автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Повышение качества и эффективности функционирования систем водоснабжения на основе совершенствования методов их проектирования и рационального планирования потокораспределения

РГ6 ОД МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ УКРАЖЫ

ЛШГОВСП* ИНСТИТУТ ПДОШНиРОПЛЯ 1 9 АПР-ШЗ ИМ.АКАДШКА М.К.ЯНГЕЗИ

На прават рукописи

АЛЬ ТАНАКХИ ШАННА

УДК 681.5.015:620.21

ПОВШШИБ КАЧЕСТВА И ЭФЙЕКТИШОСГЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТИ ВОДОСНАБЯЕНИЯ НА ОСНОВЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДОВ ИХ ПРОВШРОВАНШ И РАЦИОНАЛЬНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ ПОТОКОРАФРВДЕЛЕНШ

06.13.01 - Управления я теттггеекнт скстетах

Автореферат

диссертация на сои^гаине ученой сгепева кяцяцдата тегиячосгсях наук

Харьтоп - 1993

Работа выполнена на кафедре прикладной математики И вычислительное техники Харьковского института инженеров город-окого хозяйства

Научные руководители: доктор технических наук, .

профессор ЕВДРКДО0§ А.Г., кандидат технических наук, доцент ДЯДШ C.B.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ оппонент: доктор технических наук, профессор ТЕВДШШ А.Д. ; кандидат технических наук, . .

старший каучшй сотрудник ЕОБУХ i.A.

Ведуиря организация: Украинский государственный проектный и проектно-конструкторскай институт _____ .. "ТШПРОиАБТСЫАТИКА". . . \ ..

.. Защита диссертации состоится Х993 г. . . » / 7 часов на заседаю«, специализированного совета К 063.37.01 в Харьковском институте радкоыехтрокяки имени академика М.К.Янгеля. (310726,. Харьков, проспДенкна, 14)......

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан

г.

------Ученый-секретарь-.-

специализированного совета кандидат технических наук,

профессор Э.А.Дедиков

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одними из важнейших проблем в систем» коммунального хозяйства в настоящее время являются повышение качества и эффективности производства, ресурсосбережение и использование внутренних резервов. В свете этих задач большое значение имеет интенсификация работы городских водопроводов, обеспечивающих водой наведение и различные предприятия промышленности.

Вода - основа жизни на Земле. Однако запасы воды ограничены и неравномерно распределены по ее поверхности. Рост городов, развитие промышленности и строительства обусловили непрерывное увеличение. и усложнение систем подачи я распределения воды (СПРВ), вследствие чего традиционные способы управления режимами их функционирования перестали быть-аффективными.. Сложившаяся прак тика. эксплуатации СПРВ в условиях их непрерывного развития пред-

пределила наличке в.них болытх.избыточных свободных.напоров, которые приводят к повышенному потреблении электроэнергии, значительным потерям воды за счет утечек и авариям, число которых резко возрастает с увеличением напора в трубопроводах. Кроме того, работающие в ряде городов АСУ.ТП водоснабжения являются сугубо информационными. Необходимо подключать в систему сбора информации большее число измеряемых по давлению, точек сети, а действующие АСУ.ТП пер вводить-к режим оптимального .управления. •• ......

. В связи с этим особо актуальной является разработка новых и.совершенствование, существующих принципов управления системами водоснабжения и.их проектирования с учетом.управляемости, осно- . вывающихся. на использовании современных.математических методов и средств, вычислительной техники и позволяющих, повысить качество. .и-эффективность функционирования СПРВ.При-етом основной я - i»« лее сложной задачей в проблеме оперативного управления ре-

а

жимами функционирования систем водоснабжения является задача рационального планирования потокораспрецеления в СПРВ.

Цель работы заключается в совершенствовании структуры СПРВ и разработке методов и алгоритмов рационального планирования ло-токораспределения в СПРВ, позволяющих обеспечить повышение качества и эффективности их функционирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- показано, что дальнейшее, повышение качества и эффективности функционирования СПРВ возможно за счет перехода к новым многоуровневым иерархическим структурам, включающим регулирующие емкости между отдельными уровнями СПРВ в качестве элементов развязки и позволяющим обеспечивать управляемость СПРВ по потокораспределению}

- предложена Новая структура СПРВ, отличающаяся от известных тем, что она включает использование регулирующих емкостей между зонами водопроводной сети в качестве элементов развязки, и показана эффективность ее использования методом имитационного моделирования;

- Проведен сравнительный анализ эффективности использования различных методов для решения задачи оптимизации распределения нагрузки между насосными станциями (НС) СПРВ, показавший, что при большом числе совместно работающих на водопроводную сеть НС (3 £ £ 10) наиболее эффективным по критериям быстродействия и занимаемого объема памяти ЭВМ является метод прямого поиска Хука и Дяивса.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Иссле-

•дования автора выполнялись в рамках комплексной целевой научно-технической программы Министерства образования Украины "АСУ-Реги-

он", а также госбюджетной научно-исследовательской теш № 53/2-91.

Основные практические результаты диссертационной работы заключаются в разработке комплексов программ моделирования и оптимизации режимов функционирования насосных станций и анализа установившегося потокораспределения в водопроводной сети совместно с активными источниками и регулирующими емкостями. Результаты диссертационной работы внедрены в 1990 г. в институте "Белкоммунпроект" (г.Минск) « виде диалоговой систем гидравлического расчета и анализа установившегося потокораспределения в водопроводных сетях при проектировании новых и реконструкции существующих водопроводных сетей городов Беларуси с реальным экономическим•эффектом 60,0 тыс. рублей в год. Экономическая эффективность результатов внедрения материалов диссертации подтверждена документами, приведенными в приложении.

Вопросы, выносимые на защиту:

- структура СПРВ, включающая использование регулирующих емкостей между зонами водопроводной сети в качестве элементов развязки;

- многоуровневая иерархическая структура СПРВ при их проектировании, использующая элементы развязки в виде регулирующих емкостей между отдельными уровнями и зонами СПРВ и позволяющая обеспечивать управляемость СПРВ по потокораспределению;

- результаты сравнительного анализа эффективности использования различных методов для решения задачи оптимизации распределения нагрузки между НС СПРВ при большом числе работающих на водопроводную сеть активных источников;

- алгоритмы решения задачи выбора оптимальных комбинаций агрегатов НС при регулировании их подачи изменением степени от-

крытия задвижки, изменением числа оборотов регулируемого.привода и комбинированном способе регулирования;

- результаты сравнительного анализа качества и эффективности функционирования СПРВ на заданном интервале времени при наличии различных видов регулирующих емкостей и без них.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: 1У Всесоюзной и Международной школах "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами" (Туапсе, 1990 и 1992); Всесоюзном научно-техническом совещании "Теоретические и прикладные проблемы создания систем управления технологическими процессами" (Челябинск, 1990); Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка и внедрение АСУ водоснабжением и водоотведением в городах" (Краснодар, 1990); 1У Всесоюзной конференции "Перспективные методы планирования и анализа экспериментов при исследовании случайных полей и процессов" (Петрозаводск, 1991); научно-практическом семинаре "Моделирование, идентификация, синтез систем управления в химическом и химико-металлургическом производстве" (Донецк, 1991); Международной школе "Новые информационные, • энергосберегающие и экологически безопасные технологии управления развитием и функционированием трубопроводных систем энергетики" (Туапсе, 1992); семинарах "Автоматизированное управление городским хозяйством* Харьковской секции Совета по проблеме "Кибернетика" АН Украины (1989-1993 г.г.); ежегодных научных конференциях профессорско-преподавательского состава, сотрудни-•• ков и аспирантов Харьковского института инженеров городского хозяйства в период с 1969 по 1993 г.г Г

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь научных работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа содержит 145 страниц машинописного текста, 8 рисунков и 14 таблиц. .

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ •

Во введении обоснована актуальность разработки методов рационального планирования потокораспределения и совершенствования принципов проектирования СПРВ, определен предмет исследования, описаны его особенности, дана общая характеристика работы и ее структура.

В главе I дана характеристика и рассмотрены особенности СПРВ как о<?ьекта управления и проектирования, формализованы критерии, характеризующие качество и эффективность функционирования СПРВ на заданном интервале времени, представлен* математические модели технологических процессов функционирования СПРВ.

СПРВ представляют собой сложные многосвязные трубопроводные • системы, основным функциональным назначением которых является полное, своевременное и бесперебойное обеспечение непрерывно из- ' меняющихся потребностей потребителей в необходимых количествах воды. Они характеризуются значительной рассредоточенностью по территории, многоуровневой сетевой структурой, неполнотой и недостоверностью информации, непрерывностью во времени процессов ; подачи и потребления воды, многокритериальностью, наличием субъекта в контуре управления, стохастичностыо процессов водопотрвблв-

НИЯ. '

СПРВ относятся к классу непрерывно эволюционирующих систем, развити-! которых осуществляется как во времени, так и в пространстве. Развитие СПРВ во времени связано с тем, что их основное назначение заключается в обеспечении потребителей водой в требуемых количествах и под заданными давлениями. Процессы пот-

7

ребления воды является, как правило, нестационарными стохастическими процессами, содержащими детерминированные монотонно возраставшие тренда, характеризующие ободто тенденцию к возрастанию как числа потребителей, так и объемов потребления воды. Более того, влияние на. процессы потребления воды огромного количества неконтролируемых внешних факторов (метеорологических, хронологических, организационных) приводит к появлению в них периодических компонент, а также случайного пума. •

Таким образом, процесс развития СПР8 во времени необходимо рассматривать как управляемый процесс развития структуры водопро-. водной сети и изменения ее параметров с целью выполнения ею своего основного функционального назначения. Наличие в процессах потребления воды трех основных компонент (полиномиального тренда, полигармокических компонент и случайного пума) приводит к необходимости построения системы управления потокораспределением в СПРВ, состоящей из трех уровней:

1) управление развитием СПРВ; заключается в целенаправленном изменении структуры и параметров системы, обеспечивающим отслеживание полиномиального тренда; сводится к решению и реализации задач реконструкции и проектирования в условиях развитии;

2) планирование режимов подачи и распределения воды в СПРВ; обеспечивает целенаправленное отслеживание полигармонических трендов за счет изменения структуры и параметров существующей сети;

3) стабилизация режимов; обеспечивает компенсацию влияния щумовой составляющей в процессах потребления воды.

fpeбoвaниe определенных временных затрат для реализации управляющих воздействий на рассматриваемых этапах управления приводит к необходимости использования на каждом из этих этапов дискретного способа управления. Таким образом, весь интервал уп-

равления разбивается на дискреты, определяемые как точность«* аппроксимации соответствующих компонент процессов потребления, так и временем реализации управления на кайдом их этапов. Дискретность управления позволяет, представить процесс управления на каждом этапе в виде последовательной многошаговой процедуры принятия решения.

Развитие СПРВ,в пространстве является, в первую очередь, следствием общей тенденции роста потребления воды на цужды населения и промышленности. Все это приводит к появлению новых, разнесенных в пространстве, потребителей воды, что приводит к необходимости увеличения процускной способности существующих водопроводных сетей.

В условиях развития СПРВ в пространстве и во времени традиционные методы проектирования СПРВ, основанные на их гидравлических и технико-экономических расчетах в режиме максимального водопотребленкя, малоэффективны. В отих условиях необходимы раз-? работка и применение человеко-маашных методов анализа и синтеза потокораспределен::я, основанных на интерактивных процедурах общения человека я ЭВМ и лета г^ ее в основе создаькл САПР с метет во-доснабяешм. • "

Задача прэсгт:!роаакия СПРВ заключается в создан:«! т&ксЯ содопрозсднсЛ сетп н комплекса водопровод!!« соорузетаЧ, которые 'споссбш ктоятггь свое осноаноз функциональное назначение: обеспечить вссх потребителей сета подой в требуе.осс коянчсстгпт и под-заглш^пг.! давлениями. Задача спсрзг.ганого управления -сбеспо":ггь шпэлнзшга с'-:стсг.?сЛ подачи я распределения еоди еч функционального назначения при всей совокупности вогмущзвщ!гх факторов, технологических ограничений и отказов отдельных ез ат -нентоп, итапасих апар::?лмян сстуац-ллгл или профилактические-', работами. Следовательно, прсбл^/ч проектирования СПРВ м олератя'

9

ного управления потокораспределением в них тесно переплетаются между собой и должны решаться во взаимосвязи.

В диссертационной работе описана структура управления водопроводным хозяйством города* При этом СПРВ рассматривается объект управления, функционирующий в окружающей среде, к которой относятся поверхностные и артезианские источники воды, сооружения пр ее обработке, потребители воды.

В качестве основных критериев, характеризующих работу СПРВ на некотором интервале СО»ТЗ, в диссертации используются качество и эффективность.

Качество функционирования СПРВ - это вероятность выполнения водопроводом своего назначения - подавать потребителям воду в необходимом количестве под заданным напором в соответствии с предъявляемыми требованиями в течение определенного времени.

Эффективность функционирования СПРВ - это затраты ресурса (воды, электроэнергии) на обеспечение заданного качества ее функционирования в течение определённого времени.

В работе для оценки качества функционирования СПРВ на интервале времени £0,ТЗ относительно отдельного ¿-го потребителя используется функционал вида

1

где

(Ш-адг .если К

О ■ , если 1)1$ К , 1еМ

) - соответственно текущее значение давления в момент времени 6 и минимально допустимое давление в ¿-м узле СПРВ, ./V - множество узлов СПРВ.

При П = 0 выражение (I) характеризует косвенную оценку вероятности возникновения дефицита воды в ¿-и узле СПРВ на интервала [0,Т] ; а при /7 = 1- косвенную оценку среднего значения величины дефицита воды в L-ы узле СПРВ на интервале

[О.Т] .

Кроме того, используется показатель

YüÍTH-YMJK , «>

характеризующий относительное значение величины дефицита в ¿-M узле на интервале ■ показатель

YÍM-ш h-Jt) > (3)

telo,TJ 0 tetoxi

характеризующий глубину возникновения дефицита.

Для оценки качества функционирования СПРВ на интервале [О/Г] используются свертки критериев вида

2 Yo.iT), (4)

¿CN

Y«/f)-2rYütt) , «>■■-

1ен

где Л - мощность множества // . Выражение (4) определяет косвенную оценку среднего значения вероятности возникновения дефицита воды в СПРВ на интервале

10,тз , а выражение (5) -косвенную оценку дефицита воды в СПРВ на интервале [0»Т]

В качестве оценки, характеризующей эффективность функционирования £ -й НС СПРВ на интервал? [О.Т] , используется функционал

YijM-tj ЩШ, f w

n

где - функция энергозатрат ^ -й НС в момент времени

^ , - множество НС. Для оценки эффективности функциони-

рования СПРВ на интервале времени £0, Т1 используется свертка критериев (6) вида

Для того, чтобы решать задачи управления и проектирования СПРВ, необходимо иметь математическую модель исследуемого объекта - СПРВ. В диссертационной работе рассмотрена математическая модель установившегося потокораспределения (УПР) в водопроводной сети совместно с насосными станциями и регулирующими емкостями, •которая обеспечивает возможность параллельного включения произвольного числа агрегатов НС-без необходимости предварительного эквивалентирования.их характеристик. Она описывается графом

6 (У,Е), моделирующим структуру СПРВ и отображающим взаимо-. связи между отдельными элементами, на котором определены два -закона Кирхгофа. Множество дуг графа

г -причем

Ь= Ь У Ь , где М .- - - множество магистральных участков

СПРВ,.. . - множество дуг с насосами на всех НС СПРВ, Ь -т (р)

множество дуг. с НС, I, - множество^уг с регулирующими емкостями. С учетом выражения

математи-

геМ(

ческая модель СПРВ имеет вид

геМ, кеК< т кеКч , С еК,

(щпр Щ! ^ « о, (12)

, ¿еМ^иииКг, (13).

Т геМ* Р кеК* И -

фа'«=фг«(§) (г^-г^-г^А*), кеОК.,

л -/лоиу/ • 1/ »Г1» если ¿"й насос включен,

1% К в противном случа «А,

• - расход, гидравлическое сопротивление и коэффи-.

циент нелинейности ¿-го магистрального участка СПРВ; фог «

Ф« , ф*1

- коэффициенты аппроксимаци^расхо дно-напорной ха- . рактериотики ¿-го насоса, с€.К ; А* перепад высот на С -м участке сети; • Ьт - элемент цикломатической матрицы £)4 ; Мы1, Нохс - давления на входе 1-й и 2 -й НС.

Данная система уравнений может быть решена, если заданы ! граничные условия функционирования СПРВ в виде комбинации значений расходов и давлений на ее входах и выходах. .

Глава 2 посвящена методам и алгоритмам рационального планирования потокораспределения в СПРВ. В ней рассмотрены основные этапы оперативного управления режимами работа СПРВ,, сфорцулирв-вана задача оптимизации распределения нагрузки между НС к проведен анализ эффективности методов ее решения при большом числе, работающих на СПРВ НС, решена задача выбора оптимальных комбинаций агрегатов НС при различных видах регулирования гас подачи.

Основная цель управления СПРВ заключается в удовлетворении непрерывно изменяющихся потребностей потребителей в воде, т.е. в обеспечении соответствия м.ежду состояниями объекта управления и окружающей среда при оптимальных значениях критериев управления и выполнении технологических ограничений. Т.е.! задача оперативного управления потокораспределением в СПРВ заключается в том, чтобы цутем изменения структуры и параметров НС компенсировать возмущения, вызванные стохастическим характером процессов потребления воды и при этом обеспечить максимум критерия эффективности (т.е., минимум суммы энергозатрат на НС) при выполнении всех технологи- ■ ческих ограничений.

Очевидно что в реальных условиях функционирования СПРВ речь может идти только о рациональном управлении.

В диссертационной работе представлена структура решения задач оперативного управления потокораспределением в СПРВ. При этом весь процесс оперативного управления разбивается на два этапа: рациональное планирование потокораспределения в сети,и стабилизация давлений в диктующих точках СПРВ. Решение задачи оперативного управления'потокораспределением в СПРВ достигается в результате решения последовательности иерархически связан»'* между собой задач.

Наиболее сложными в проблеме оперативного убавления режимами функционирования систем водоснабжения являются задачи этапа рационального планирования потокораспределения в СПРВ. Естественная декомпозиция СПРВ на активную (НС) и пассивную (водопроводная сеть) части, а также различие их математических моделей и технологических ограничений позволяют произвести декомпозицию задачи рационального планирования на две иерархически связанные между собой задачи оптимизации.

На верхнем уровне решается задача оптимизации распределения

нагрузки между НС при их совместной работе на СПРВ, на нижнем • задача оптимизации структуры и параметров функционирования каждой НС СПРВ для обеспечения оптимальных значений расхода и давления на их выходах, полученных на верхнем уровне.

Для фиксированного момента времени К задача оптимизации распределения нагрузки между НС по критерию минимума суммы энергозатрат на НС формулируется следеющим образом:

у, ц&н&щ ш}

¡еЫ 2 <£ *ою£ ;

1У ТЯК У

<20)

где

, Нкгс - ря^ход и давления на выходе с -й НС;

f - нижняя и верхняя границы значения расхода

на НС;

Нш ¡Нр - давление в начале 2? -й и конце ^-й дуги.

Эта задача может быть решена методами нелинейного программирования или поисковой оптимизации на базе гидравлического рас чета СПРВ. Специфической особенностью ее является алгоритмическое задание функции цели (14). Вместо сложной задачи нелинейного программирования (14) - (20) целесообразно в области

(22)

(01 р

i С.

- to)

искать такую точку (^fa , в которой после решения задачи гидравлического расчета значение критерия (14) наименьшее. Здесь

fi/U ~ нижняя и верхняя- границы допустимого расхода через j -й агрегат L -й НС.

В работе проведен сравнительный анализ эффективности методов решения данной задачи при большом числе НС, совместно работающих на СПРВ. Проведенные исследования показали, что наиболее эффективным по критериям минимума затрат машинного времени и объема занимаемой памяти ЭВМ является метод прямого поиска Хука и Дживса.

Задача оптимизации режимов работы НС заключается в определении оптимальной структуры 5 (т.е., номеров одновременно включенных агрегатов) и значений управляющих параметров JÖ , которые при заданных планируемых значениях расхода (^Ьц и давления

Hin на выходе НС и давления на входе Hit обеспечивают минимум суммы энергозатрат на ней

(23)

Здесь Lj - множество агрегатов j -й НС, а компоненты век-

тора ^ имеют вид > Я»' , где

ДА) -

величина силы тока на электродвигателе £ -го насоса, зависящая от степени открытия его задвижки Л» и соответствующая расходу через £-й касос; - фактическое число оборо-

тов регулируемого привода ¿-го насоса.

Область определяется системой уравнений математической модели НС в виде равенств и двусторонней ограниченности переменных на область допустимых режимов.

Распределяя оптимальным образом расход (^¡и межДУ агрегатами НС, определим соответствующие оптимальные значения параметров I , поэтому минимизацию (23) целесообразно проводить по С учетом этого задачу (23) можно форлияэсвать слв-душцм образом

ЧчЩЩЬЩ—™»* ш

Я ' 2 5; О,- = 9и , (И)

¿а/ V Г - .»

¿еЬ) (2б>

(¡инь^^^ш, ¿еЬ} ™

, I е1} (28)

п* 4 П, < ¿еЬ}

(29)

X* , ¿еЦ (эо)

Здесь ^ _ Г I, если I -й насос включен;

1 {_ 0, в противном случае; ^ ¿.у - множество включенных агрегатов j -й НС;

сопротивления всасывающего и нагнетательного участков

¿-го насоса; , - нормальный и срезанный диаметры

/

рабочего колеса ¿ -го насоса; /7; - номинальное число оборотов регулируемого привода ¿-го насоса; V .V - нижняя и верхняя границы допустимого уровня воды в резервуаре;

Шрк^АрШ') (%} 1 " «ощнбсть, затрачи-

ваемая -м насосом на подацу воры, где С>0{ , , -параметры зависимости

N4).

Для решения задачи (24) - (31) использовался метод динамического программирования.

' В диссертационной работе представлен сравнительный анализ значений критериев качества и эффективности функционирования реальной СПРВ на интервале времени сутки по результатам использования рекомендаций диспетчерских служб и расчетов программ, ис-польэующих разработанные алгоритмы рационального планирования потокораспределения в СПРВ. Он свидетельствует об эффективности разработанных алгоритмов.

В главе Ы рассмотрены основные этапы проектирования СПРВ, . предложена многоуровневая, иерархическая структура СПРВ, включающая регулирующие емкости между отдельными зонами и отдельными уровням» СПРВ в качестве элементов развязки и обеспечивающая управляемость СПРВ по потокораепределенгао, описаны имитационные модели технологических процессов функционирования СПРВ совместно с регулирующими емкостями, проведен сравнительный анализ качест-. ва и эффективности функционирования СПРВ при наличии различных видов регулирующих емкостей и без них.

Значительное повышение качества и эффективности функционирования СДРЗ может быть достигнуто также за счет совершенствования : принципов их проектирования и реконструкции.

Одним из таких принципов является необходимость проектиро-. вания СПРВ с учетом их управляемости по потокораспределению. Т.е., в сети должны быть заложены различные активные и пассивные регуляторы, резервные источники воды и линии связи, обеспечивающие запас пропускной способности сети. Проектирование СПРВ должно учитывать наличие функционирующих действующих сетей. Учет управляемости при проектировании СПРВ позволяет повысить надежность и эффективность их работы, длительность зксщуатации сетей. Кроме того, проектируемые СПРВ также должны иметь иерархическую структуру, отдельные уровни которой развязывались бы через регулирующие устройства. Ими являются такие пассивно-активные регулирующие емкости сетей как резервуары, водонапорные башни, водонапорные колонны. В работе предложена структура СПРВ, включающая использование регулирующих емкостей между зонами водопроводной сети и обеспечивающая управляемость СПРВ по пото- ., кораспределению.

В практике проектирования СПРВ типичной является система водоснабжения, содержащая соединенные водоводами активные источ-

ники питания сети водой, последовательно установленные запасно-регулирующие емкости (ЗРЕ), зональные управляемые НС (ЗУНС) и кольцевые водопроводные сети. Однако в такой системе водоснабжения каждый из ее активных источников жестко связан со своей зоной. Это делает невозможным перераспределение нагрузки как между отдельными НС, так и между отдельными' расчетными узлами внутри сети. Поэтому,-в случае отклонения действительных расходов воды от их расчетных значений, такая СПРВ не может удовлетворять потребителей водой.

Усовершенствуем эту систему водоснабжения так, как показано на рисунке. По сравнению с исходной предлагаемый вариант проектирования СПРВ характеризуется следующими преимуществами: ^возможностью использовать для регулирования неравномерности водо-потребления запасы воды тех зон, в которых имеется избыток воды, а такаю запасы воды МЗРЕ; 2) снижением суммарных избыточных напоров в кольцевых водопроводных сетях, что способствует уменьсе-нию утечки воды; 3) уменьшением диапазона изменения величины гидравлического сопротивления, что позволяет стабилизировать режимы работы всех НС системы и повысить к.п.д. их работы; 4) повышением живучести системы за счет того, что выход нз строя одной из.цепочек, включающей низконапорный трубопровод, зональную ' запасно-регулирующую емкость с управляемой КС, создш:снпоЛ водоводом с одной из зон, не вызывает нарушения функционирования системы водоснабжения, т.к. в отс«.: случао соотЕетстЕ^тсцгя зона системы будет снабжаться водой от блияс&йпей МЗРЕ; Б) сникшие* требований к пропускной способности низконапорного трубопровода и кольцевых водопроводных сетей.

Для оценки эффективности предложенного варианта' проектирования СПРВ. с использованием регулирующих емкос.-ей ыезду зо-

20

1}аыи водопроводной сети использовался.метод имитационного моделирования. В диссертационной работе приведены результаты сравнительного анализа качества и эффективности функционирования СПРВ на интервале времени сутки при наличии различных видов регулирующих емкостей и без них. Подученные результаты свидетельствуют о том, что введение в СПРВ МЗРЕ позволяет существенно повысить качество ее работы (при этом дефицит воды у потребителей практически снижается до нуля), уменьшаются затраты электроэнергии и общая подача воды в сеть, снижаются избыточные напоры в сети, вследствие чего сокра-

21

щаются непроизводительные расходы и утечки в сети и уменьшается вероятность возникновения аварийных ситуеди">. Кроме того, наличие регулирующей емкости в СПРВ позволяет стабилизировать режимы работы НС, уменьшив диапазоны изменения их режимных параметров и повысив к.п.д. их работы.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОШ •

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

. - показано, что дальнейшее повышение качества и эффективности функционирования СПРВ возможно за счет перехода к новым многоуровневым иерархическим структурам, включающим регулирующие емкости между отдельными уровнями СПРВ в качестве элементов развязки и позволяющим обеспечивать управляемость СПРВ по потокораспределе-нию;

- предложена новая структура СПРВ, отличающаяся от известных тем, что она включает использование регулирующих емкостей между зонами водопроводной сети в качестве элементов развязки, и показала эффективность ее использования методом Имитационного моделирования;

- проведен сравнительный анализ эффективности использования различных методов для решения задачи оптимизации распределения нагрузки между насосными станциями (НС) СПРВ, показавший-, что при большом числе совместно работающих на водопроводную сеть НС (з ¿-С £ 10) наиболее эффективным по критериям быстродействия и занимаемого объема памяти ЭВМ является метод прямого поиска Хука и Дживса;

- разработаны эффективные алгоритмы решения задачи выбора оптимальных комбинации агрегатов НС при регулировании их подачи изменением степени открытия задвижки, изменением числа оборотов

регулируемого привода й комбинированном способе регулирования}

- проведен сравнительный анализ качества и эффективности-функционирования СПРВ на заданном интервале времени при наличии различных видгл кк- улирующих емкостей и без них« подтвердивший целесообразность их использования меяцу понамй водопроводной-" сет я гтри~про е к« иркГв ан ики рёконп^рукцюг»

- разработаны комплексы программ моделирования и оптимизации режимов функционирования НС и анализа установившегося пото-кораспределения в водопроводной сети совместно с активными источниками и регулирующими емкостями.

4. ПЕРЕЧЕНЬ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ' Основные материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Дядюн C.B., Погребняк Б.И., Танакхи М.А. Комплекс программ оптимального управления системами водоснабжения. - В кн.: "Перспективные методы планирования и анализа экспериментов при исследовании случайных полей и процессов". Тез. докл. 1У Всесоюзной конференции. - M,, 1991, с:70-71.

2. Дядюн C.B., Танакхи М.А. Оптимизация потокораспределеция в системах водоснабжения большой размерности. - В сб.:"Эксплуа-тация и ремонт систем городского хозяйства", Киев, УМК ВО, 1992, с.115-121.

3. Дядюн C.B., Танакхи М.А. Выбор оптимальных комбинаций агрегатов насосной станции городского водопровода. - В сб.:"Ком-мунальное хозяйство городов", вып.1, Киев, Техн1ка, 1992,с.63-70.

4. Дядюн C.B., Погребняк Б.И., Танакхи М.А. Диалоговая система моделирования и оптимизации режимов функционирования насосной станции. - Тез. докл.Международной школы "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами". - Харьков, 1992, с.40-41.

5. Дядюн C.B., Погребняк Б.И., Танакхи U.A. Оценка надежности и эффективности функционирования СПРВ на основе совершенствования принципов проектирования и эксплуатации. - Тез. доцл. ХХУ1 конференции ХИИПС, Харьков, 1992, с.42.

6. Дядюн C.B., Погребняк Б.И., Танакхи U.A. иатематическов моделирование технологических процессов функционирования систем водоснабжения. - В сб.; "Повышение эффективности и надежности городского хозяйства", Киев, 1993, с.112-117,

7. Дядюн C.B., Артюх Л.Ю., Танакхи U.A. Управление технологическими процессами функционирования систем водоснабжения на основе агрегированной модели объекта. - В сб.: "Метода анализа и оптимального синтеза трубопроводных систем". - Иркутск, СЭИ РАН, 1993.

/

/