本发明公开了一种面向油气管网系统改进的双层结构模型预测控制方法，涉及油气管网系统的过程控制技术领域，方法包括：针对油气管网系统中的稳态操纵变量构造经济优化问题的目标函数；构造稳态操纵变量的约束条件和稳态操纵变量的增量的约束条件；构造稳态稳定型被控变量的约束条件和稳态积分型被控变量的约束条件；构造用于保证稳态积分型被控变量的稳态值在可操作的区间的稳态积分斜率的约束条件；基于所有约束条件，对目标函数进行求解；将操纵变量的稳态目标和被控变量的稳态目标作为动态控制层的跟踪目标，形成在线优化问题，对在线优化问题进行求解。本发明能够保证油气管网系统中具有积分特性的被控变量运行在安全的区域内。