автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка средств информационной поддержки управляющих решений диспетчера газотранспортных систем

Г6 од

3

'ОРДЕНОВ ЛЕНИНА II ДРУЖБЫ НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЭНЕРГЕТИКЕ

На правах рукописи

РУСИН Валерий Владимирович

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЯЮЩИХ РЕШЕНИЙ ДИСПЕТЧЕРА ГАЗОТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.13.13 - Вычислительные машины, комплексы.снстемы и сети

Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кнеп -1994

Рабата выполнена в Институте проблем моделирования в зке гетике АН Украины

Научный руководителе ~ аКЗДЭМНК АН УКраИНЫ

Г.Е. Пухов

Научны"! консультант - доктор технических наук, профессо]

Г.Я. Береговенко

Официальные оппоненты - доктор технических наук

А.Ф. Катков

кандидат технических наук E.H. Царекко

Ведущая организация - НПО "Киевский институт автоматики

Защита состоится "_/£"_&» 1S94 г. в_часо

на заседании специализированного совета Д. 016.61.01 Институт, проблем моделирования в энергетике АН Украины по адресу 252680, г. Киев-164, ул. генерала Наумова, 15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт; проблем моделирования в.энергетике АН Украины.

Автореферат разослан " _1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

кандидат технических наук /^J, _ Э.П.Семагина

- 3 -

Общая характеристика работы.

Актуальность проблемы. Для управления транспортными потоками б пространственно-распределенной системе, примером которой служи газотранспортная система (ГТС), существует центральная диспетчерская служба. Ее основная задача - поддержание заданных режимов работы ГТС с целью своевременной доставки гага потребителю.

Поскольку реальный газопровод содержит тысячи труб и десятки компрессорных станции, образующих разветвленную сеть сложной топологии, принятие управляющих решений оказывается трудоемкой и предельно ответственной задачей.

В целях облегчения резения задачи управления ГТС диспетчерскими службами в последние десятилетия ведутся работы по "автоматизации труда диспетчера путем создания аппаратных и программных вычислительных комплексов, позволяющих взять на себя весьма трудоемкий и ответственный зтап по сбору и обработке диспетчерской информации, а также вырзботке рекомендаций по выбору управляющих воздействий.

Очевидно, что проблема взаимодействия диспетчера-технолога с программными и техническими средствами моделирования режимов работы различных элементов газопроводной сети является актуальной. Главной задачей при этом является исследование технологических особенностей работы диспетчерских служб с точки зрения циркулирующих информационных потоков й разработка средств информационной поддержки системы "человек-ЭВМ".

Комплекс программ, предназначенный для решения задач диспетчерского управления, должен обеспечить:

- восприятие и обработку информации, поступающей с замерных устройств;

- воспроизведение необходимой информации как в алфавитно-цифровой так и графической формах;

- решение уравнений, описывающих состояние газа в трубах и режимов работы КС;'

- возможность оперативного изменения структуры модели и реализации ситуаций, порождаемых управляющими решениями диспетчера;

- адаптацию иод ели в соответствии с особенностью данных, поступающих с замерных устройств;

- возможность оценки и прогнозирования состояния ГТС.

СдедоЕзтешано, проблема, связанная с вводом, размещением,

обработкой и преобразованием информации, отражающей состояние газотранспортной системы в моделирующем программном комплексе с учетом специфики работы диспетчера также является актуальной.

Цель работы заключается е разработке средств информационной поддержки управляющих решений диспетчера газотранспортной системы при его работе с прикладным программным комплексом моделирования и оптимизации режимов работы ГТС. Для ее достижения необходимо решить следующие задачи:

- осуществить анализ технологических особенностей процесса транспорта газа и влияние на него решений диспетчера ГТС;

- разработать средства ввода, размещения, преобразования данных, используемых при реализации вычислительных процессов в комплексе определения режимов газопроводов;

- произвести выбор и адаптацию информационных средств взаимодействия подсистем программного комплекса с учетом специфики обрабатываемого потока данных;

- разработать систему идентификаторов элементов, осуществляющих представление газотранспортной сети в виде графических видеограмм;

- произвести оценку данных, поступающих с измерительной аппаратуры,с целью выявления недостоверных или сильно искаженных данных и разработать способы их обработки.

Методы исследования основаны на положениях вычислительной математики, теории управления багами данных и средствах малинкой графики. При этом используются методы машинного эксперимента и теории цифровой обработки сигналов.

Научная новизна. Новые научные результаты заключаются в разработке средств программной реализации графической и алфавитно-цифровой информации о состоянии ГТС с обработкой режимных данных, поступающих в теша}; неавтоматизированного и автомата- • зированного обзора замерных устройств.

Практическая ценность. Теоретические разработки, осуществленные в диссертационной работе, использованы в комплексе .

программ моделирования и оптимизации режимов работы ГТС.

Применение зтих разработок позволило повысить информацисн-ную емкость потоков данных и упростить восприятие распределенной по пространству информации, а также облегчить условия работы сотрудников газотранспортных предприятий.

Разработанные средства отображения диспетчерской информации в виде графических видеограмм облегчают работу пользователя с базами данных.

Синтезированный цифровой фильтр нижних частот позволяет обрабатывать информацию, поступающую с замерных узлов ГТС в автоматизированном режиме.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы использованы в "Пакете прикладных программ расчета и контроля городских газовых сетей (ГГС)", позволяющем вычислять значения давлении,- температур и расходов в узлах ГГС на основе измеренных данных, которые могут содержать случайные или преднамеренно внесенные погрешности, внедренном в ПО КИЕЕГАЗ.

Апробация работы. Разработанные способы построения информационного обеспечения программных средств моделирования неизотермических неустановившихся процессов в газотранспортных системах с произвольной топологией обсуждались на семинарах и конференциях в институте проблем моделирования в энергетике АН Украины.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы, содержащего 72 наименования, приложений и изложена на 149 страницах машинописного текста, включающего 16 рисунков и 11 таблиц.

СОДЕРЯАНИЕ РАБОТЫ

В введении перечислены задачи диспетчера возникающие при управлении газотранспортной системой, обосновывается актуальность создания средств информационной поддержки при работе диспетчера ГТС с комплексом программ моделирования режимов трубопроводов, приводится краткий обзор по главам.

- ь -

В первой главе рассматривается структура, состав и особенности управления режимами работы трубопроводных систем дальнего транспорта газа.

Для описания процессов транспортировки газа по сети трубопроводов достаточно учитывать два основных технологических об--екта ГТС: линейный участок (ЛУ) и компрессорная станция (КС).

ЛУ является пассивным элементом ГТС, который имеет в своем составе.- магистральные трубы большого диаметра (1.0-1.4-10 мм), называемые основными нитками, крановые площадки, мекниточные перемычки, а также ответвления для подачи газа потребителям. Элементарным звеном ЛУ является цилиндрическая труба постоянного диаметра, движение газа в которой описывается системой нелинейных дифференциальных уравнений вида

dp &ipv) 4т»

at By.

д{ри) д г

- + -(Р + pv ) = - p(psiny + - ) (1)

<?t <?x 2D

д(рс) д p 4 а 4т» p

- + - [^'(У + -)] c ~ P^Psiny + -i'TH- T) - --(c + -)

dt дх p D Dp

где p = p(t,>-.) - плотность, p = p<t.x) - давление, t «= т (t, м j -температура, о ■= <4t,x) - средняя линейная скорость газа в поперечном сечении потока с координатой х - co.l t - co.t ] -временная координата; t - время наблюдения процесса; l - длина трубы; - коэффициент гидравлического сопротивления« а -суммарный коэффициент теплопередачи от газового потока к приле-гащемы грунту; у = y<t) - угол наклона трубы к горизонтальной плоскости; о - ускорение свободного падения; т - температура "грунта на границе соприкосновения с трубой; с - полная энергия "единицы массы газа.

Моделирование режимов работы ГТС осуществляется с помощью численных операторных методов с использованием изображений,

обобщенных функции, позволяющих естественным образом учитывать граничные условии.

КС яеляются активными элементами ГТС, которые служат для полдержания необходимого ' давления в сети и состоят из нескольких цехоЕ, число которых варьируется, в среднем, от двух до десяти и определяется количеством ниток ЛУ. В состав каждого цеха КС входят два основных типа технологического оборудования: газоперекачивающий агрегат (ГПА) и аппарат воздушного охлаждения (ABO), для которых имеются математические формулировки массооб-менкых, гидравлических и газодинамических соотношений, а такие процессов компримирогачия и охлаждения гага.

Задача управления многоцеховой КС заключается в минимизации сушы абсолютных величин отклонении давлений на выходах КС от сеоих уставок за счет выбора соответствующих управляющих воздействии. Регулирование давления осуществляется за счет изменения частот вращения валов нагнетателей, числа работающих ГПА и схемы юс включения, а также дросселированием и байпасиро-ванием потокое на входа;-: КС.

Пригодятся балансовые соотношения в узлах коммутации технологического оборудования, позволяющие объединять уравнения злементоз газопровода в единую математическую модель газотранспортной системы.

Прикладные программы, осуществляющие моделирование и расчет оптимального управления режимами работы технологического оборудования образуют комплекс, который должен находиться под управлением единой информационной системы. Для ее создания необходимо подробно проанализировать структуру информационных потоков в соответствии со следующими технологическими особенностями режимов работы ГГС:

- газ, протекающий по трубопроводу, имеет однородную структуру, для которой применимы законы газовой динамики;

- трубы, входящие в ЛУ, млеют одинаковую длину и диаметр и работают в едином технологическом режиме, что позволяет производить их эвивалентироЕЗние;

- данные поступают с замерных узлов по телефонному каналу с интервалом 2-4 часа, ограничение частоты съема данных связано с людскими и техническими возможностями;

и 1420 Лгр»пмчк>1В.9ки

КС НоЬый Пелым

ИШЕРИИИОН! а)

КС НоЬыи Ибдель

Елгц 2

б)

1172

1198

6)

г)

1221

1226 12Э2

1ЫБО

Ели» 2

1266

д)

Оки

^^^¿огркс.

11БЗ

.1176 1201

12Е5

Ьп» 1

11ЕЭ

.481 1гвь

12за

1234

'268 ^-и-^Тул.1

1125

ТЧЯй 2

11Б8

1181 1206

? " ? Тул»

■ИППИ"

Д«с5сэД-

1168

1184 121Е

1262

СРТО-Ур ал

пье

1164 1218

р. Ловь» » 4

п. Полшочно«

Рис. 1. Фрагмент технологической схемы ГТС.

/

- техническое развитие производства предусматривает увеличение частоты съема данных до 5-10 мин за счет приборов телеметрии.

Проведен обобщенный анализ программных комплексов, используемых в настоящее Еремя в газовой промышленности, показаны их преимущества и недостатки, перечисленны особенности информационной системы, обусловленные новыми требованиями к составу измеренных данных и возможностями программных и аппаратных средств поддержки. Определен состав моделирующего комплекса, позволяющий решать задачи оперативного управления газотранспортной системой.

Во второй главе приведен сравнительный анализ основных • средств хранения информации и систем управления ими, на основе которого осуществлен выбор наиболее приемлемой системы управления базами данных (СУБД) "Clipper". Достоинства, способствующие ее выбору состоят в следующем:

- реляционная база данных, позволяющая производить любые операции над множествами данных;

- стандартная организация файлов .dbf-формата;

- компиляция объектных модулей в один исполнимый модуль;

- возможность использования оверлейных процедур;

- совместимость со стандартными языками программирования "Borland С", "Assembler".

Для настройки СУБД на решение конкретных задач разработаны программные модули, которые обеспечивают требуемый порядок размещения, обработки, преобразования и компиляции данных при использовании их в вычислительных процессах моделирующего комплекса.

Исследованы потоки входной, выходной и промежуточной информации, которая представляется графическом и алфавитно-цифровом виде.

Графическая информация - это воспроизведение топологического графа трубопроводной сети в целом и ее отдельных участков, ветви которого составляют элементы ГТС. Она представляется в виде технологической схемы на планшетах, схемах и мнемощитах и отображает общую структуру газовой магистрали. Фрагмент технологической схемы ГТС приведен на рисунке 1.

Таблица 1

:0РЕ1?А01 02.25.02.92

ОПЕРАТИВНАЯ СВОДКА

Р : Р Т Т Т : 0 АГРЕГАТЫ СХЕ ВЕНТИЛ Т ТОЧК Ц :К .-НАИМЕНОВАНИЕ

ВХ :ВЫХ ВХ вых АВО: ТЫС МЗ --------- МА ------- ВОЗ РОСЫ Е :0 : ОБ"ЕКТА

СУТКИ 123456789 РАБгРЕЗ X :Д : \

522 653 3 23 14 300.0 1Р34Т 3X1 1 21 -2 -21 1 03 ПУРОВСКАЯ

511 700 6 22 13 420.0 1234Т6 5X1 10 21 -3 -20 2

513 709 -0 28 13 400.0 Т23456 5X1 2 34 -4 -21 3

ЗУ М

537 3 3688.0 0205 УРЕНГОЙ-УЖГР

528 5 4374.0 0206 УРЕНГОЙ-ЦЕНТ

532 1 4262.0 0207 УРЕНГОЙ-ЦЕНТ

687 4 1841.0 0208 ГП-13 ЯМБУРГ

Алфавитно-цифровая информация - это описания динамических характеристик структуры КС, режимных параметров, поступающие с аамерных узлов сети в дискретные моменты времени и нормативно-справочная информация (НСИ). Информация, используемая на основе таблиц и справочников, является статической, а представленная в виде оперативной сводки, фрагмент которой изображен в таблице 1, - динамической.

Входной поток представляет собой совокупность данных, поступающих с замерных узлов ГТС, нормативно-справочной информации, вычисленных с помощью моделирующего комплекса начальных и граничных и режимных значений контролируемых параметров ГТС.

Выходной поток в зависимости от решаемой задачи содержит в

себе:

- уточненные значения режимных параметров (давления, температуры и массового расхода газа);

- коэффициенты гидравлического сопротивления и теплопроводности линейных участков;

- нормы запасов газа по каждой отдельной взятой трубе и интегральный запас по совокупности труб;

- рекомендуемые схемы включения газоперекачивающих агрегатов (ГПА) и аппаратов воздушного охлаждения (АЕО) на КС;

- утечки гага по длине трубопровода;

Кроме того, по требованию диспетчера может быть определен любой из режимных параметров в произвольной точке газопровода.

Очевидно, часть информации может быть представлен в алфавитно-цифровой форме, что соответствует структуре базы данных реляционного типа. Однако, часть информации носит объектно-ассоциативный характер, которая, с одной стороны должка иметь графическое отображение на экране, а с другой - быть связанной с интегральными характеристиками объектов.

В соответствии с особенностями и разнообразием данных даются рекомендацш-1 по их рациональному представлению. Так, топологическую структуру ГТС предлагается представлять схематично в графической форме, а данные оперативной сводки, результаты расчета режимных параметров КС и нормативно-справочную информацию - в алфавитно-цифровом виде иди в меню ориентированном режиме на графической схеме газопровода.

iFMsprj

Яивзрг]

dp"c З^З^ЗЗ ЙГСЭ*

Ямбургск *Я КС

аа.

Ф-Ф Ф

Луроеок ая

Хасырдиок «*

а)

Рис. 2.

б)

Видегораыш детальной схема РТС.

- 13 -

Графическое структурирование схемы газопровода осуществляется на основе объектно-ассоциативны;-; характеристик элементов ГТС, хранящиеся в файлах формата .dbf (Data Base Format). Для графического отображения на экране монитора расчетной схемы ГТС разработана система идентификаторов. Ка рисунке 2 представлены впдеограммы фрагментов расчетной схемы ГТС, построенные графическим интерфейсом ка основе информации, размещенной в БД. Данная схема представляет из себя многосвяеный информационны;! объект, объед12гяаз5ш все подсистем моделирующего комплекса в единую структуру.

Особенностью прохождения информации в комплексе программ моделирования является, ззимоззеисимость работы структурных модулей комплекса. Ке организованные данные для каждого из модулей такой структуры дублировали значительную часть информации и требовали больших временны;-: затрат ка операции обмена. При использовании СУБД исключается дублирование данных, минимизируется их количество, а благодаря возможности транзакции обеспечивается целостность информации при расчетах.

Одним из процессов промежуточной обработки информации является экзивалентироЕакие расчетной схемы ГТС. Информационным аналогом процесса зквивалентирования является построение массива ссылок "поглощенных" труб и узлов для эквивалентной трубы, что позволяет осуществить деэквизадентироЕание, ке требуя выполнения дополнительных расчетов. При этом режимные данные и расчетной схемы сохраняются для значений параметров труб и узлов эквивалентной схемы.

Обоснован выбор стандартных технических средств управления информацией и их программно-математического обеспечения, используемые при при создании программного моделирующего комплекса.

В третьей главе предложен алгоритм функционально-параметрической идентификации модели ГТС, и разработан программный модуль., который выполняет функцию адаптации модели к реальным данным, поступающим с ззмеркых узлов газовой магистрали при наличии погрешностей измерений. Этот алгоритм использует решения системы (1), дополненные начальными и граничными условиями и сводится к минимизации функционала

0(1.0) отм

Рис. 3. Графики зависимостей измеренной (И), расчетной (Р), и вычисленной по алгоритму величины (*) а) давления, б) массового расхода от временя.

и . л ) J

Т-Т-ч 1€б

О J VI—

(2)

j

J

+ 1 [ 1 - + 1 - тг ^ + атС 1 - ])dt

Ьт* L Ч «1 T , JJ

где m - общее количество ниток по линейным участкам ГТС; gkc-мнокество узлов вблизи КС, в которых осуществляются измерения давления и температуры; вгр- множество замерных узлов на границах газопровода,где измеряются р, т, м; т - ширина временного "окна", в пределах которого решается задача идентификации;

ах, аа, ат - ВвСОВЫе КОЭффИЦИвНТЫ.

На рисунке 3 показаны графики давления p(t) и массового, расхода Q(t), для измеренных (и), расчетных (р) и скорректированных по данному алгоритму значений.

функциональный параметр, зависящий от оборотов нагнетателей внутри каждого цеха.

Рассмотрена задача управления режимами работы многоцеховой КС, поставленной, как задача частично-целочисленного нелинейного программирования с целевой функцией

XI |Р»"*1 " Py=Tl| —" min (3>

1еб

в их

где gbiw - множество номеров узлов выхода КС; р>и1 и р ст1 -

Режимы работы Комплекса Определения Режимов Трубопроводов (КОРТ)

Конструктор

Выбор опорного среза Усечение прхива сверку Усечение архива снизу Анализ динамики Просмотр графиков Анализ результатов

Рис.

•1. Меню режимов моделирующего комплекса КОРТ.

реальное и уставное давление газа в 1-м выходном узле; N -функциональный параметр, зависящий от оборотов нагнетателей внутри каждого цеха.

Разработан перечень управляющих воздействий, которые определяются результатами решения задачи (3), и представляются диспетчеру в качестве рекомендаций.

При идентификации режимов работы КС определяется расход газа на собственные нукяы каждого цеха в КС в соответствии с данными, поступающими в текущем времени:

- давлением рвх и температуре тах газа на входе ш-го цеха;

- давлением рвых газа на выходе т-го цеха;

- расходом мп газа на собственные нувды т-го цеха за прошедшие сутки.

Для решения задач (2) и (3) используются данные, поступающие с замерных узлов ГТС с интервалом 2+4 часа. Изменение режимов поступления исходных данных связано с созданием специализированных средств их обработки. Предложен метод цифровой фильтрации измеренных данных. В случаях, когда время измерения ии111) меньше времени переходного процесса фильтрация из-

меренных значений осуществляется в соответствии с алгоритмом адаптации модели по данным текущего времени. При увеличении частоты поступления данных (до 5+10 минут) фильтрация измеренных данных осуществляется с помощью быстродействующих фильтров нижних частот, с импульсной реакцией ограниченной длительности.

Предложенная информационная система, состоящая из СУБД и "диспетчера задач", об-единяет подсистемы и управляет потоками данных внутри моделирующего комплекса. В ее функции входит подготовка входных данных для каждого пакета прикладных программ, протоколы информационного взаимодействия между подсистемами комплекса, диагностика подсистем.

Протоколы информационного взаимодействия характеризуют порядок межмодульного обмена информацией. Диагностика обусловливает потоки выходной информации для последующего их протоколирования. Управление с помощью средств диагностики выявляет такие значения выходных данных, которые выходят за рамки опреде-

ленных уставок и могут свидетельствовать о нестабильной работе модели ГТС. "

Состзв комплекса определен следующими основными модулями:

- база данных;

- многооконный пользовательский интерфейс;

- подсистема контроля измерений;

- подсистема обеспечения расчета;

- расчет линейной части ГТС;

- расчет компрессорных станций;

- подсистема обслуживания архива и ГТС.

Порядком запуска и завершения вычислительных процедур управляет диспетчер. Функции диспетчера при его работе с комплексом определения режимов трубопроводов (КОРТ) представлены в виде меню режимов (рис. 4).

В режиме "ввода ' данных" диспетчер подготавливает входную информацию, которая заключается в изменении коммутации расчетной схемы и загрузки режимных данных в виде оперативкой сводки (табл.1).-

В режиме "Расчет" осуществляется расчет очередного временного среза, называемого "текущим", который осуществляется в несколько шагов. Временной срез представляет из себя совокупность входных, выходных режимных данных и состояние элементов расчетной схемы, относящихся к определенному временному интернат/.

При аварийном завершении любой из подсистем диспетчер осуществляет корректировку входных данных.

Подсистема контроля информации осуществляет первичный контроль входной информации и подготовку данных для расчета. Результатом его работы является вывод диагностических сообщений о грубых ошибках.

Подсистема обеспечения расчета включает в себя: формирование топологии расчетной схемы ГТС, эквивалентироЕакие расчетной схемы, формирование эквивалентных измерений, диагностику некорректных соединений элементов ГТС, формирование начальных и граничных условий для эквивалентной схемы, ведение архива.

Эквивалентная схема, полученная в результате работы этого модуля является основной информационной единицей, над которой

Подсистема обеспечения расчета

Подсистема контроля информации

Графический интерфейс

н ,1.

1_1

Расчет режимов ГТС

Диагностика ------ :...... Р а с ч е ' ■ ■ ........... ■ н а я схема ПСИ

Измерения Топология Режимы

Э к в и в а 1 е н т н а я схема •

А

Рис. 5, Схема информационных потоков комплекса определения режимов трубопроводов

- 20 -

происходят дальнейшие вычисления.

Подсистема расчета линейной части осуществляет определение режимов работы при заданных начальных и граничных условиях по алгоритму приведенному в начале глааы. По выходным данным этого модуля производится проверка наблюдаемости системы, т.е. соответствия параметров модели ее текущему состоянию.

При выполнении данного условия запускается модуль расчета компрессорных станций, который еще называется подсистемой "контроля и оптимизации режимов работы КС" и начинается счет текущего временного слоя. При наличии некорректностей диспетчер еносит изменение в состав и конфигурацию цехов КС и заново запускает расчет.

Подсистема обслуживания архива закосит в файлы базы данных изменение и его время(дату) по каждому объекту ГТС. Благодаря этой системе диспетчер имеет возможность проанализировать ретроспективу поведения газотранспортной системы в "динамике развития". При атом Еыбирается так называемый "опорный срез" по которому предоставляются все данные о состоянии объекта на' определенное время, называемое текущим.

Схема информационных потоков, циркулирующих при работе моделирующего комплекса приведена на рисунке 5. Центральным звеном здесь служит база данных, данные в которой условно разделены на "Измерения", "Топологию", "Режимы","НСК" и■ "Диагностику", причем, первых трех содержится информация как о расчетной, так и об эквивалентной схеме.

Модуль формирования и редактирования расчетной схемы газопровода не используется в единил технологическом процессе моделирования и оптимизации ГТС. Обращение к нему осуществляется Л1шь на этапе создания баз данных т.е. введения в БД координат элементов ГТС и их топологические и физические характеристики, а также при редактировании топологии, например, при вводе в строй новых участков магистрали. В четвертом параграфе третьей главы описывается работа этого модуля.

В•заключении приведены еыводы по диссертационной работе.

В приложения помещены структуры файлов данных в ЕД, пример программы вывода данных на экран в виде графических изображений, а также приведен синтез цифрового фильтра нижних частот.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ.

Основные результаты диссертационной работы формулируется следующим образом.

1. Исследованы к систематизированы свойства информационных потоков, используемых в работе диспетчера газотранспортной с::с-

i'cMbi»

2. Произведен ннбор и адаптация информационных средств взаимодействия подсистем комплекса программ моделирования режимов работы Г ТС с учетом специфики обрабатываемого потока днн-ных. 5

3. Разработаны средства ввода, размещения и преобразования диспетчерской информации в комплексе моделирования режимов работы ГТС.

4. Разработана система идентификаторов злементов и формы видеограмм фрагментов структурной схеш ГТС, учитывающие информационные и эргономические требования отображения диспетчерской информации.

5. Разработаны и реализованы преграды, осуществляющие визуализацию расчетной схеш ГТС на экране монитора.

6. Предложена методика обработки данных, поступающих с измерительной аппаратуры с различной частотой съема. Получены оценочные характеристики грубых и случайных ошибок измерений. Синтезирован цифровой фильтр нижних частот для обработки режимных данных при автоматизированном съеме.

Разработанные средстза информационной поддержки использованы при организации информационной системы, на основе которой осуществлена стыковка и комплексная отладка всех подсистем прикладного программного Комплекса Определения Режимов Трубопроводов (КОРТ); разработанные алгоритмы и программы в составе комплекса находятся в опытной эксплуатации в газотранспортном предприятии "Тюментрансгаз".

Публикации.

1. Русин Б. В. К организации диалога работы диспетчера газотранспортной системы (ГТС). В кн.: Методы математического

моделирования е энергетике. Киев: Наук.думка, 1992, с.61-64.

2. Русин Е.В., Кспольсовакие графического интерфейса базы данных при работе диспетчера газотранспортной системы / Электронное моделирование N 4 1993 г. стр.92-93.

3. Ильенко В.И., Русин Е.В. Идентификация неизотермических, неустановившихся режимов работы газотранспортных систем. /Электронное моделирование N 2 1994 г. стр. 78-80.

АКАД^ЛИ^ъ НАУК УКРАИНЫ

ШЮТИТУТ ПРОБЛЕМ ШДЕЯИРОВАНЖ Е ЭНЕРГЕТИКЕ

5:.«!п 'г;.

В А. К

-XV ж О С С1Г

На правах рукописи

ва« рос«;;

: РУСШГ-:Вайерйаг:Еладишфович

РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ ШЯОРЯШдаОННОЯ ПОДДЕРЖИ УПРАРЛЖ'^Х РЕШЕНИЙ ДИСПЕТЧЕРА ГАЗОТРАНСЛОРТЙЖ (ЖЕ!

05.13.13 - Вычислительные шшмш, * комплексы, системы и сети

Д к с с е р т а д и я

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -

академик АН Украины Пухов Г. Е.

Киев -

1994

МВД РФ Чс-~-' •..-.•.• филиал Етер»«бу.-гс-,:о- г,ысгвг.а школы 454081 г. Челябинск ул, Либединскпго. 4,

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение,........................................................ 4

1. ИШОР1ЩЖШШЕ ШТОКЖ Е ГАЗОТРАШГОРТйСЯ СИСТЕМЕ (ГТС).

1.1. Задачи управления газотранспортной системой............. 10

1.2. Математическое описание моделей элементов ГТС........... 20

3. Особенности шлейфования технологических

процессов з ГТС......................................... 37

1, 4, Требования к информационному обеспечению моделирующих

комплексов.............................................. 47

1, 5. Структура комплекса программ моделирования

■режашв работы ГТС...................................... 61

2. СОСТАВ И ОБРАБОТКА ДМСШТЧЕРСШЙ ШШРШЩ.

2,1. Требования к хранению 1 организации данных.............. 50

2. 2. Состав и особенности входной к выходной информации,

обрабатываемой тдешрушщ комплексом.................. 71

2. 3. Идентификаторы элементов структурной схемы,............. 77

2. 4„ Преобразование данных при зквивалентировании

расчетной схемы,........................................ 81

5, Способы графического отображения информации.............87

О' - -"-ЛШ ПРИ МДЕШ'КШМЩШ. РЕЖИМОВ ГТО

3.1. Адаптация модели РТС по данным измерений................ 33

3.2. Способы идентификации режимов работы компрессорных станций................................................. 98

3, 3. Особенности обработки режимных параметров при

- 3 -

ускоренном поступлении данных..........................105

2, 4, Формирование и редактирование данных, отображающих

технологическую схему РТС............................... 109

3. 5, Организаций информационных потоков в комплексе

определения режимов трубопроводов,..................... 112

ЗАШШЁНЖ....................................................119

ЛИТЕРАТУРА.................................................----121

ШШШЕНЖ ....................................................133

л

Сложные, пространственно-распределенные смстомы» примером которых служит система транспорта газа требрзт оперативного управления, позволявшего согласовывать взаимодействия отдельных ее элементов в пространстве и во времени.

Основным управляющим звеном в газотранспортных системах является центральная диспетчерская служба (ИДУ). Газотранспортная система включает в себя систему магистральных газопроводов, содержащую десятка компрессорных станций и тксячи труб, образующих сеть сложно-разветвленной топологической структуры,

1ЩЗ выполняет задачу поддержания резшмных значений параметров сети в целях своевременной доставки истребителям требуемого объема газа

Основной поток информации о состоянии ГТС включает б себя*

- режимные даннш с замерных узлов;

- нормативно-справочная информация (ШИ);

- данные о составе и конфигурации цехов компрессорных станций;

- месторасположение и взаимовлияние объектов ГТС.

Ввиду ограниченности физических возможностей диспетчера, он не состоянии воспринять весь объем информации, а извлекает только ту ее часть, которая характеризует отклонение от номинальных значений, Вследствие этого управление транспортом газа в целой системе ведется в соответствий с ее фрагментарными отклонениями.

Для того, чтобы труд диспетчера был долее эффективным, а объективная информация учитывалась бы более полно, ' ка протяжении

последних десятилетий разрабатываются различные программные комплексы моделирования режимов работы ГТС, которые, в той или иной мере, способствуют решению диспетчерских задач.

Таким образом актуальной является проблема анализа и обработки диспетчерской информации с целью обеспечения эффективного взаимодействия диспетчера ГТС с комплексом программ моделирования.

Цель диссертационной работы заключается в разработке средств информационной поддержки диспетчера ГТС при его работе с моделирующим комплексом. В процессе ее осуществления поставлены и решены следующие задачи:

- осуществлен анализ технологических особенностей транспортировки газа при работе диспетчера ГТС;

- разработаны способы размепрния, преобразования и использования данных при реализации вычислительных процессов;

- произведен выбор и адаптация информационных средств взаимодействия подсистем в моделирующем комплексе с учетом специфики обрабатываемого потока данных;

- разработаны идентификаторы элементов и видеограммы фрагментов структурной схемы ГТС, отображающие в графическом виде информацию, представленную в файловой структуре базы данных;

- произведена оценка данных, поступающих с измерительной аппаратуры, сводящаяся к выявлению недостоверных или сильно искаженных данных и разработаны способы их обработки с различной частотой съема.

Методы исследования основаны на положениях вычислительной математики, теории управления базами данных, машинной графики и эргономики. При этом широко используются методы машинного экспе-

римента и методы теории цифровой обработки сигналов.

Новые научные роеудьтаты заключаются в разработке способов ярогрзшной реализации графической и алфавитно-цифровой информации о соотояшш РТС с обработкой о;* »»- в ..: ы"г} -_;-туоаедшс в тешах неавтоматигироваяного к ч А £ "V.. замер-

НЫ1Г устройств. '

Теоретические разработки, осуирствлавнда в диссертационно! работе, использованы в шшлекг-э срограм: моделирований а оптимизации режимов работы ПС..

Применение 4 » - * * дюнную

сшосстс потоков ~ * » . * .. « . * и 1,.. ^ мой по

пространств ^ " - работы' сотрудни-

ков ГОЗОТрОг ~ *гг\ ,1 ] л I

Розрайотзлы и реализовало грофиоесжо видоогромыьо облегчающие работу пользователя с базами данных, представленных на типо-. вых вкдеотэршяальнш: устройства}:.,

Диссертация -состоит из в^цс-няя* трех глаз, заключения, списка использованной литературы, содержащего 72 наименования и ЕфШЕШЕИЙ.

В первой главе рассматривается состав и структура газотранспортной системы, Дт описания процессов транспорта таза достаточно учитывать 2 основные ее тотыологических сСъокта, кошреееорная станция (КС) ж линейный участок (ЯУ) для которых проведены модели алемоптеш, иг составлнк1.^1т и балансовые соотношения в узлах, объединяющих их в единую систему.

Отмечается, что технологитестш.ш осойэнностями ДУ является огромнейшее количество труб, различный образом влияющих на транспортные процессы, Вследствие отого проведена работа по идоятифи-

кадии значимых труб и исключению труб, которыми можно пренебречь. Узел выбран в качестве отправной точки при построении расчетной схемы ГТС.

В глава сформулированы требования к информационному обеспечению систем моделирования газопроводов и приведены особенности

при построении ж>мплекса для обеспечения оперативного управлении

гта

Технологические особенности протекания в реальном газопроводе оказали влияния на способы размещения, преобразования и использования данных в модешрущем комплексе. Во второй главе на основе аналвеа информационных потоков осуществлен выбор информационного средства управления базами даннш: и реализован алгоритм вывода графического отображений данных, хранящихся в стандартном . йЬГ-формато. Для структуризации расчетной схемы разработаны и реашшоваш идентификаторы элементов, шторме послужили основой для построения структурно-технологической схемы ГТС.

Построенная на идентификаторах элементов структурно-техноло-гичеетая схема, ГТС является» центральным связущим звеном для ре-, алязащш расчетов и отражения информационных потоков в моделирующем кошлексе.

Примером внутренней обработки информации является процедура эквивалентировааш расчетной сжемы. В главе проведены особенности решения данной задачи.

Входная информация» поступающая с замерных устройств требует предварительной обработки с целью выявления недостоверных или сильно искаженных данных. В третьей главе проведены алгоритмы обработки данных в условиях поступления информации с замерных устройств о интервалом в 2-4 часа, реализуемой б настоящее время и

при автоматизированном съеме данных с интервалом 5-10 минут.

Отмечается, что при реальном съеме данных применение цифровых фильтров недопустимо, т. к. время переходного процесса в трубе должно быть меньше интервала измерения в противном случае фильтр будет сглаживать полезную соетавжющуго.

В конце главы приведено описание структуры и логика работы модедирущего Комплекса Определения Режимов Трубопроводов (КОРТ) и проиллюстрированы направления инфоршционных потоков при его работе.

В заключении сделаны выводы по проделанной работе,

В приложении приведены структуры некоторых файлов данных, исходный модуль программы, оеужрствлнюший построение расчетной схемы ГТС на основе структурны! идентификаторов, а также синтез цифрового фильтра нигкних частот с ограниченной импульсной реакцией»

- 3 -

l жшшжтщтиш штоки в

ГШУШШШЖТШШ Ш01ШЖ (ГШ).

1Л. Задачи управления газотранспортной ситемой,

В яастояпре время в газодобьшающей отрасли промышленности сложилась единая система газоснабжения5 которую характеризуют: сильные межрайонные связи, единый гидравлический режим» большая инерционность технологических процессов и значительный объем газа, аккомулированного в трубопроводах

Обобпрнная структура регионального производственного комплекса по добыче и транспорту газа приведена на рис. 1,1, Ра» из скважины очищается от механических примзсей и некоторых фракций в установке комплексной подготовке газа (УЯПГ). После подготовки транспортируемый ras поступает от УКПГ в можпромысловый коллектор с несколькими нитками газопровода сложной остовой структурой* Скважины одного месторождения гидравлически связаны между собой через газокосный пласт, Во можпромыслоюму коллектору газ подается головным компрессорным станциям (К.0), По шре падения: дласто-вого давления перед УКПГ могут устанавливаться долшмные компрессорные станция СДКО), Потребителями (Г!) являются газораспределительные станции по soду движения rasa а также другие региональные газотранспортные системы (РГС).

В данной работе будем рассматривать среднюю часть рисунка 1.1. , а именно объекты, касающиеся только транспортировки газа.

Систему дальнего транспорта газа, включающую в себя линейные участки труб, компрессорные станции пункты отбора и притока, запорную и регужруюпзу® арматуру и другие элементы, участвующие в

непрерывном технологическом процессе транспорта rasa называют магистральным .газопроводом или газотранспортной системой (РТС).

Исходя из назначения и технических характеристик различают следующие гаготранспорные системы [115 63,64];

- магистральные транзитные газопроводы, предназначенные для доставки газа из удаленных районов добычи. Сооружаются, как правило, многониточными не труб диаметром 1220 и 1420 мм. Эксплуатируются при рабочем давлении 7,4 Мпа;

- магистральные распределительные газопроводы для перекачки газа от узлов отбора транзитного трубопровода к крупным потребителям. Рассчитываются на рабочее давление 7,4 Мпа..имеют одно- и многониточные структуры, сооружаются из труб диаметром 1020 и 1220 мм протяженностью до 1 (5 тыс, км;

- межсистемные перемычки, соединяющие транзитные и распределительные трубопровода Реверсивный режим газопередачи является характерной особенностью их работы;

- газопроводы - отводы (©ветвления) отроятся из труб диаметром 520 и 720 мм, реже 1020 мм. Обеспечивают подачу газа отдельным потребителям;

- кольцевые газопроводы, сооружаемые вокруг крупны;! районов потребления для увеличения надежности и равномерности газоснабжения.

В рассмотрение газопровода, как объекта моделирования, входят: источники (месторождения), компрессорные станции, линейные участки, пункты притока-отбора, пункты редуцирования и потребители.

Компрессорные станции устанавливаются с шагом 80-120 км вдоль газопровода и состоят из цехов (рис. 1. 2. а), причем кадый

цех соответствует одной нитке газопровода, В состав цеха входят: система последовательно и параллельно работам?® газоперекачивающих агрегатов (ГШ)» аппараты воздушного охлаждения (АВО), пылеуловители. Все оборудование соединнено между собой и подключается к газопроводу с помощью так, называемой обвязки - системы изогнуты! труб, снабженных кранами, задвижками и клапанам!» КС служат для повышения давления газа, теряющего свою кинетическую энергию в процессе движении.

Линейные участки (ЛУ) - часть газопровода мевду двумя ЕС» состоящие из одной или нескольких труб одинакового или различного диаметра, К ЛУ относятся следующие элементы:

- основная нитка - одна из нескольких параллельно работающих магистральных труб?

- лупинг - дополнительная труба такого же диаметра что и.основная нитка и работающая параллельно с ней. Служит для увеличения надежности и пропускной способности газопровода;

- линейные краны или задвижки (рис. 1. 2. б), устанавливаешь в зависимости от рельефа проложенной трассы с интервалом 10 - 30 км для перекрытие: трубных участков б случае аварии или ремонта, Мно™ гониточные газопроводы имеют перемычки. Вместе с линейными кранами они образуют крановые площадки (рис, 1.2. в)

- дюкер (рис. 1., 2« г) - совокупность нескольких параллельно соединенных труб, сооружаемых обычно в места!" прохождения газопровода через водные преграды и служащих для увеличения надежности, И хотя в дюкере трубы имеют меньший по сравнению о основной ниткой диаметр, суммарная площадь поперечного сечения всех труб дюкера равна или больше суммы площади основных ниток.

Совокупность основных ниток, имеющих одно общее направление

назшаш коридором» Межоридорные перемычки (рис. 1.2. д) такт являются ЛУ.

К пунктам притока - отбора относятся: газораспределительные станции, отбирающие гаг для нужд близлежащие поселков (рис, 1.2. е) и станции подземного хранения газа, работающие сезонно в реверс-.ном режима;

Пункты редуцирования служат для ограничении максимального давления и устанавливаются в местах перехода движения газа на трубы меньшего диаметра и, следовательно, меньшего рабочего давления.

Эксплуатируемые в настоящее время газопроводы сооружались из монолитных труб с абсолютной шероховатостью 30 мкм и более С 693. Перспективное применение труб диаметром 1420 мм для транспортирования газа при давлении 10-12 МПа и одновременном глубоком охлаждении предполагает использование термостойких многослойных труб с внутренним покрытием покрытием, обеспечивающим абсолютную шероховатость в пределах 10-12 мкм, что существенно-улучшает гидравлические характеристики. Большую часть эксплуатируемых газотранспортных систем составляют телескопические трубопроводы шш трубопроводы оо вставками,• диаметр которых отличается от диаметра основного трубопровода Е 59].

для очистки транспортируемого газа от механических примесей применяют масляные пылеуловители, вясциновда фильтры и сепараторы. В настоящее время на большинстве вновь вводимых ЕС очистка газа осуществляется с помощью масляных пылеуловителей.

}£Ьлодильные установки обеспечивают охлаждение газа, темпе-

гггги'. rvг--'Ttrrm fím -irr -г; V"!*!■ <? лтг y\fn --i íTf.ir« n<*4, TÍ

n,Uí'uyLil\J poorw ш^яншслwft uyfMl дэидозДи

твии изменения потенциальной энергии давления. В настоящее вре-

ж на компрессорных станциях наиболее широкое распространение получили одно- или двухконтурные системы охладания с использованием аппаратов воздушного охлаждения. Многократные исследования, проведенные институтами газовой промышленности, показали высокую эффективность охлалщения газа в ABO на газопроводах диаметром 1420 мм, а также на части газопроводов диаметром 1220 мм, трансортируемый газ охлаждается аппаратами воздушного охлаждения í 623,

На участках газопровода, приходящихся на районы о повышенной температурой воздуха, а таюш при необходимости сншкения температуры газа до температуры вечно мерзлых грунтов и поддержания ее на этом уровне в течении года, применяют комбинированные двухступенчатые системы охлаждения. Первая ступень - ABQ, а вторая - холодильные агрегаты, в качестве которых используют паровые кош-рессорные или' абсорбционные водоамшачкые холодильные машины

Г S2.ÍJT

к \JlwJ г

Таким образом, газотранспортные системы состоят из технологических объектов, различным образом воздействующих на -газовый поток. Газоперекачивающее агрегаты, входящие в состав компрессорной станции, повышают рабочее давление в газопроводе и тем самым осуществляют транспорт гага. Остальные объекты, обеспечивая движение газа к потребителям, оказывают сопротивление газовому потоку. Отдельно следует выделить ABO, который характеризуется незначительным гидравлическим сопротивлением (падение давления состав-

??гг£лт О ГИ Г\ i"V\? ü,fTT>