调控中心作为天然气管网运行控制的指挥中枢，然而目前天然气管网调控业务仍以设备监控与人工分析为主，决策、执行等环节仍需调控人员参与主导，更多依赖调控人员经验分析，这显然无法满足调控智能化要求。调控中心是集合大量数据、规则以及专家经验的密集型“决策大脑”，与以数据驱动为特征的新一代人工智能发展思路和演进方向十分相近。所以运用人工智能技术，将调度数据、知识及经验进行有效管理和应用，可有效推动天然气管网的智能化升级。
研究者结合人工智能技术的最新进展，从天然气管网调控业务的需求出发，提出了智能调控的基本概念和功能特征，设计出了智能调控的体系架构，并分析了智能控制层和智能决策层的关键技术和潜在应用场景。
人工智能与天然气管网
近年来，人工智能与大数据技术在天然气管网智能调控领域中的应用获得国内外学者的广泛关注。
1
国外应用
美国 Williams Gas 公司调控中心打造了天然气管理一体化系统 IGMS，可实现压缩机性能自动优化、压缩机站优化、预测模拟、实时模拟、历史数据存储、气体负荷预测等功能。
美国哥伦比亚管道公司采用 GE公司与埃森哲公司发布的智能管道解决方案，该方案整合了企业内部和外部的多项数据源，为管道运营商的运行和管理提供更明智的决策。
意大利 SNAM公司利用BP算法进行销售预测，从而更好地实现了管输交易，累计为公司获利上千万美元。
2
国内应用
2020 年，国家石油天然气管网集团有限公司确立建设“智慧互联大管网”，为以人工智能为代表的新一代信息技术在管网的应用落地提供了宽广的平台。
天然气管网与电网类似，都承担着为用户可靠经济地持续输送能源的任务，且二者都属于大型复杂系统，都利用 SCADA 系统实现了自动化运营，都处在从自动化向智能化发展的阶段。天然气管网智能调控应充分汲取智能电网已有的经验教训与技术。
天然气管网智能调控的概念与特征
天然气管网智能调控是人工智能技术与调控技术的深度融合， 实现智能感知、预测预警、优化决策、智能控制，最终达到黑屏调控的智能化调控模式。
智能调控概念鱼骨图
黑屏调控的效果：
当天然气管网达到智能调控阶段，调控系统的显示器日常处于黑屏状态，智能调控系统将会自行运营、调整、优化管网生产，智能安排维检修作业和处理调度电话等日常工作；出现重大异常需要重要决策时，系统自动通知调控人员并辅助调控人员进行决策和处理。黑屏调控的实现将显著提高调控效率，减少调控人员工作量
体系架构
天然气管网智能调控的体系架构设计如下：
智能调控体系架构设计图
智能决策层重在“调”，智能控制层重在“控”，二者相互依托，通过数据传递、耦合及回归将2层架构紧密连接并协调控制，提高管网调控的智能化水平。具体介绍如下。
1
智能控制层
智能控制层以设备层和传输层为基础，借助天然气管网各类终端采集和感知气源、管网、负荷、外部环境等各类信息， 结合自动化控制系统实现感知和操作的协同， 并通过低时延、高可靠的信息通信网络与智能决策层交互耦合。
自动化控制和通信系统
管道自动化控制和通信系统是智能调控的基础，是智能控制层建设的核心。
建设途径：可按照“一套标准、 一张网络、 一个平台”目标，统一和完善天然气管网自动化控制和通信标准体系，建立天然气管网生产运行集中调控管理平台，实现管网数据完整采集、管网控制水平统一、管网运行集中高效及管网SCADA系统安全可控。
建设目标：实现天然气管网 SCADA 系统整合，实现全面远控水平，最终达到智能调控水平，进一步优化资源和管网平衡，推行智能化统筹调控管网运行。
操作管理智能化
结合 SCADA 系统和数据分析技术，自动记录调度各类操作，统计操作次数及工作量，分析操作规律，特别是可自动操作的工作量。
自动分输系统将用户日指定量数据通过安全隔离措施自动反传至SCADA系统中，对SCADA 系统进行功能拓展与工程组态，实现依据日指定计划量的用户自动分输控制。
自动分输数据流向图
优点：
自动分输解决了远控工作量大和手动控制日指定精确问题，最终调度操作工作量降低80%以上，正常情况下控制误差2%以内，为天然气管网智能调控奠定了基础。
关键设备管理智能化
搭建设备管理平台，分析关键设备（压缩机组、调压撬、流量计、分离器、关键阀等）的性能，实时监控关键设备的运行状态，实现关键设备管理的智能化，为运行和优化及操作提供支持。关键设备管理智能化的应用逐步实现了压缩机和站场的一键启停。
调度助手
研究天然气管网感知和控制的辅助技术，搭建基于人工智能的调度机器人助手，以实现各种业务场景，如SCADA 语音指令交互、SCADA 系统 HMI界面导航、报警分析及处理机制调用、应知应会和动态数据语音查询、集成计划调整方案库调取及辅助执行、大数据语音智能统计分析、管道各类状态语音问答与智能判断、作业计划智能管理等。
SCADA系统的人机界面实例：泵浦运行动态
2
智能决策层
智能决策层是基于数据层提供的天然气管网系统数据信息，利用仿真计算、优化分析、大数据分析、机器学习等新一代人工智能技术，结合调度知识和专家经验，提供在线优化、实时优化、智能预测预警、平衡管理等功能应用。各功能内容如下：
在线优化
在线优化是仿真优化技术与大数据分析技术的综合运用，达到在线生成最优的周/日运行方案的智能化水平。
智能预测
智能预测包括运行工况和进销趋势的预测。运行工况的预测是基于在线仿真系统的工艺预测功能，包括自动前景预测和手动工艺预测。进销趋势的预测，是通过对历史大数据进行统计计算，预测管网未来一段时间的进销量，辅助调控人员决策。
智能预警
智能预警包括工况预警、实时优化预警、设备预警等。
实现过程：结合数据统计分析技术和在线仿真技术，自动预测管网中、短期未来工况，包括含资源量、销售量、关键点压力和单个用户用气量等，展示变化趋势，当预测到未来运行工况出现问题时或供销严重不平衡时，在SCADA 或其他监控系统中自动报警，并结合其他系统提出调整策略。
实时优化
实时优化是从较短的时间维度对管网的实时运行工况进行优化调整。
参考文献：唐善华，杨毅，张麟，郭永华，侯本权，杨金辉，于文广．天然气管网智能调控初探．油气储运.
来源：管网科技