北京農(nóng)村居民用戶燃?xì)獗趻鞝t同時(shí)工作系數(shù)研究

王玉同+王壯+肖勇+伍清曄

摘要：通過對(duì)現(xiàn)有已進(jìn)行煤改氣的農(nóng)村進(jìn)行用氣量的數(shù)據(jù)采集和分析，利用二項(xiàng)概率分布法計(jì)算得到了適用于北京農(nóng)村天然氣設(shè)備選型和管網(wǎng)設(shè)計(jì)的燃?xì)獗趻鞝t同時(shí)工作系數(shù)。

關(guān)鍵詞：燃?xì)獗趻鞝t、同時(shí)工作系數(shù)、二項(xiàng)概率分布法

本論文首先對(duì)已實(shí)施“煤改氣”工作的共計(jì)14個(gè)農(nóng)村的用氣情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和處理，然后利用二項(xiàng)概率分布法計(jì)算得到適用于北京農(nóng)村天然氣設(shè)備選型和管網(wǎng)設(shè)計(jì)的燃?xì)獗趻鞝t同時(shí)工作系數(shù)。

1.數(shù)據(jù)的調(diào)研采集、分析和預(yù)處理

（1）調(diào)研樣本基本情況

根據(jù)對(duì)北京市農(nóng)村煤改氣情況的調(diào)研，選取了北京市延慶區(qū)10個(gè)農(nóng)村，分別為下花園、上花園、王仲營(yíng)、艾官營(yíng)、寶林寺、小胡家村、黑峪口、聶莊、東龍灣、程家營(yíng)村；大興區(qū)1個(gè)農(nóng)村，為羊坊村；昌平區(qū)3個(gè)農(nóng)村，分別為西李莊、東李莊、辛店村。選取以上總計(jì)14個(gè)農(nóng)村作為本次論文研究的調(diào)研對(duì)象。調(diào)研樣本燃具使用戶數(shù)見表 1。本次調(diào)研選取的14個(gè)農(nóng)村煤改氣的樣本的共同特點(diǎn)是供氣站或者調(diào)壓箱內(nèi)均安裝有總流量計(jì)量表，該表具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和采集功能，為調(diào)研數(shù)據(jù)的采集提供了方便。

（2）數(shù)據(jù)分析和預(yù)處理

我們采集了從2016年11月12日至2017年3月15日之間的天然氣用氣小時(shí)流量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，每個(gè)村得到實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)約2660個(gè)。

為了提高預(yù)測(cè)模型結(jié)構(gòu)的可靠性，首先對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和預(yù)處理，剔除其中無效或異常數(shù)據(jù)，并對(duì)有效數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別得到延慶區(qū)（含10個(gè)村）、大興區(qū)（含1個(gè)村）和昌平區(qū)（含3個(gè)村）的高峰小時(shí)流量，為下一步的計(jì)算做好準(zhǔn)備。

（3）區(qū)域高峰小時(shí)流量的確定

通過對(duì)各村用氣量小時(shí)流量隨時(shí)間分布變化規(guī)律圖進(jìn)行觀察可以發(fā)現(xiàn)，延慶區(qū)各村高峰小時(shí)流量大多集中在2017年1月26日至2017年2月1日之間。我們將延慶區(qū)10個(gè)農(nóng)村同一時(shí)間段（以小時(shí)為單位）用氣量疊加，得到延慶區(qū)（含10個(gè)農(nóng)村）的小時(shí)流量值。

延慶區(qū)10個(gè)農(nóng)村的排名前10位的小時(shí)用氣量出現(xiàn)的時(shí)間區(qū)間大致為2017年1月24日至2017年1月30日，基本與各村高峰小時(shí)流量出現(xiàn)的時(shí)間區(qū)間一致。因此可以認(rèn)為，整個(gè)延慶區(qū)高峰小時(shí)流量出現(xiàn)的時(shí)間為2017年1月28日早上8點(diǎn)，高峰小時(shí)流量大小為416.46m3/h。

同理，得到昌平區(qū)、大興區(qū)各村高峰小時(shí)流量出現(xiàn)的時(shí)間約為2017年1月23日下午7點(diǎn)，高峰小時(shí)流量大小為654.87m3/h。

2.基于二項(xiàng)概率分布法的計(jì)算

為了使同時(shí)工作系數(shù)的確定更為科學(xué)、合理、準(zhǔn)確，此處采用實(shí)際收集到的某地區(qū)冬季用氣高峰時(shí)的用氣情況作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算來確定K值。根據(jù)北京農(nóng)村煤改氣的實(shí)際情況，每戶安裝一臺(tái)燃?xì)獗趻鞝t，延慶區(qū)燃?xì)獗趻鞝t額定流量為2.8m3/h，昌平區(qū)、大興區(qū)燃?xì)獗趻鞝t額定流量為3.0m3/h。

（1）、單個(gè)用戶的燃具使用概率P

P反映了每個(gè)用戶使用燃具時(shí)達(dá)到額定負(fù)荷的折算概率，由于每一個(gè)用戶使用燃具時(shí)不一定都在額定負(fù)荷工況下使用，對(duì)于非額定工況的情況，用百分?jǐn)?shù)來處理，這樣就可以得到單個(gè)用戶在額定負(fù)荷下使用燃具的折算概率。在研究過程中，我們用一個(gè)很大的N（戶數(shù)）推算出P。

式中，P—區(qū)域內(nèi)單個(gè)用戶的燃具使用概率

q1—高峰時(shí)平均每戶的實(shí)際耗氣量，m3/h

qn—每個(gè)用戶的額定最大耗氣量，m3/h

延慶區(qū)（含10個(gè)農(nóng)村）高峰小時(shí)流量出現(xiàn)的時(shí)間是2017年1月28日8：00am，高峰小時(shí)流量大小為416.46m3/h。延慶區(qū)（含10個(gè)農(nóng)村）實(shí)際使用戶數(shù)為771戶，求得壁掛爐使用概率值P1=0.1929。

昌平區(qū)、大興區(qū)各村高峰小時(shí)流量出現(xiàn)的時(shí)間是2017年1月23日下午7點(diǎn)，高峰小時(shí)流量大小為654.87m3/h。昌平區(qū)、大興區(qū)實(shí)際使用戶數(shù)為537戶，求得壁掛爐使用概率值P2=0.4065。

（2）、同時(shí)使用戶數(shù)m的計(jì)算

利用二項(xiàng)分布，在N戶中有i戶同時(shí)使用的情況下，建立置信方程：

式中，T—置信區(qū)間，此處取T=[0.99，1]

m—在N戶中滿足同時(shí)使用燃具的概率之和為置信區(qū)間T的最小戶數(shù)值；

N—總戶數(shù)；

i—同時(shí)使用燃具戶數(shù)。

根據(jù)實(shí)際情況，在50～1000戶范圍內(nèi)對(duì)置信方程在置信區(qū)間內(nèi)進(jìn)行求解。

（3）、曲線擬合

蘇、日、英、美等各國(guó)的研究發(fā)現(xiàn)，燃具同時(shí)工作系數(shù)的變化呈現(xiàn)一定的規(guī)律，因此可以在同時(shí)工作系數(shù)與居民用戶數(shù)之間建立一個(gè)數(shù)值關(guān)系。研究表明，K與N之間的函數(shù)關(guān)系大致與對(duì)數(shù)的倒數(shù)函數(shù)變化規(guī)律相似。因此，許多國(guó)家采用坐標(biāo)平移的方法將K表示為：

式中，A—常量，由曲線擬合結(jié)果確定。

此式就是將 函數(shù)的y軸平移A個(gè)單位得到。y軸的平移是必要的，而自變量按比例調(diào)整更為重要，同時(shí)為了保證同時(shí)工作系數(shù)的精度，將自變量進(jìn)行加冪運(yùn)算。因此，在式（4）的基礎(chǔ)上對(duì)擬合函數(shù)的形式進(jìn)行改造，則函數(shù)表達(dá)式就變?yōu)椋?/p>

式中，B—比例系數(shù)，數(shù)值由曲線擬合結(jié)果確定；

C—常量，數(shù)值由曲線擬合結(jié)果確定。

此式仍然滿足同時(shí)工作系數(shù)的一般規(guī)律，而且加冪運(yùn)算使得K隨N的變化而變化的敏感性提高。當(dāng)置信區(qū)間T較小時(shí)，計(jì)算誤差對(duì)整個(gè)運(yùn)算的影響逐漸減小，故而造成的波動(dòng)也越來越小。將在置信區(qū)間T=[0.99，1）時(shí)計(jì)算出來的同時(shí)工作系數(shù)K的離散數(shù)據(jù)利用Origin軟件進(jìn)行擬合，擬合成曲線的函數(shù)關(guān)系。

（4）、同時(shí)工作系數(shù)驗(yàn)證

為了驗(yàn)證擬合得到的函數(shù)公式的準(zhǔn)確性，我們將延慶區(qū)、昌平區(qū)和大興區(qū)各村實(shí)際用戶戶數(shù)分別帶入到擬合公式中，得到理論計(jì)算同時(shí)工作系數(shù)，并通過實(shí)測(cè)高峰小時(shí)流量，計(jì)算得到實(shí)測(cè)同時(shí)工作系數(shù)。由于黑峪口村和艾官營(yíng)村地處偏遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)落后，所以高峰小時(shí)用氣量明顯偏小，同時(shí)選用的壁掛爐功率和其他村莊相同，導(dǎo)致最終同時(shí)工作系數(shù)明顯偏小，與擬合曲線計(jì)算得到的理論計(jì)算同時(shí)工作系數(shù)偏差較大，作為異常數(shù)據(jù)去掉。

3.結(jié)論和建議

進(jìn)行壁掛爐同時(shí)工作系數(shù)的計(jì)算，選取的研究對(duì)象為延慶區(qū)、昌平區(qū)、大興區(qū)農(nóng)村煤改氣用戶。各地的經(jīng)濟(jì)條件差別巨大，因此建議在以后的設(shè)計(jì)過程中針對(duì)距離市區(qū)較近、經(jīng)濟(jì)條件比較發(fā)達(dá)的區(qū)域采用昌平區(qū)、大興區(qū)的同時(shí)工作系數(shù)，而對(duì)距離市區(qū)較遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)條件較差的地區(qū)參考延慶區(qū)的同時(shí)工作系數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王興畏，彭世尼等，采用二項(xiàng)概率分布法的同時(shí)工作系數(shù)計(jì)算，煤氣與熱力，2013.08。

[2]袁理想（碩士論文），燃?xì)獗趻鞝t用氣指標(biāo)、用氣規(guī)律及日負(fù)荷預(yù)測(cè)的研究，2012.11。endprint