本发明涉及管网仿真，尤其涉及一种燃气管网仿真方法、装置、设备及存储介质。
背景技术：
1、管网的仿真计算，在设计阶段也称之为水力计算，在计算方法上主要分为2大类，一种是通过节点法求解，一种是利用环路法进行求解，具体如下：环状管网水力计算可采用解管段方程组、解环方程组和解节点方程组的方法。不管用哪种解法，总是对压降方程、连续性方程及能量方程的联立求解，以求得未知的管径及压力降。本章着重阐述用手工方法解环方程的计算方法。环状管网在初步分配流量时，必须满足连续性方程σq＝0的要求，但按该设定流量选定管径求得各管段压力降以后，每环往往不能满足能量方程σ△p；＝0的要求。因此，解环方程的环状管网计算过程，就是重新分配各管段的流量，反复计算，直到同时满足连续性方程组和能量方程组为止，这一计算过程称为管网平差。换言之，平差就是求解m-1个线性连续性方程组和n个非线性能量方程组，以得出k个管段的流量。一般情况下，不能用直接法求解非线性能量方程组，而须用逐步近似法求解。最终计算是确定每环的校正流量，使压力闭合差尽量趋近于零。若最终计算结果未能达到各种技术经济要求，还需调整。
2、上述仿真方式存在的问题是(1)对于过程的解释性差，专业知识和计算过程的分离度较差，在介绍讲解具体求解过程时容易将各个概念混淆，对于技术人员来说理解门槛较高；在程序人员实现算法时也会受到不同专业内容的影响。(2)模块性差，上一问题体现在编程阶段就存在模块性差的情况。(3)并行性不足。在仿真过程中对于每个管段类对象的计算实际上相互之间并不影响，可以并行计算。(4)管网中存在管道，也存在许多非管元件，如调压设备、管件、阀门以及虚拟的元件，每种元件都需要建立对应的模型，实现相应的算法，而这在原先的方法中实现起来较为复杂。
3、上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。
技术实现思路
1、本发明的主要目的在于提供一种燃气管网仿真方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术过程的解释性差、模块性差、并行性不足以及多种多样的元件建立对应模型的复杂性技术问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种燃气管网仿真方法，所述燃气管网仿真方法包括以下步骤：
3、分析建立待仿真燃气管网的管网拓扑；
4、针对每一个管段以及管网所包含的各种非管道元件构建方程；
5、根据所述管网拓扑和所构建的方程进行组装，得到最优化问题对应的目标函数；
6、基于优化方法求解所述目标函数最优解，得到不同管段或非管段元件的函数值，以完成仿真。
7、在一些实施例中，所述分析建立待仿真燃气管网的管网拓扑，包括：
8、确定管网中的节点、任意节点在管网中所连接的管段或非管段元件以及假设的流量方向；
9、基于所述管网中的节点、所述任意节点在管网中所连接的管段或非管段元件以及所述假设的流量方向构建管网拓扑。
10、在一些实施例中，所述管网拓扑中的每一个节点处，进入节点与流出节点的流量之和为零。
11、在一些实施例中，所述针对每一个管段以及管网所包含的各种非管道元件所构建的方程为：f:q＝f(p1,p2)，其中，q为流量，p1，p2为元件前后压力；
12、相应地，所述根据所述管网拓扑和所构建的方程进行组装，得到最优化问题对应的目标函数，包括：
13、将所述管网拓扑和所构建的方程进行组装，组装为目标函数：
14、
15、其中：n为管网中的节点数量，mn表示第n个节点在管网中所连接的元件数量，qi表示第n个节点在管网所连接的第i个元件的流量，其中所述管网拓扑中的每一个节点处，进入节点与流出节点的流量之和为零。
16、通过将所述管网拓扑和所构建的方程进行组装，以将管网仿真问题转换为一个受约束条件下多变量单目标函数最优化问题，所述受约束至少包括压力大于0以及流入管网流量与流出管网流量之和等于0，所述最优化问题具体表示为：minf(p1,p2,…,pn)，其中，p为节点压力，n为节点数量。
17、在一些实施例中，所述基于优化方法求解所述目标函数，得到不同管段或非管段元件的函数值，包括：
18、利用梯度下降法或牛顿法对所述目标函数进行导数求解，得到不同管段或非管段元件的函数值，所述导数求解包括函数一次导数求解或函数二次导数求解。
19、在一些实施例中，所述基于优化方法求解所述目标函数最优解，还包括：
20、利用直接搜索法nelder-mead、单纯形法、遗传算法或分治法dividingrectangles求解所述最优化问题。
21、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种燃气管网仿真装置，所述燃气管网仿真装置包括：
22、拓扑构建模块，用于分析建立待仿真燃气管网的管网拓扑；
23、方程构建模块，用于针对每一个管段以及管网所包含的各种非管道元件构建方程；
24、方程组合模块，用于根据所述管网拓扑和所构建的方程进行组装，得到最优化问题对应的目标函数；
25、仿真求解模块，用于基于优化方法求解所述目标函数最优解，得到不同管段或非管段元件的函数值，以完成仿真。
26、在一些实施例中，所述拓扑构建模块，用于确定管网中的节点、任意节点在管网中所连接的管段或非管段元件以及假设的流量方向；
27、基于所述管网中的节点、所述任意节点在管网中所连接的管段或非管段元件以及所述假设的流量方向构建管网拓扑。
28、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种燃气管网仿真设备，所述燃气管网仿真设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的燃气管网仿真程序，所述燃气管网仿真程序配置为实现如上文所述的燃气管网仿真方法的步骤。
29、此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有燃气管网仿真程序，所述燃气管网仿真程序被处理器执行时实现如上文所述的燃气管网仿真方法的步骤。
30、本发明通过分析建立待仿真燃气管网的管网拓扑；针对每一个管段以及管网所包含的各种非管道元件构建方程；根据所述管网拓扑和所构建的方程进行组装，得到最优化问题对应的目标函数；基于优化方法求解所述目标函数最优解，得到不同管段或非管段元件的函数值，以完成仿真。通过上述方式，将管网仿真问题变化为一个最优化问题，并利用最优化算法中的许多算法进行求解，从而将燃气领域专业的问题与函数最优化求解的应用数学求解问题分开，有利于两方面算法的实现和程序的开发效率，也有利于一般技术人员的理解。
1.一种燃气管网仿真方法，其特征在于，所述燃气管网仿真方法包括：
2.如权利要求1所述的燃气管网仿真方法，其特征在于，所述分析建立待仿真燃气管网的管网拓扑，包括：
3.如权利要求2所述的燃气管网仿真方法，其特征在于，所述管网拓扑中的每一个节点处，进入节点与流出节点的流量之和为零。
4.如权利要求1所述的燃气管网仿真方法，其特征在于，所述针对每一个管段以及管网所包含的各种非管道元件所构建的方程为：f:q＝f(p1,p2)，其中，q为流量，p1，p2为元件前后压力；
5.如权利要求1所述的燃气管网仿真方法，其特征在于，所述基于优化方法求解所述目标函数，得到不同管段或非管段元件的函数值，包括：
6.如权利要求1所述的燃气管网仿真方法，其特征在于，所述优化方法求解所述目标函数，还包括：
7.一种燃气管网仿真装置，其特征在于，所述燃气管网仿真装置包括：
8.如权利要求7所述的燃气管网仿真装置，其特征在于，所述拓扑构建模块，用于确定管网中的节点、任意节点在管网中所连接的管段或非管段元件以及假设的流量方向；
9.一种燃气管网仿真设备，其特征在于，所述燃气管网仿真设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的燃气管网仿真程序，所述燃气管网仿真程序配置为实现如权利要求1至6中任一项所述的燃气管网仿真方法的步骤。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有燃气管网仿真程序，所述燃气管网仿真程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述的燃气管网仿真方法的步骤。
