北京農村居民用戶燃氣壁掛爐同時工作系數研究

王玉同+王壯+肖勇+伍清曄

摘要：通過對現有已進行煤改氣的農村進行用氣量的數據采集和分析，利用二項概率分布法計算得到了適用于北京農村天然氣設備選型和管網設計的燃氣壁掛爐同時工作系數。

關鍵詞：燃氣壁掛爐、同時工作系數、二項概率分布法

本論文首先對已實施“煤改氣”工作的共計14個農村的用氣情況進行數據采集、分析和處理，然后利用二項概率分布法計算得到適用于北京農村天然氣設備選型和管網設計的燃氣壁掛爐同時工作系數。

1.數據的調研采集、分析和預處理

（1）調研樣本基本情況

根據對北京市農村煤改氣情況的調研，選取了北京市延慶區10個農村，分別為下花園、上花園、王仲營、艾官營、寶林寺、小胡家村、黑峪口、聶莊、東龍灣、程家營村；大興區1個農村，為羊坊村；昌平區3個農村，分別為西李莊、東李莊、辛店村。選取以上總計14個農村作為本次論文研究的調研對象。調研樣本燃具使用戶數見表 1。本次調研選取的14個農村煤改氣的樣本的共同特點是供氣站或者調壓箱內均安裝有總流量計量表，該表具有數據存儲和采集功能，為調研數據的采集提供了方便。

（2）數據分析和預處理

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流量實測數據，每個村得到實測數據約2660個。

為了提高預測模型結構的可靠性，首先對以上數據進行分析和預處理，剔除其中無效或異常數據，并對有效數據進行分析，分別得到延慶區（含10個村）、大興區（含1個村）和昌平區（含3個村）的高峰小時流量，為下一步的計算做好準備。

（3）區域高峰小時流量的確定

通過對各村用氣量小時流量隨時間分布變化規律圖進行觀察可以發現，延慶區各村高峰小時流量大多集中在2017年1月26日至2017年2月1日之間。我們將延慶區10個農村同一時間段（以小時為單位）用氣量疊加，得到延慶區（含10個農村）的小時流量值。

延慶區10個農村的排名前10位的小時用氣量出現的時間區間大致為2017年1月24日至2017年1月30日，基本與各村高峰小時流量出現的時間區間一致。因此可以認為，整個延慶區高峰小時流量出現的時間為2017年1月28日早上8點，高峰小時流量大小為416.46m3/h。

同理，得到昌平區、大興區各村高峰小時流量出現的時間約為2017年1月23日下午7點，高峰小時流量大小為654.87m3/h。

2.基于二項概率分布法的計算

為了使同時工作系數的確定更為科學、合理、準確，此處采用實際收集到的某地區冬季用氣高峰時的用氣情況作為基礎數據進行計算來確定K值。根據北京農村煤改氣的實際情況，每戶安裝一臺燃氣壁掛爐，延慶區燃氣壁掛爐額定流量為2.8m3/h，昌平區、大興區燃氣壁掛爐額定流量為3.0m3/h。

（1）、單個用戶的燃具使用概率P

P反映了每個用戶使用燃具時達到額定負荷的折算概率，由于每一個用戶使用燃具時不一定都在額定負荷工況下使用，對于非額定工況的情況，用百分數來處理，這樣就可以得到單個用戶在額定負荷下使用燃具的折算概率。在研究過程中，我們用一個很大的N（戶數）推算出P。

式中，P—區域內單個用戶的燃具使用概率

q1—高峰時平均每戶的實際耗氣量，m3/h

qn—每個用戶的額定最大耗氣量，m3/h

延慶區（含10個農村）高峰小時流量出現的時間是2017年1月28日8：00am，高峰小時流量大小為416.46m3/h。延慶區（含10個農村）實際使用戶數為771戶，求得壁掛爐使用概率值P1=0.1929。

昌平區、大興區各村高峰小時流量出現的時間是2017年1月23日下午7點，高峰小時流量大小為654.87m3/h。昌平區、大興區實際使用戶數為537戶，求得壁掛爐使用概率值P2=0.4065。

（2）、同時使用戶數m的計算

利用二項分布，在N戶中有i戶同時使用的情況下，建立置信方程：

式中，T—置信區間，此處取T=[0.99，1]

m—在N戶中滿足同時使用燃具的概率之和為置信區間T的最小戶數值；

N—總戶數；

i—同時使用燃具戶數。

根據實際情況，在50～1000戶范圍內對置信方程在置信區間內進行求解。

（3）、曲線擬合

蘇、日、英、美等各國的研究發現，燃具同時工作系數的變化呈現一定的規律，因此可以在同時工作系數與居民用戶數之間建立一個數值關系。研究表明，K與N之間的函數關系大致與對數的倒數函數變化規律相似。因此，許多國家采用坐標平移的方法將K表示為：

式中，A—常量，由曲線擬合結果確定。

此式就是將 函數的y軸平移A個單位得到。y軸的平移是必要的，而自變量按比例調整更為重要，同時為了保證同時工作系數的精度，將自變量進行加冪運算。因此，在式（4）的基礎上對擬合函數的形式進行改造，則函數表達式就變為：

式中，B—比例系數，數值由曲線擬合結果確定；

C—常量，數值由曲線擬合結果確定。

此式仍然滿足同時工作系數的一般規律，而且加冪運算使得K隨N的變化而變化的敏感性提高。當置信區間T較小時，計算誤差對整個運算的影響逐漸減小，故而造成的波動也越來越小。將在置信區間T=[0.99，1）時計算出來的同時工作系數K的離散數據利用Origin軟件進行擬合，擬合成曲線的函數關系。

（4）、同時工作系數驗證

為了驗證擬合得到的函數公式的準確性，我們將延慶區、昌平區和大興區各村實際用戶戶數分別帶入到擬合公式中，得到理論計算同時工作系數，并通過實測高峰小時流量，計算得到實測同時工作系數。由于黑峪口村和艾官營村地處偏遠，經濟水平相對落后，所以高峰小時用氣量明顯偏小，同時選用的壁掛爐功率和其他村莊相同，導致最終同時工作系數明顯偏小，與擬合曲線計算得到的理論計算同時工作系數偏差較大，作為異常數據去掉。

3.結論和建議

進行壁掛爐同時工作系數的計算，選取的研究對象為延慶區、昌平區、大興區農村煤改氣用戶。各地的經濟條件差別巨大，因此建議在以后的設計過程中針對距離市區較近、經濟條件比較發達的區域采用昌平區、大興區的同時工作系數，而對距離市區較遠，經濟條件較差的地區參考延慶區的同時工作系數。

參考文獻：

[1]王興畏，彭世尼等，采用二項概率分布法的同時工作系數計算，煤氣與熱力，2013.08。

[2]袁理想（碩士論文），燃氣壁掛爐用氣指標、用氣規律及日負荷預測的研究，2012.11。endprint