對業務流程進行優化，對信息化系統體系進行規范，引入先進物聯網技術、云計算及云服務技術，提升氣網信息化管理水平。

6　智能氣網發展目標和近期工作重點

①智能氣網發展目標

a．建立開放、完整、統一的管網計算分析平臺。實現天然氣管網的實時仿真計算，為管網規劃、建設、運行、管理提供全局性的、統一的、共享的數據和計算分析工具，為企業生產和管理提供決策支持。

b．建立智能化調度中心，以燃氣輸配調度高度信息化為前提，以保障天然氣安全穩定運行控制技術為手段，建成完整的智能氣網決策控制體系，逐步實現動態安全監測、預警和預控，支持氣網運行狀態的靈活控制，滿足企業對復雜管網、多氣源管網供氣安全管理的需求，提升氣網運行水平，適應天然氣發展的需要。

c．建設智能化生產建設體系，對天然氣輸配設備進行監控和管理，優化燃氣設備全壽命周期的管理。

d．建立智能化調壓站，全面提升調壓站信息采集、實時控制、動態調整技術水平，實現調壓站對壓力、流量、安全智能化的控制，支撐氣網自愈可調。

e．加快智能儀表開發，滿足對氣網運行狀態監控的需要。

f．開展智能氣網發展規劃工作，制定國家或行業技術和管理標準，開展關鍵技術研發和設備研制，開展各環節的試點工作。

②近期工作重點

a．推廣智能化調壓站研發工作，建設智能化調壓站試點。