成品油供给链物流系统优化及供给侧可靠性研究

The efficient and reliable development of oil product supply chain is one of the urgent and strategic targets of China’s 13th Five-Year Plan. The research on the optimization and supply-side reliability of oil product logistics system provides theoretical basis for accomplishing this target. Previous research has not yet solved problems including optimal scheduling for large-scale systems based on game-theory, the batch-hydraulic coupling energy-saving control and the computational bottleneck of exponential time complexity. Besides, the space-time uncertainty on demand side and the ambiguity of multiple decision-making goals have not been quantified. This study aims at revealing the process mathematics category of oil product logistics system, advancing the study of the optimization and reliability problem of oil product supply chain logistics system, exploring the oil product supply chain resource allocation of strategic level, the pipeline network scheduling of tactical level and the supply-side reliability of oil product pipeline network, optimizing the oil product supply chain logistics system, establishing a theoretical model of logistics system optimization and reliability, and developing more efficient solution algorithms. Overall, it provides a significant application prospect for the modernization of fossil energy supply chain system as well as the growth of oil product enterprises, while improving theoretical framework of China's integrated transport system.

成品油供给链高效、可靠发展是我国“十三五”规划中亟需解决的战略目标之一。开展成品油供给链物流系统优化及供给侧可靠性研究可为完成该目标提供理论基础。目前研究未有效解决博弈理论下的成品油物流系统优化，批次-水力耦合的节能控制以及指数级时间复杂度的计算瓶颈等问题，同时，需求侧的时空不确定性以及多决策目标的模糊性尚未得到定量揭示。本研究针对成品油供给链物流系统优化问题，旨在揭示成品油供给链物流系统工艺数学范畴，深入开展成品油供给链物流系统调度优化及可靠性问题研究，并对战略层级的成品油供给链资源配置问题、战术层级的管网调度问题以及物流系统供给侧可靠性等问题进行深入探讨，建立供给链物流系统优化及供给侧可靠性理论模型、开发更高效的求解算法，提高成品油供给链物流系统效率，对于我国石化能源供给链系统现代化建设以及成品油企业发展具有重要的应用价值，有利于完善我国综合运输体系理论框架。

成品油物流系统优化及供给侧可靠性研究是一个十分复杂的大规模非线性系统问题，涉及战略层级的供给链资源配置问题以及战术层级的管网调度问题。国内成品油供给链系统具有市场跨度大，供给关系复杂、运输方式多样等特点，使得该问题更加尖锐，涉及科学问题更加复杂。.针对战略层级的供给链资源配置问题，本研究提出了两阶段资源配置计划编制方法，考虑资源能力、市场需求、运输路径、关键节点供需调整等约束，建立了单目标资源配置优化模型，统一求解成品油供需调整和物流运输方案。为避免资源配置方案仅由经济性目标驱动，提出了多目标资源配置计划编制方法，利用计划编制人员偏好信息和凸函数插值法构造供应调整满意度函数，基于满意度函数和物流成本函数，建立了多目标资源配置优化模型，求解帕累托资源配置方案，提高资源配置计划实用性。为进一步突破企业、区域边界，提出了托运方和承运方多方合作协调方法，基于合作博弈理论，构造纳什谈判类型的多方收益分配目标函数，建立资源配置优化模型，对模型进行线性近似处理，最终实现管道运输定价、物流运输和油品串换方案决策协调。.针对战术层级的管网调度问题，本研究提出了基于批次需求特征的求解算法，消除不可行的解域，减少搜索空间，提供高效的寻优策略，将计算时间减少至200s以内，计算速度提高20%以上。利用历史运行数据以及神经网络挖掘调度计划与批次到站时间节点排序的潜在关系，改进批次到站时间节点排序的初始解生成方法，加速最优调度计划的求解，将计算时间进一步缩短至30s内。针对水力调度优化，建立了严格考虑压力的成品油管道调度优化模型，能够统一求解管道批次计划与输油泵计划。针对输油泵失效工况，采用马尔可夫过程描述输油泵的随机失效并基于蒙特卡洛方法进行管道系统状态转换模拟，分别从管道、站场以及油品角度建立了三个指标，对成品油供应可靠性进行定量评价。本项目的研究成果可为管网运行管理方提供较强的可靠性分析理论指导与应急决策手段。