气体传输压缩优化的制作方法

1.本文所述的实施例大体上涉及气体传输，且更具体地涉及用于管道中的气体传输的压缩优化。


背景技术：

2.气体传输管道以某些压力和流动速率操作以将气体(例如，天然气)输送到一个或多个目的地。例如涡轮机械(例如，包括一个或多个压缩机、涡轮机和其它设备)的工业机器可以沿着气体传输管道定位，并根据目标设定点配置，以维持将气体输送到预期目的地所需的压力和流速。对于此类气体传输管道的操作者来说，获得实时数据和指导其优化管道性能的推荐将是有益的。
3.美国专利号7,720,575(
“’
575专利”)描述了流体管道的优化系统。然而，’575专利中描述的优化系统在许多方面存在缺陷。本公开旨在克服发明人发现的一个或多个问题。


技术实现要素：

4.在一个实施例中，公开了一种系统，其包括：至少一个硬件处理器；存储器；和一个或多个软件模块，所述一个或多个软件模块被配置成当由所述至少一个硬件处理器执行时，接收表示管道的一个或多个参数的实时管道数据，将所述实时管道数据添加到存储在所述存储器中的历史管道数据中，基于所述实时管道数据执行所述管道的模拟模型，以及基于所述模拟模型的输出，针对沿着所述管道的一个或多个台站产生表示最佳压缩的一个或多个控制设定点。
5.在一个实施例中，公开了一种方法，包括使用至少一个硬件处理器：接收表示管道的一个或多个参数的实时管道数据；将所述实时管道数据添加到存储在存储器中的历史管道数据；基于所述实时管道数据执行所述管道的模拟模型；以及基于所述模拟模型的输出，针对沿着所述管道的一个或多个台站产生表示最佳压缩的一个或多个控制设定点。
6.在一个实施例中，公开了一种系统，其包括：至少一个硬件处理器；存储器；和一个或多个软件模块，所述一个或多个软件模块被配置成当由至少一个硬件处理器执行时，接收表示管道的一个或多个参数的实时管道数据，将所述实时管道数据添加到存储在所述存储器中的历史管道数据中，以及通过使用所述历史管道数据的至少一部分作为训练数据集使用机器学习来更新模拟模型，以最小化所述模拟模型的输出与所述历史管道数据中表示的至少一个参数之间的差。
附图说明
7.本公开的实施例的细节(关于其结构和操作)可部分地通过研究附图来搜集，在附图中相同的附图标记指代相同的部分，并且其中：
8.图1示出了根据实施例的可以实施一个或多个所公开的过程的示例性基础设施；
9.图2示出了根据实施例的可以实施一个或多个所公开的过程的示例处理系统；
10.图3示出了根据实施例的示例压缩优化系统；以及
11.图4示出了根据实施例的用于压缩优化的示例性图形用户界面。
具体实施方式
12.下面结合附图阐述的详细描述旨在作为各种实施例的描述，并不旨在代表可以实践本公开的仅有的实施例。为了透彻理解实施例，详细描述包括具体细节。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本发明的实施例。在一些情况下，为了使描述简洁，以简化形式展示了熟知的结构和部件。
13.图1示出了根据实施例的可以实施一个或多个所公开的过程的示例性基础设施。基础设施可包括平台110(例如，一个或多个服务器)，其托管和/或执行本文所述各种过程(例如，作为软件实施)中的一个或多个过程。平台110可包括专用服务器，或者可转而包括利用一个或多个服务器的共享资源的云实例。这些服务器可以在共同位置和/或在地理上是分散的。平台110还可以包括服务器应用程序112和/或一个或多个数据库114。另外，平台110可以经由一个或多个网络120以通信方式连接到一个或多个用户系统130。平台110还可以经由一个或多个网络120以通信方式连接到一个或多个外部系统140(例如，传感器系统、其它平台、网站等)。
14.网络120可包括互联网，并且平台110可以使用标准传输协议，例如超文本传输协议(http)、http secure(https)、文件传输协议(ftp)、ftp secure(ftps)、secure shell ftp(sftp)等，以及专有协议，通过互联网与用户系统130和/或外部系统140通信。虽然平台110被图示为通过单个网络集合120连接到各种系统，但应理解，平台110可以经由一个或多个网络的不同集合连接到各种系统。例如，平台110可以经由互联网连接到用户系统130和/或外部系统140的子集，但可以经由内部网连接到一个或多个其它用户系统130和/或外部系统140。此外，虽然仅示出了几个用户系统130和外部系统140、一个服务器应用程序112和一组(多个)数据库114，但应理解，基础设施可包括任何数目的用户系统、外部系统、服务器应用程序和数据库。
15.用户系统130可包括能够有线和/或无线通信的任何类型的计算装置，包括但不限于台式计算机、笔记本电脑、平板电脑、智能手机或其它移动电话、服务器、电视机、机顶盒、电子信息亭等。
16.平台110可包括托管一个或多个网站和/或网络服务的网络服务器。在提供网站的实施例中，网站可包括图形用户界面，包括例如以超文本标记语言(html)或其它语言生成的一个或多个屏幕(例如，网页)。平台110响应于来自用户系统130的请求而传输或服务图形用户界面的一个或多个屏幕。在一些实施例中，这些屏幕可以向导的形式提供，在这种情况下，可以按顺序提供两个或更多个屏幕，并且一个或多个顺序屏幕可以取决于用户或用户系统130与一个或多个先前屏幕的交互。对平台110的请求和来自平台110的响应，包括图形用户界面的屏幕，都可以通过网络120使用标准通信协议(例如，http、https等)传达，所述网络可以包括互联网。这些屏幕(例如，网页)可包括内容和元素的组合，例如文本、图像、视频、图形、图表、动画、参考(例如，超链接)、帧、输入(例如，文本框、文本区域、复选框、单选按钮、下拉菜单、按钮、表格等)、脚本(例如，javascript)等，包括这样的元件，该元件包括存储在平台110本地和/或远程可访问的一个或多个数据库(例如，数据库114)中的数据
或者由所述数据导出。
17.平台110还可以包括一个或多个数据库114，可以与一个或多个数据库通信耦合或者以其它方式访问一个或多个数据库。例如，平台110可包括管理一个或多个数据库114的一个或多个数据库服务器。用户系统130或在平台110上执行的服务器应用程序112可以提交数据(例如，用户数据、表格数据等)以存储在数据库114中，和/或请求访问存储在数据库114中的数据。可以使用任何合适的数据库，包括但不限于mysql
tm
,oracle
tm
、ibm
tm
、microsoft sql
tm
、access
tm
、postgresql
tm
等，包括基于云的数据库和专有数据库。例如，可以使用由http支持的众所周知的post请求，经由ftp等，将数据发送到平台110。此数据以及其它请求可以由例如由平台110执行的服务器侧web技术来处理，所述服务器侧web技术例如servlet或其它软件模块(例如，包括在服务器应用程序112中)。
18.在提供web服务的实施例中，平台110可以从外部系统140接收请求，并且以可扩展标记语言(xml)、javascript对象表示(json)和/或任何其它合适的或期望的格式提供响应。在此类实施例中，平台110可提供应用编程接口(api)，该应用编程接口定义用户系统130和/或外部系统140可以与web服务交互的方式。因此，用户系统130和/或外部系统140(其本身可以是服务器)可以定义其自身的用户界面，并且依靠web服务来实施或以其它方式提供本文所述的后台过程、方法、功能、存储等。
19.例如，在这样的实施例中，在一个或多个用户系统130上执行的客户端应用程序132(例如，访问本地数据库134)可以与在平台110上执行的服务器应用程序112交互，以执行本文所述各种过程中的一个或多个过程或一个或多个过程的一部分。客户端应用程序132可以是“瘦的”，在这种情况下，处理主要由平台110上的服务器应用程序112在服务器侧执行。瘦客户端应用程序132的基本示例是浏览器应用程序，它简单地请求、接收和渲染用户系统130处的网页，而平台110上的服务器应用程序112负责生成网页和管理数据库功能。备选地，客户端应用程序可以是“胖”的，在这种情况下，处理主要由用户系统130在客户端侧执行。应当理解，客户端应用程序132可以在“瘦”和“胖”之间的沿着该谱的任一点上相对于服务器应用程序112执行一定量的处理，这取决于特定实施方案的设计目标。因此，实施所公开过程的软件在本文中可简称为“应用程序”，并且应当理解，该应用程序可以完全位于任一平台110上(例如，在此情况下，服务器应用程序112执行所有处理)或者用户系统130(例如，在此情况下，客户端应用程序132执行所有处理)，或者分布在平台110和用户系统130之间(例如，在此情况下，服务器应用程序112和客户端应用程序132均执行处理)。在任何情况下，应用程序可包括一个或多个可执行软件模块，该一个或多个可执行软件模块实施本文所述过程中的一个或多个，包括所公开的压缩优化。
20.图2是图示可结合本文所述各种实施例使用的示例有线或无线系统200的框图。例如，系统200可以用来执行本文所述过程中的一个或多个(例如，实施为应用程序的软件模块)，并且可以表示平台110的部件、用户系统130、外部系统140和/或本文所述其它处理装置。系统200可以是服务器、常规个人计算机(例如，台式计算机)、移动处理装置(例如，膝上型计算机、平板计算机、智能电话等)或能够进行有线或无线数据通信的任何其它支持处理器的装置。也可使用其它计算机系统和/或架构，如所属领域的技术人员将清楚的那样。
21.系统200可包括一个或多个处理器，例如处理器210，所述一个或多个处理器可包括中央处理单元(cpu)。可以提供附加的处理器，例如管理输入/输出的辅助处理器，用于执
行浮点数学运算的辅助处理器，具有适合于快速执行信号处理算法的专用微处理器(例如，数字信号处理器)，隶属于主处理系统的从处理系统(例如，后台处理器)，用于双或多处理器系统的附加微处理器或控制器，和/或协处理器。此类辅助处理器可以是离散处理器，或者可以与处理器210集成。
22.处理器210可以连接到通信总线205。通信总线205可包括数据信道，用于促进系统200的存储和其它外围部件之间的信息传输。此外，通信总线205可以提供用于与处理器210通信的一组信号，包括数据总线、地址总线和/或控制总线(未示出)。通信总线205可包括任何标准或非标准总线架构，例如符合行业标准架构(isa)、扩展行业标准架构(eisa)、微信道架构(mca)、外围设备互连(pci)本地总线、由电气和电子工程师协会(ieee)颁布的标准，包括ieee488通用接口总线(gpib)、ieee 696/s-100等的总线架构。
23.系统200可包括主存储器215，并且还可以包括辅助存储器220。主存储器215为在处理器210上执行的软件模块，例如所公开的应用程序的一个或多个软件模块提供指令和数据的存储。应理解，存储于存储器中并由处理器210执行的程序可以根据任何合适的语言编写和/或编译，包括但不限于c/c++、java、javascript、perl、visual basic、.net等。主存储器215通常是基于半导体的存储器，例如动态随机存取存储器(dram)和/或静态随机存取存储器(sram)。其他基于半导体的存储器类型包括例如同步动态随机存取存储器(sdram)、rambus动态随机存取存储器(rdram)、铁电随机存取存储器(fram)等，包括只读存储器(rom)。
24.辅助存储器220可包括具有计算机可执行代码(例如，所公开的应用程序的软件模块)和/或存储在其上的其它数据的非暂时性计算机可读介质。存储在辅助存储器220上的代码和/或数据可以被读取到主存储器215中以供处理器210执行。辅助存储器220可任选地包括内部介质225和/或可移动介质230。可移动介质230可以任何众所周知的方式被读取和/或写入。可移动存储介质230可以是例如磁带驱动器、光盘(cd)驱动器、数字多功能光盘(dvd)驱动器、其它光学驱动器、闪存驱动器等。
25.替代地或另外，辅助存储器220可包括用于允许指令或数据加载到系统200中的其它类似装置。此类装置可包括例如通信接口240，该通信接口允许软件和数据从外部存储介质245传输到系统200。外部存储介质245的实例可包括外部硬盘驱动器、外部光学驱动器、外部磁-光驱动器等。辅助存储器220的其它实例可包括基于半导体的存储器，例如可编程只读存储器(prom)、可擦除可编程只读存储器(eprom)、电可擦除只读存储器(eeprom)和闪存(与eeprom类似的面向块的存储器)。
26.如上所述，系统200可包括通信接口240。通信接口240允许数据在系统200与外部装置(例如，打印机)、网络或其它信息源之间传输。例如，软件可以经由通信接口240从网络服务器(例如，平台110)传输到系统200。通信接口240的实例包括内置网络适配器，网络接口卡(nic)，个人计算机存储卡国际协会(pcmcia)网卡，卡总线网络适配器，无线网络适配器，通用串行总线(usb)网络适配器，调制解调器，无线数据卡，通信端口，红外接口，ieee 1394火线，以及能够将系统200与网络(例如，网络120)对接的任何其它装置或其它计算装置。通信接口240最优选实施行业发布的协议标准，例如以太网ieee 802标准，光纤通道，数字订户线(dsl)，异步数字订户线(adsl)，帧中继，异步传输模式(atm)，集成数字服务网络(isdn)，个人通信服务(pcs)，传输控制协议/互联网协议(tcp/ip)，串行线路互联协议/点
对点协议(slip/ppp)，等等，也可以实施定制或非标准接口协议。
27.经由通信接口240传输的数据通常呈电通信信号255的形式。这些信号255可以经由通信信道250提供给通信接口240。在实施例中，通信信道250可以是有线或无线网络(例如，网络120)，或任何种类的其它通信链路。通信信道250携带信号255，并且可以使用各种有线或无线通信手段来实现，所述各种有线或无线通信手段包括有线或电缆、光纤、常规电话线、蜂窝电话链路、无线数据通信链路、射频(“rf”)链路或红外链路，等等。
28.计算机可执行代码(例如，所公开的应用程序的软件模块)存储在主存储器215和/或辅助存储器220中。此类代码还可经由通信接口240接收且存储在主存储器215和/或辅助存储器220中。此类代码在被执行时使系统200能够执行本文别处描述的各种过程。
29.在本说明书中，术语“计算机可读介质”用于指用于将计算机可执行代码和/或其它数据提供到系统200或在该系统内提供的任何非暂时性计算机可读存储介质。此类介质的实例包括主存储器215、辅助存储器220(包括内部存储器225、可移除介质230和外部存储介质245)，以及与通信接口240通信耦合的任何外围设备(包括网络信息服务器或其它网络装置)。这些非暂时性计算机可读介质是用于向系统200提供软件和/或其它数据的装置。
30.在实施例中，i/o接口235提供系统200的一个或多个部件与一个或多个输入和/或输出装置之间的接口。示例性输入装置包括但不限于传感器、键盘、触摸屏或其它触敏装置、生物特征感测装置、计算机鼠标、跟踪球、基于笔的指向装置等。输出装置的实例包括但不限于其它处理装置、阴极射线管(crt)、等离子显示器、发光二极管(led)显示器、液晶显示器(lcd)、打印机、真空荧光显示器(vfd)、表面导电电子发射器显示器(sed)、场发射显示器(fed)等等。在某些情况下，输入和输出装置可以组合，例如在触摸板显示器的情况下(例如，在智能手机、平板电脑或其它移动装置中)。
31.系统200还可以包括促进通过语音网络和/或数据网络(例如，在用户系统130的情况下)无线通信的可选无线通信部件。无线通信部件可包括天线系统270、无线电系统265和基带系统260。在系统200中，射频(rf)信号在无线电系统265的管理下由天线系统270通过无线电发射和接收。
32.在实施例中，天线系统270可包括一个或多个天线和一个或多个多路复用器(未示出)，所述一个或多个多路复用器执行切换功能以向天线系统270提供发射和接收信号路径。在接收路径中，所接收的rf信号可从多路复用器耦合到低噪声放大器(未示出)，该低噪声放大器放大所接收的rf信号并将放大信号发送至无线电系统265。
33.在替代实施例中，无线电系统265可包括被配置成在各种频率上通信的一个或多个无线电。在实施例中，无线电系统265可将解调器(未示出)和调制器(未示出)组合在一个集成电路(ic)中。解调器和调制器也可以是单独的部件。在传入路径中，解调器去掉rf载波信号，留下基带接收音频信号，该基带接收音频信号从无线电系统265发送到基带系统260。
34.如果接收到的信号包含音频信息，则基带系统260解码信号并将其转换为模拟信号。然后，信号被放大并发送至扬声器。基带系统260还从麦克风接收模拟音频信号。这些模拟音频信号被转换为数字信号，并由基带系统260编码。基带系统260还编码用于发射的数字信号，并生成基带发射音频信号，该信号路由到无线电系统265的调制器部分。调制器将基带发射音频信号与rf载波信号混合，产生rf发射信号，该信号被路由到天线系统270并且可以通过功率放大器(未示出)。功率放大器放大rf发射信号并将其路由到天线系统270，其
中信号被切换到天线端口以进行发射。
35.基带系统260还与处理器210通信耦合。数据可以从基带处理器260接收，并存储在主存储器210或辅助存储器220中，或在接收时执行。从基带系统260接收的软件可以由处理器210执行，以使系统200能够执行本文所述各种过程中的一个或多个过程。
36.图3示出了根据实施例的由所公开的应用程序实施的压缩优化系统的部件和数据流。如本文其它地方所讨论的，压缩优化系统300可以实施为服务器应用程序112、客户端应用程序132或服务器应用程序112和客户端应用程序132的组合。
37.在所示的实施例中，压缩优化系统300包括设备性能分析模块310、模拟模块320和优化模块330。设备性能分析模块310可以接收设备模型312和实时设备数据314作为输入，并将代表设备的实时状况的分析结果输出到模拟模块320。模拟模块320可以除接收管道定义322、实时管道数据324和命名326之外还从设备性能分析模块310接收分析结果，并将模拟结果输出到优化模块330。可选地，模拟模块320还可以将模拟结果输出到自学习模块328，该自学习模块可以分析模拟结果并将修改输出到模拟模块320，以随着物理管道中设备状况的变化而更新模拟模块320使用的模型。优化模块330可以接收由模拟模块320输出的模拟结果，并输出推荐参数(例如，控制设定点)，用于以优化的压缩来操作物理管道。另外，优化模块330可以在满足一个或多个标准时提示和/或接收用户输入332，以及输出或发起通知334。用户输入332(例如，优化偏好、假设场景、模型要求等)可用于根据用户偏好和/或要求来修改或调节模拟模块320使用的模型。
38.应理解，所公开的模块中的每一个，包括设备性能分析模块310，模拟模块320，自学习模块328，和优化模块330，以及各种输入和输出，可以在软件中实施，例如，实施为独立的软件模块，这些软件模块通过一个或多个api或其他方式直接(例如，在同一系统200上本地)或间接(例如，通过一个或多个网络，例如网络120)和/或使用任何其他标准或非标准手段传送，或者实施为包括所有各种模块的单一集成软件应用程序。另外，在各种实施例中，可以省略所描述的部件中的任何一个或多个部件。例如，在不利用自学习来调整模拟模型的实施例中，可以省略自学习模块328，在不允许用户输入模拟模型的实施例中可以省略用户输入332，和/或在不利用通知的实施例中可以省略通知334。另外，所描述的部件可以与本文未描述的其它部件集成或通信耦合。应理解，包括或省略特定部件可能有各种优点和缺点。
39.设备模型312可包括数据结构，该数据结构存储管道中并且另外支撑管道的物理设备的属性(例如，参数、限制、结构和/或行为模型、材料等)的表示。此类设备的实例包括但不限于气体压缩机、燃气轮机、阀门等。一个或多个设备模型312可以由原始设备制造商(oem)生成且导入到设备性能分析模块310中。替代地或另外，可以基于oem提供的设备规格生成一个或多个设备模型312。在任一情况下，每个设备模型312可包括其对应的设备项的现实表示。显著影响管道中的压缩的所有设备可以具有对应的设备模型312。
40.实时设备数据314可以表示管道中的物理设备输出或感测的实时数据。如本文所用，术语“实时”包括与事件同时发生的事件，以及在由例如处理和/或通信延迟引起的事件的较小延迟周期(例如，毫秒、秒等)内同时发生的事件。实时设备数据314可以由被监测的物理设备中的一个或多个传感器生成。应理解，一个或多个，包括潜在所有被监测且从其接收实时设备数据314的物理设备可以在设备模型312中的至少一个中表示。
41.设备性能分析模块310参照设备模型312分析实时设备数据314，并输出结果，该结果表明每个设备项(对于该每个设备项接收实时设备数据314)的一个或多个参数。例如，针对管道中的设备项接收的实时设备数据314可以输入到表示该设备的设备模型312中或以其它方式与设备模型一起使用，以产生表示物理设备的一个或多个实时状况的输出。因此，特定设备项的设备性能分析模块310的输出可包括设备的一个或多个状况和/或性能度量，如从设备模型310和该特定设备项的实时设备数据314所确定的。这些实时状况可以由设备性能分析模块310提供到模拟模块320，使得在模拟模块320使用的模拟模型中表示的设备可以用该设备的实时状况更新。
42.模拟模块320可包括表示处于稳态的物理管道的一个或多个稳态模拟模型。在实施例中，管道可以表示为多个区段，以实现更现实的建模。管道的多个区段中的每一个对应于管道中的起始点和输送点，并且可以由其自身的稳态模型表示。每个模型可包括具有对应于输入的一个或多个系数和一个或多个变量的表达或其它算法。每个模型中的变量可对应于设备性能分析模块310的输出中的参数、管道定义322、实时管道数据324和/或命名326。这些参数的值可以输入到给定模型中，并且可以评估所述模型以根据输入参数值计算输出参数值。应理解，给定模型的输出参数值表示该模型基于输入参数值对该参数值的预测。在利用多个模型(例如，表示管道的多个区段)的实施例中，可以根据一个或多个额外模型进一步评估多个模型中的两个或更多个和潜在全部的输出参数值以产生管道的总输出参数值。
43.在实施例中，由模拟模块320输出的参数值包括管道容量。管道容量是指在一组给定条件下可输送到沿着管道的所有输送点的最大气体量。管道容量可以根据管道中的资产可用性、气体条件、气体约束、环境条件等的一个或多个的值，包括潜在所有的值来计算。例如，管道容量可以从以下输入参数中的一个或多个(可能包括全部)的值来计算：每个压缩位点处的环境温度(例如，影响来自燃气轮机驱动器的可用功率)，气体压缩机可用性(例如，如果由于维护或维修而无法使用气体压缩机，管道容量将减少)，驱动器和气体压缩机性能下降，最小输送压力要求，和/或最大气体接收压力或气体接收流动限制。
44.可以在可能的情况下降低模拟模型(其可包括多个模型)的复杂性，以改进计算速度和实现适合实时分析的建模。例如，为了快速有效地计算管道容量，可以假定对准确性影响最小的参数，而不是分别计算。另外，分段线性函数可用于近似管道中每个压缩机的各压缩机图的边界，并且可使用围绕接近预期容量条件的点的一阶泰勒展开来近似管道中每个压缩机的等熵头值。换句话说，曲线可以根据期望或需要的任何准确度近似为一组直线。这组直线总体是一组分段线性函数。在某点处应用泰勒展开以获得线性函数，与计算等熵头时众所周知的多变量非线性标量函数相对比。这些简化对准确性的影响可忽略不计，但降低了非凸二次不等式的管道容量解的复杂性，从而使得能够使用商用级求解器(俄勒冈州beaverton市gurobi optimization,llc公司生产的gurobi
tm optimizer；丹麦哥本哈根市mosek aps生产的mosek
tm optimizer；纽约州armonk市的ibm公司生产的cplex
tm
；弗吉尼亚州fairfax市的gams development公司生产的gams
tm solver；等等)。因此，可以以对于通知操作决策和跟踪随时间的管道可用性能水平是可接受的准确性来快速可靠地计算管道容量。
45.在实施例中，自学习模块328用于更新模拟模块320的模拟模型，以更准确地反映
实际管道，并且随着管道中随时间不断变化的状况而演变。例如，模拟模型最初可以包括基于管道的理论模型的算法。然而，由于与理论模型不可避免的偏差，此初始模拟模型可能无法准确反映实际管道。
46.因此，在一个实施例中，除了来自设备性能分析模块310的设备状况之外，模拟模块320还接收管道定义322、实时管道数据324和/或命名326，以便训练模拟模型以更准确地反映实际管道并随着管道随时间的推移而演变。管道定义322可包括存储物理管道区段的属性的表示的数据结构。实时管道数据324可以表示沿着物理管道从一个或多个计量站输出的实时数据。例如，每个计量站可包括一个或多个传感器，该一个或多个传感器收集数据并将其(例如，在计量站处的流量、抽吸压力、排放压力、抽吸温度、排放温度等)传输到模拟模块320。命名326可包括数据结构，该数据结构存储针对一个或多个气体客户的客户定义气体命名的表示。对于相关联客户，每种气体命名可以指示在定义的时间段内要输送到相关联客户的设施的气体量。可以通过图形用户界面(例如，由服务器应用程序112生成并在用户系统130上显示)输入每个客户的气体命名。备选地，出于无缝的用户体验，每个气体命名可以在用户干预或没有用户干预情况下从客户的管理系统传输到服务器应用程序112(例如，经由api)。在这种情况下，命名326可能随着状况和客户命名的改变而实时更新。
47.自学习模块328可以定期执行模拟模块320以将从接收的数据提取的输入参数值(即，表示输入参数值的实际值)输入到稳态模拟模型中，以输出预测参数值。这可以在某些时间间隔、在接收到新数据时和/或根据任何其他周期性完成。自学习模块328还可以从所接收的数据提取或导出给定输入参数值的输出参数值的实际值。例如，自学习模块328可以从实时管道数据324(例如，从压缩机和/或计量站获得的)提取一组实际参数值，该实际参数值包括模拟模型的输入参数和模拟模型的输出参数(例如，管道容量)的值。在实施例中，自学习模块328可以仅使用来自在接近稳态条件操作的设备的此类数据。稳态条件可以被识别为在定义的时间段内几乎没有变化的实际流速、温度和压力。
48.如果由模拟模型输出的预测参数值与实际参数值之间的差是显著的(例如，大于阈值)，则自学习模块328可以根据训练数据集启动训练会话以使用机器学习或其它人工智能来调整模拟模型。通常，由于设备通常不会在日常时间发生急剧变化，因此显著差异不会经常发生。训练数据集可包括已针对管道随时间推移收集的相关的输入和输出参数值的历史值(例如，在实时管道数据324中)。自学习模块328可执行一个或多个机器学习算法，该一个或多个机器学习算法调整模拟模型中的系数以最小化由模拟模型输出的训练数据集中的输入参数值的预测参数值与和训练数据集中的那些输入参数值相关的实际参数值之间的差。
49.当被训练时，模拟模型能够在任何时间点准确地预测任何给定输入参数值集合(例如，表示任何一组条件)的参数值(例如，管道容量)。值得注意的是，此类训练可用于在任何时间段内连续地调整模拟模型以准确反映当前管道的操作。因此，随着管道随时间变化(例如，由于设备的劣化或维护)，模拟模型将由自学习模块328并行自动更新以反映管道的变化。例如，燃气轮机驱动器的马力随时间的降级、管道内流动阻力的增加等将自动反映在模拟模型中。应理解，管道中的这些变化可通过调整模拟模型中的一个或多个系数而反映在模拟模型中。例如，管道段内的流动阻力的变化可以通过调整该区段的模型中的摩擦因子来反映。
50.在实施例中，除稳态模拟模型之外或代替稳态模拟模型，模拟模块320可包括瞬态模拟模型。可以类似于稳态模拟模型的方式操作的瞬态模拟模型可以提供不正常状态的实时瞬态分析，以预测(例如，在优化模块330的图形用户界面内)由于管道的一个或多个状况的变化而在稳态之间的时间段上管道容量的变化率。换句话说，瞬态分析可以指示在给定情境中管道从一个流动状况转到另一个流动状况所需的时间长度。此变化率可以通过图形用户界面直观地显示给用户。因此，例如，如果操作者计划关闭主阀，瞬态模拟可以确定设备关闭和管道容量下降需要多长时间。这会为决策制定提供重要依据。
51.瞬态模拟可以由用户作为假定(即，假设(what-if))分析启动，和/或由实时管道数据324的变化(例如，不正常状态)自动触发。通过管道的瞬态流是取决于时间的，并且需要求解微分方程。在实施例中，对于假设分析，瞬态模拟模型的求解器利用由用户(例如，通过优化模块330的图形用户界面)输入的一组边界条件。对于事件触发的预测，求解器可以与操作数据(例如，实时管道数据324)组合利用由用户(例如，通过优化模块330的图形用户界面)输入的一组边界条件。在这种情况下，优化模块330可以通知事件的用户(例如，通过通知334)，以及向用户提供管道容量的预测变化率，以使用户能够快速作出知情决定。在任何情况下，瞬态模拟的求解器可以与时间戳相关联地输出管道中节点(例如，在计量站)处的流动速率和压力值。
52.在实施例中，瞬态模拟的求解器使用一维navier-stokes(1dns)方程，其中修改管道的内部流动，并且使与稳态边界值的偏差线性化。navier-stokes方程是控制流体流动的非线性场方程。在此实施例中，这些方程被修改为表示在单个方向上通过管的气流。非线性项使用泰勒展开进行线性化，这消除了非线性项。然后，可以将拉普拉斯积分变换应用于线性化偏差方程，以得到一组传递函数。拉普拉斯积分变换将微分方程转换成代数方程，所述代数方程比微分方程更容易使用和求解。所得的传递函数接着可以以状态空间格式重新表示，对于所述状态空间格式存在有效的数值求解器，且可用于产生解。状态空间表示使得对于求解器而言，传递函数更易于管理。
53.在实施例中，由于管道通常以慢瞬态状态操作，因此管道在瞬态模型中建模为多个较小区段，以实现预测值和实际值的适当比较。由于仪表误差会干扰这些计算，因此如有必要，应正确维护和升级硬件。
54.在实施例中，可如上文所描述训练模拟模块320的模拟模型以输出一组控制设定点，以给定一组输入条件和/或偏好，控制沿着管道的一个或多个台站。这可补充或代替输出经预测的管道容量。控制设定点可包括对于每个被管理的台站，用于在每个台站处控制的目标流速、目标排出压力和/或目标抽吸压力。
55.模拟模块320可以与优化模块330接口，该优化模块可以在模拟模块320与用户之间提供图形用户界面。因此，用户输入332可以通过优化模块330接收，并且用于模拟模块320中的模拟。例如，用户输入332可包括用于优化沿着管道的计量站的控制设定点的操作者偏好以及指定的一组条件和/或气体命名。模拟模块320可以执行具有指定条件和/或命名作为输入的模拟模型，并且根据指定偏好，以生成一组推荐的控制设定点。该组推荐的控制设定点可以指示要运行的设备以及在哪个设定点运行设备。可以指定的偏好的实例包括但不限于燃料使用最小化、排放最小化和/或操作和维护成本最小化：
56.(1)燃料使用最小化。如果燃料使用最小化是指定的偏好，则可以基于定义的输送
压力和流动速率执行模拟以找到最小化管道中的燃料使用的解。特别地，可以用指定输入来评估模拟模型以生成一组推荐的控制设定点。只要期望的输送条件在被模拟时在可用管道容量内(例如，如由模拟模块320预测的)，求解器将确定操作设备的最佳配置(例如，如由一组推荐控制设定点表示的)，以实现管道中最低量的燃料流。为了实现此解，求解器可以优先保持沿着管道尽可能高的压缩机排出压力，这是在气体传输管道中移动气体的更有效方式，同时降低最靠近输送点的压缩机的排出压力。
57.(2)排放最小化。如果排放最小化是指定偏好，则可以基于设备的额定排放量执行模拟以找到最小化管道中的排放量的解。设备的排放额定值可以基于来自现场测试的设备的已知排放水平，并且可以自动地确定或者是用户指定的(例如，通过图形用户界面)。这种偏好可以优先考虑具有较低排放额定值的设备的操作，同时在可能的情况下减少或关闭具有较高排放额定值的设备的操作。为了减少逸散性排放，模拟可以被约束以防止关闭随后将导致天然气排放到大气中的任何压缩机。这可以通过维护给定压缩机的操作但设置通过压缩机的最小正流量来实现。
58.(3)操作和维护成本最小化。如果操作和维护成本最小化是指定偏好，则可以基于设备的额定操作成本执行模拟以找到最小化管道的操作和维护成本的解。设备的操作成本可以自动确定或者是用户指定的(例如，通过图形用户界面)。这种偏好可以优先考虑操作具有较低操作成本的设备，同时在可能的情况下减少或关闭操作具有较高操作成本的设备。此偏好可用于管理燃气轮机的燃烧小时累积(例如，以帮助操作者更高效地规划未来的涡轮机检修)。
59.一旦模拟模块320输出一组推荐的控制设定点，控制设定点就可以自动(例如，没有用户干预)、半自动(例如，在用户确认的情况下)或手动地(例如，通过网络120)发送到每个台站处的控制器。然而，在一个实施例中，出于安全和防护原因，台站的控制不是完全自动的。相反，控制设定点可以从模拟模块320输出到优化模块330。优化模块330可以接着生成包括作为推荐的控制设定点的图形用户界面。因此，用户可以根据需要确认和/或调整控制设定点(例如，通过一个或多个输入)，并且接着通过图形用户界面的一个或多个输入或通过其它通信方式启动一个或多个台站的控制操作。
60.在自动或半自动实施例中，一旦启动控制操作，优化模块330就可以将表示优化压缩的控制设定点传输到参与控制操作的每个台站的台站控制器。每个台站控制器可以接收控制设定点，并控制台站处的设备(例如，压缩机)以朝向控制设定点移动并根据控制设定点操作。例如，台站控制器可以输出驱动器速度命令，因为这是控制气体传输管道上的大多数压缩机站的方式。在手动实施例中，用户可以手动设置控制设定点或者将控制设定点传送到参与控制操作的每个台站。
61.在实施例中，优化模块330可以提供用户可配置的假定或“假设”分析，该分析使用户能够使用模拟模块320执行快速管道模拟。该假设分析可用于支持管道运营商的决策制定。假设分析可以使用与管道容量和控制设定点的求解器相同的方法，但使用户能够用假设数据替换实时设备数据314和/或实时管道数据324以测试各种假设情境。因此，例如，用户可以利用假设分析来观察在潜在不正常状态下管道中会发生什么，并且相应地进行规划。例如，如果操作员计划关闭设备项(例如，用于维护或更换)，用户可以在没有该设备项的情况下运行模拟，以便查看没有该设备项的可用管道容量的预测。
62.在一个实施例中，优化模块330提供用户可配置的通知334。例如，用户可以通过图形用户界面设置应当用于触发通知334的一个或多个标准以及一个或多个目的地。所述标准可以表示不正常状态和/或与最佳操作的偏差。所述标准可包括与压缩优化相关的度量的任何数字和组合，包括管道容量的值、命名326的值或总和、实时管道数据324中的任何监测值等。因此，用户可以单独选择并定义应触发通知的标准或标准组合。作为示例，用户可以指定当管道容量下降到低于某一阈值，压力超过某一阈值时，或如果控制设定点偏离最佳或预期控制设定点(例如，指示设备以次优方式运行)时，应向用户发送通知。优化模块330可以连续地检查(例如，以指定间隔)已设置的一个或多个标准，并且在满足一个或多个标准时将通知334发送至目的地。应理解，一个或多个通知334可以由一个或多个用户中的每一个用户以此方式配置。
63.通知334可包括任何一种或多种类型的通信，包括短消息服务(sms)文本、多媒体消息服务(mms)文本、电子邮件、自动电话呼叫或语音消息等。应理解，由用户设定的目的地可以是对应于通信类型的通信地址，例如用于sms或mms文本的移动电话号码、用于电子邮件消息的电子邮件地址，以及用于电话呼叫或语音消息的电话号码。通知334可以由优化模块330直接或间接地发送。在间接情况下，优化模块330可以将通知334提供到外部系统140，例如由加利福尼亚州圣地亚哥的solar digital公司提供的insight platform
tm
，以提供通知功能。
64.在实施例中，服务器应用程序112可将接收的实时数据(例如，实时设备数据314、实时管道数据324、命名326)的全部或一部分存储在持久非易失性存储器(例如，辅助存储器220)中。这些历史数据可包括管道容量、气体命名、实际流速、实际设定点、推荐的设定点等，可以让用户能够审查管道运行趋势，以支持未来的规划和维护活动。另外，此历史数据或此历史数据的部分可以由自学习模块328用作训练数据集以训练模拟模块320的模拟模型。
65.在管道操作期间，可在图形用户界面内显示实时管道容量的测量，以供操作者或其它用户查看。应理解，管道容量的测量可以结合其它度量和/或参数，例如命名326和实时管道吞吐量(例如，包括在实时管道数据324中或从实时管道数据导出)，以及与用于运行模拟的一个或多个输入一起显示在图形用户界面内。因此，用户可以比较当前管道容量、气体命名和管道吞吐量，以更好地理解管道当前满足客户需求的能力，以及如有必要，运行模拟以进行假设分析。对于要对操作不正常状态(例如，设备故障)作出反应的用户来说，这可以是特别有用的信息。
66.图4示出了根据实施例的可由优化模块330生成的示例图形用户界面。图示的图形用户界面将相关数据呈现给用户，以便以即使是新手用户也可以使用的简单、易于理解的格式对管道的操作进行决策。在实施例中，图形用户界面包括沿着管道的台站列表410、描绘管道的虚拟地图420、管道容量信息430和管道性能信息440。虽然本文示出和描述了特定区段和区段的特定布置，但应理解，可使用区段和布置的不同组合。
67.列表410可包括沿着正执行压缩优化的管道被管理的所有台站的可搜索和滚动列表。对于列表410中的每个台站，该台站的条目可包括台站识别符，台站的英里标记，台站的高度，台站处的抽吸压力，台站处的抽吸压力的设定值，台站处的排出压力，台站处的排出压力的当前设定值，台站处的推荐排出压力设定值，台站处的抽吸温度，台站处的排放温
度，台站处的流动速率，台站的每个设备包的一个或多个参数，等等。每个台站入口可以是可折叠和可展开的，使得用户可以快速地聚焦于感兴趣的台站。列表410还可以包括搜索输入，其使用户能够对列表410中的台站执行关键字搜索。当用户输入文本到搜索输入中时，可以更新台站列表410以仅显示与和输入文本匹配的信息相关联的台站。因此，用户可以快速地将列表410缩小到仅匹配指定关键字的那些台站。
68.虚拟地图420可以表示地理地形、管辖边界(例如，国家、州、县、城市等)和/或地标(例如，道路、河等)的背景下的管道。管道表示可包括在虚拟地图420上表示管道的线422，以及沿着线422的点424，每个点代表沿着管道的台站。虚拟地图420可包括用于标准地图功能的输入，例如，在地图视图和卫星视图之间切换，将管道表示重新居中于虚拟地图420内，将虚拟地图420扩展至全屏，设置街道视图，放大虚拟地图420，缩小虚拟地图420，等等。
69.管道容量信息430可包括实时或模拟管道容量的表示和/或其它值。例如，管道容量信息430可以包括当前或模拟流速、管道容量和目标流速的值和/或其它表示。在所示的实施例中，管道容量信息430包括图例中这些参数中的每一个的数值，以及这些参数中的每一个的图形表示。图形表示可包括表示管道容量的圆圈、表示当前流速的部分至完整圆圈(例如，同心和在表示管道容量的圆圈内)和表示目标流速的部分至完整圆圈(例如，同心和在表示管道容量的圆圈内)。应当理解，如果流速和目标流速的圆圈小于管道容量，那么它们将是部分的，并且如果它们为管道容量，则它们将是完整的。每个圆圈可以与图例中的参数相关联的颜色表示，并且每个参数可以由不同的颜色表示。
70.管道性能信息440可包括表示一段时间内的管道性能的图形。例如，在所示的实施例中，管道性能信息440包括表示一段时间内(例如，对于实时数据最近的六个月)的实时或模拟管道容量、流速和目标流速的线图。线图中表示的每个参数的线可以用与管道容量信息430中的该参数相关联的相同颜色表示。
71.工业适用性
72.在一个实施例中，压缩优化系统300被实施为软件应用程序(例如，服务器应用程序112和/或客户端应用程序132)，该软件应用程序支持桌面和移动计算系统(例如，用户系统130)。压缩优化系统300可以由气体传输管道的操作者使用以减少燃料使用、减少排放、降低维护成本并支持日常管道操作的具有成本效益的决策制定。用户可以输入期望的气体输送条件和偏好，并且压缩优化系统300将提供预测的管道容量和/或根据偏好优化设备使用的推荐控制设定点。另外，可以通过用户友好的图形用户界面实时跟踪实时管道容量和/或其它度量。当条件满足用户指定的标准(例如，当指定的气体输送条件已受损)时，可以自动通知用户(例如，在移动用户系统130处)。通过瞬态模拟确定的容量变化率也可以提供给用户，以支持与操作问题的纠正有关的决策制定。将管道建模算法与实时管道数据324和压缩设备性能分析相结合，可以促进在现有条件下代表现实世界设备的管道模型。
73.要理解，上文描述的益处和优点可以与一个实施例有关，或者可以涉及若干实施例。结合一个实施例描述的方面旨在能够与其他实施例一起使用。结合一个实施例的任何解释适用于其他实施例的相似特征，并且多个实施例的要素可以组合形成其他实施例。实施例不限于解决所陈述的任何或全部问题的实施例，或具有所陈述的任何或全部益处和优点的实施例。
74.前面的具体实施例仅仅是示例性的，而不是用来限制本发明或本发明的应用和使
用。所描述的实施例不限于与特定类型的管道结合使用。因此，尽管为了解释方便，将本实施例描绘和描述为在气体传输管道中实施，但是应当领会，它可以在各种其他类型的流体管道中以及在各种其他系统和环境中实施。此外，并没有意图受任何前面部分中呈现的任何理论的束缚。也要理解，图示可以包括放大的尺寸和图形表示，以更好地图示所示出的引用项，并且除非这样明确说明，否则不认为是限制性的。