автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Решение режимно-технологических задач оперативного диспетчерского управления газотранспортными системами

Государственная ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени академия нефти и газа имени И.М.Губкина

РГ8 ОД

о ¡ ] • * ,' '! На правах рукописи

УДК 658.52.011.56:622.691

Кочуева Ольга Николаевна

Решение режнмно-технологических задач оперативного диспетчерского управления газотранспортными системами (для диспетчерских служб и компьютерных систем повышения квалификации)

Специальность 05.13.06 - "Автоматизированные системы управления"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1996

Работа выполнена в Государственной ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени академии нефти и газа имени И.М. Губкина

Научный руководитель • доктор технических наук, профессор Сухарев М.Г.

Официальные оппоненты - доктор технических наук

Сгавровский Е.Р. - кандидат технических наук доцент Ермолаев А.И.

Ведущее предприятие - АО Тазавтоматика"

Защита состоится 1996 г. в ^^ ч. на

заседании диссертационного совета К 053.27.10 при Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина по адресу: 117917, г. Мрсква, Ленинский проспект, 65, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной академии нефти и газа им. И.М.Губкина.

Автореферат разослан ".

1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, д

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность проблемы. Единая система газоснабжения Российской Федерации (ЕСГ РФ) по своей структуре и масштабам не имеет аналогов в мире, поскольку объединяет газодобывающие промыслы, системы дальнего транспорта газа, подземные хранилища, газоперерабатывающие комбинаты в единый иерархически управляемый производственный комплекс. Магистральный транспорт газа - наиболее фондоемкая и энергоемкая подотрасль газовой промышленности. Ключе; вым звеном в иерархической структуре управления технологическими процессами являются диспетчерские службы газотранспортных производственных предприятий. Анализ современного состояния АСУТП транспорта газа показывает, что:

- для настоящего времени характерно расширение перечня и увеличение сложности решаемых диспетчерским персоналом задач оперативного диспетчерского управления,

- процедура диспетчерского управления требует интенсивного обмена информацией между различными иерархическими уровнями, с верхних уровней на нижние передаются значения управляющих параметров*, с нижних на верхние - оперативно-технологическая информация о режиме газопередачи,

- для принятия рациональных решений необходимо применение современных компьютеризированных систем управления,

- целесообразно унифицировать программное и алгоритмическое обеспечение задач оперативно-диспетчерского управления.

Применительно к диспетчерскому управлению можно выделить два аспекта прикладных исследований. Первое из них состоит в разработке эффективных программ для решения режимно-технологических задач оперативного управления газопроводами со сложными звеньями, многониточными линейными участкам!: (ЛУ), закольцованными газотранспортными сетями (ГТС) с компрессорными станциями (КС).

Вторым направлением, которое выдвинулось в последнее время в

число приоритетных, является компьютеризация профессиональной подготовки специалистов. РАО "Газпром" осуществляет целевую программу повышения квалификации кадров с широким использованием компьютерных тренажерных систем. Разработка компьютерных тренажерных комплексов, адекватно отражающих особенности технологических процессов, приобретает все большее значение, так как стоимость обучения в реальных производственных условиях оказывается весьма высокой, а имитация тех или иных ситуаций непосредственно на действующих объектах и системах управления, как правило, невозможна.

Решение двух названных проблем является предметом исследований настоящей диссертационной работы.

Цель работы. Разработка комплекса моделей и алгоритмов решения основных режимно-технологических задач оперативно-диспетчерского управления газотранспортными системами и их реализация для применения в автоматизированных системах управления диспетчерских служб и компьютеризированных системах повышения квалификации диспетчерского персонала. ^ •

Основные задачи работы. В соответствии с целью исследования разработаны математические методы, алгоритмы и программные комплексы решения следующих основных задач:

- расчет стационарного неизотермического режима газотранспортной сети и ЛУ сетевой структуры; -

- расчет стационарного неизотермического режима ГТС с КС для:

• имитации потокораспределения по ветвям ГТС в режиме слежения (реального времени),

• оперативного планирования режима ГТС,

• календарного планирования режима ГТС,

- моделирование рациональных стационарных неизотермических режимов транспорта газа, включающее как составные части:

• расчет рационального режима газопередачи по магистральному газопроводу (МГ);

• определение максимальной производительности МГ;

• выбор рационального варианта развития МГ;

Кроме того, разработано программное и информационное обеспечение для решения указанных задач как в АСУ диспетчерских служб газотранспортных предприятий (ГТП), так и в тренажерном комплексе для диспетчерского персонала ГТП.

Научная новизна работы:

- В диссертации впервые представлена реализация алгоритма, воспроизводящего стационарный-режим течения газа в ГТС сетевой структуры с учетом модели (основанной на аппроксимации напорной, мощностной и к.п.д. характеристик газоперекачивающих агрегатов (ГПА) ) многоцеховой КС, осиленной разнотипными ГПА.

- Для решения задачи расчета оптимального режима транспорта газа по МГ разработан алгоритм, основанный на эвристическом ситуационном анализе и сочетающий математические методы решения оптимизационных задач с опытом диспетчерского управления ГТС. Одно из важных преимуществ этого алгоритма состоит в том, что на каждом этапе решения диспетчер получает технологическое обоснование выбора вычислительной процедурой дальнейшего направления поиска.

- При расчете максимальной производительности МГ впервые не только рассматривается единый гидравлический режим газопередачи по МГ, но и одновременно определяются оптимальные технологические схемы включения ГПА КС, обеспечивающие найденное значение максимальной производительности.

- Разработан новый эффективный алгоритм решения задачи выбора рационального варианта развития ЛУ и КС МГ, который основывается на сочетании методов эвристического ситуационного анализа и решении задачи расчета оптимальных режимов газопередачи по МГ.

- Разработано унифицированное программное и информационное обеспечение указанных выше задач для их реализации как в АСУ диспетчерских служб газотранспортных производственных предприятий,

так и в составе автоматизированного рабочего места (АРМ), диспетчера в тренажерном комплексе.

Практическая ценность работы. Разработанные модели и алгоритмы применяются в программном комплексе для решения режимно-технологических задач оперативного диспетчерского управления, кото- . рый используется в АО "Газавтоматика", в управлении перспективного развития РАО "Газпром", в компьютеризированной системе повышения квалификации диспетчерского персонала РАО "Газпром". Результаты диссертационной работы были использованы при подготовке ТЭО строительства газопровода Ямал - Европа ;в разделе "Обеспечение системной надежности транспорта газа и стабильности его поставок по газопроводу Ямал - Европа на участке Торжок - Белосток."

Связь с научно-исследовательской тематикой. Исследования нашли отражения в работах по теме 15-Н-94 "Разработка комплекса методического и программного обеспечения для повышения квалификации инженерного состава диспетчерских служб ГТС с использованием современных информационных технологий", УИЦ ГАНГ им. И.М.Губкина; по теме 29-95 "Разработка методики принятия рациональных решений при проектировании и реконструкции Единой системы газоснабжения с учетом надежности и безопасности ее функционирования" ГАНГ им. И.М.Губкина.

Апробация работы, Основные результаты работы д9кладывались на совместной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов ВНПО "Союзгазавтоматика" и МИНГ им.И.М.Губкина "Проблемы автоматизации в газовой промышленности" (Калининград, 1988г.), научно-техническом семинаре кафедры ПМ ГАНГ им. И.М. Губкина (ноябрь 1993 г.), Московском межвузовском семинаре . "Компьютерные технологии профессиональной подготовки" (6-7 декабря 1993 г.), ГУ Всероссийской научно-методической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (ноябрь 1994 г.), конференции молодых ученых, специалистов и сту-

дентов по проблемам газовой промышленности России (26-28 сентября 1995 г.) "Новые технологии в газовой промышленности".

Результата диссертационной работы использованы в научно-технических отчетах кафедры автоматизированных систем управления, кафедры прикладной математики и компьютерного моделирования ГАНГ им. И.М.Губкина, а так же лаборатории "Компьютерные технологии профессиональной подготовки" УИЦ ГАНГ им. И.М.Губкина.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 печатных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа содержит 154 страницы машинописного текста (основной текст изложен на 130 страницах), имеет 23 рисунка и 8 таблиц и состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 66 наименований и четырех приложений.

И. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана, актуальность работы, сформулирована тема" диссертации, определены цели исследования, дана характеристика работы по главам.

Первая глава содержит описание иерархической системы оперативного диспетчерского управления газотранспортными системами. Планирование потоков газа и диспетчерских графиков режимов работы газотранспортных систем включает значительное число различных функциональных задач, как правило, в оптимизационной постановке. При решении задачи оптимального управления для газопроводов со 'сложными звеньями, с большим числом компрессорных станций возникает немало проблем в практической реализации алгоритмов, основанных на применении различных методов математического программирования решения задач, связанных с минимизацией тех или иных критериев оптимального управления КС, МГ. Основные из них:

- применение многих классических методов оптимизации требует, чтобы целевая функция и технологические ограничения рассматри-

вались как непрерывные функции рассчитываемых управляющих воздействий (в частности степеней сжатия КС). Однако для отдельных КС на определенном диапазоне режимов может иметь место разрыв в области допустимых режимов;

- границы области допустимых режимов для каждой КС являются функциями рассчитываемых параметров газового потока на входе и выходе КС, и минимизацию критерия приходится проводить при изменяющихся от итерации к итерации ограничениях;

- формальное решение оптимизационной задачи будет, как правило, находиться на границе одного или нескольких ограничений в виде неравенств (например, на пределе мощности или границе пом-пажной зоны нагнетателей). Такие режимы не являются наилучшими с технологической точки зрения;

- необходимость привязки вычислительных процедур к конкретному объекту ГТС;

- формально оптимальный режим может оказаться нереализуемым из-за несоответствия реальных условий функционирования расчетным;

- сложность обоснования для диспетчерского персонала полученных результатов.

Необходимо отметить, что при выборе режима наряду с затратными критериями следует учитывать критерии устойчивости (надежности) и технологичности,- Учет может быть проведен путем введения обобщенного критерия, либо логических принципов и правил управления в тех или иных практических ситуациях. Критерием локальной оптимизации при выборе режима КС может служить минимум энергетических затрат при заданном с верхнего уровня значении давления нагнетания КС. При выработке управляющих воздействий следует исходить из приоритета соблюдения технологических ограничений перед критерием оптимизации. Наиболее ответственным из ограничений является граница помпажной зоны. Вблизи зоны помпажа

управление ведется в соответствии с требованиями стабильности режимов, а уже затем - поддержания уставок определяющих параметров.

Исходя из вышеизложенного, необходимо решить ряд методологических, организационных и технологических проблем для создания более универсальных и эффективных методов решения задач оптимизации режимов ГТС, которые могут быть использованы в практике оперативного планирования и диспетчерского управления.

Вторая глава содержит комплекс методов и алгоритмов, которые позволяют моделировать стационарный режим газопередачи по ГТС. Расчёт стационарного режима МГ основан на последовательном моделировании газопередачи по ЛУ и КС. Структура линейных участков различна и может меняться при управляющих воздействиях или в аварийных ситуациях. Автором разработан алгоритм автоматического расчета эквивалентных параметров в соответствии с заданной структурой линейного участка. В результате любой ЛУ может быть представлен либо одной эквивалентной трубой, либо максимально эквивалентиро-ванной сетевой структурой.

Далее во второй главе рассматривается задача расчета стационарного неизотермического режима газопередачи по газотранспортным сетям. ГТС представляется в виде графа, конфигурация которого описывается матрицей инцидентности. Во всех узлах поступления газа в систему должна быть задана температура газа. Хотя бы в одном граничном узле сети должно быть задано давление.

В алгоритме можно выделить четыре этапа расчета: - предварительный - просмотр графа сети, поиск ребер и цепочек, расчет которых может быть проведен независимо от перераспределения потоков газа в кольцах сети, расчет ребер, где известны необходимые для расчета технологические параметры. Это позволяет значительно снизить размерность системы уравнений. Пример определения • упрощенной структуры ГТС приведен на рис.1. Для газотранспортной системы типа дерева все рассчитываемые параметры определяются на

1 ЯКГ.М А i^«» ♦,„„«,# «W».

43 fcO« «7 —АЭ tQ—31 -О»-53 —<¿#——35

I«' »y ..... Ю»-ДС—0-33—O*—1

I I fci i ш i НРШ71-* Л о—*

¿¿■"^"•""ЙрЕНШЗ-* l*"""'° - säst """**

Э9 38 К*дми<1игг-Чйа«м О РГТ

I 1 г__________t tr»»

А A * у«*-»**-

I I иО 0<mn t «шмТ

| ao O* O»

--Q« IT j g—x—.O. a»~'Q> ""i • cxui] СХЦ1 i

6)

I Яхтем А Ъиоро/ «У—.И.

•9' ..... Ю»-50—Р-5Д—Q«-54 I

VHW?^^^1^ ^ • Wenie

*

Нй

10 9

¿Л0"13

¿«JC4IU

-О» 3.7 —<>—1 —<>—з —-О»--

n

Рис. 1. Полная (а) и сокращенная (б) (полученная после предварительного этапа расчета ГТС) расчетные схемы ГТС ГТП "Мострансгаз" для случая, когда задано давление в узле поступления газа от Яхромы.

этапе предварительного расчета.

- основной - расчет режима по изотермической модели, формирование и решение системы уравнений. В качестве неизвестных для системы линеаризованных уравнений введены значения приращений давления в узлах сети и неизвестные расходы. Для узлов сети формируются уравнения баланса по расходам, как функции давления на концах ЛУ, где используется разложение в ряд Тейлора с сохранением членов первого порядка малости.

<»

где Рн - давление в начале ребра, Рх - давление в конце ребра.

Составленная система уравнений решается методом обратных матриц. После того, как получены значения приращений давлений, определяются новые значения давлений для следующей итерации. Расчеты показали достаточно высокую сходимость алгоритма (2-10 итераций в зависимости от выбранных начальных приближений).

- этап уточняющего, расчета - расчет сети по неизотермической Модели газопередачи. Если в результате уточненного расчета дисбаланс по расходу в каком-либо узле превышает заданную величину, проводятся дополнительные итерации, пока не будет выполнено условие баланса расходов газа.

- заключительный - определение значений технологических параметров по ребрам, отмеченным на этапе предварительного расчета как не зависящие от перераспределения потоков газа в кольцах сети, и не рассчитанным до этого.

Наличие КС в замкнутых- контурах сети вносит дополнительные сложности в расчет гидравлического режима системы. При этом задача расчета ГТС может решаться в следующих постановках:

I. Задача расчета распределения газовых потоков по ветвям ГТС в режиме реального времени, когда кроме краевых условий заданы значения замеров давления и температуры на входе и выходе каждой

КС, схемы соединения и обороты управляемых ГПА на каждой КС.

II. Задача оперативного планирования режима ГТС, когда заданы только краевые условия, схемы и обороты ГПА КС (замеры параметров на входе и выходе КС отсутствуют). При некоторых наборах краевых условий задача может не иметь технологичного решения.

III. Задача календарного планирования режима ITC, когда заданы краевые условия, степени сжатия или давления нагнетания каждой КС, которые, в общем случае, могут определяться при решении задачи расчета оптимального режима работы КС.

В любом случае:

1) КС являются активными объектами, на которых происходит разрыв функций давления, расхода и температуры газового потока, причем величина разрыва зависит как от входных параметров, так и от режимов ГПА КС.

2) На режим компрессорной станции накладываются жесткие технологические ограничения, следовательно, поиск решений должен осуществляться при.наложении системы ограничений типа равенств и неравенств.

3) Поиск решений должен осуществляться внутри области допустимых режимов (ОДР) ГПА КС, границы которой являются функцией параметров газового потока на входе КС, которые должны быть определены в результате расчета.

4) Для КС, оснащенных ГПА с газотурбинным приводом, следует учитывать потребление газа на собственные нужды, которое является функцией входных параметров потока и оборотов ГПА. Таким образом, возникают дополнительные проблемы при составлении уравнений баланса гг.за в. узлах сети.

5) При построении итеративных вычислительных процедур начальные приближения расчетных параметров или значения, полученные на очередной итерации могут не соответствовать ОДР тех или иных КС. В этом случае невозможно формирование системы уравне

ний на основе градиентных методов.

Решение задачи в любой постановке предлагается проводить при разбиении сети на два класса объектов: лучевые газопроводы с КС и подсети без КС.

Для первой задачи при проведении расчета расхода по значениям давления на входе и выходе КС или ЛУ для одной цепочки ребер могут быть получены разные значения расхода из-за неадекватности моделей отдельных КС или ЛУ реальным условиям. Поскольку сбор статистических данных для адаптации моделей часто затруднен, необходимо получить такое распределение расхода газа по ветвям ГТС, при котором рассогласование расчетных Ру и замерных значений давления Рц на входах и выходах КС было бы минимальным. То есть имеется стандартная задача с критерием минимума квадратичных невязок.

ГП} - число КС на лучевом газопроводе,

]=!,..„к, где к - число рассматриваемых лучевых газопроводов.

Давления Ру на 1+1-ой итерации представляются как линейная составляющая разложения в ряд Тейлора.

Поскольку давление и расход связаны либо системой дифференциальных уравнений (для линейного участка), либо системой алгебраических уравнений (для компрессорной станции), производные определяются численно. Таким образом, функционал (2) примет вид

' (3)

Из условия равенства нулю производной функции ^ в точке экстремума определяется значение приращения расхода Д<3|+ .

Сложности возникают в ситуациях, когда для значений начальных приближений расходов нет технологичного режима какой-либо

КС. Разработан алгоритм поиска начального приближения расхода по лучевому газопроводу с КС. Алгоритм расчета КС построен таким образом, что в первую очередь производится проверка выполнения технологических ограничений. В случае нарушений проводится анализ и определяется стратегия изменения значений входных параметров газового потока. Разработанный алгоритм может быть использован при расчете режима МГ, в сосгав которого входят сложные звенья, такие • как нитка на проход без перетоков на КС, работа цехов КС при совместных входах - раздельных выходах, работа цехов КС с разделенного всасывающего и на разделенный нагнетательный коллекторы и др. ,

Итак, на первом этапе будут определены начальные приближения значений расходов по всем лучевым газопроводам и значения давления и расходов для граничных узлов выделенных подсетей без КС. Для них на втором этапе определяется распределение расходов по всем ребрам по описанному выше алгоритму.

Алгоритм расчета режима ITC с КС для задач оперативного планирования (вторая постановка задачи) так же включает в себя два . этапа. На первом определяются начальные приближения давлений в узлах, связывающих выделенные подсети и лучевые газопроводы, так чтобы параметры каждой КС находились в ОДР. На втором этапе формируется система уравнений, исходя из уравнений баланса газа в узлах сети, и дальнейшее решение задачи аналогично рассмотренному выше. Если значения рассчитываемых параметров на очередной итерации выйдут за пределы ОДР, то они устанавливаются равными граничным значениям ОДР с.некоторыми отступлениями. Причем, если на последующих итерациях ситуация будет повторяться и суммарный дисбаланс в узлах будет расти, следует сделать вывод, что технологичного режима ГТС при заданных краевых условиях нет.

Рассмотрим алгоритм решения задачи в третьей постановке. На предварительном этапе рассчитываются цепочки ребер, где известны необходимые для расчета технологические параметры. На этапе основ-

ного расчета расход газа через каждую КС на любой итерации будет определяться по значениям давления на входе Рвс и выходе Рнаг КС, предварительно осуществляется проверка, принадлежат ли значения Р„с и Рнаг ОДР по давлению данной КС. Если на какой-либо итерации это условие не выполняется, проводится корректировка этих значений. Сначала проверяется возможно ли изменяя Рнаг (если на данной КС

ч

задана степень сжатия) попасть в ОДР. Если такое значение Рнаг найдено, оно фиксируется для данного узла. Расход по смежным ребрам при этом должен быть пересчитан с учетом нового значения давления в этом узле. Если изменение Ршг не приводит в ОДР (или для данной КС задано Рнаг), Рвс следует увеличивать (или уменьшать, в зависимости от того, какого вида нарушение диагностируется) с шагом ДР. Значение РЕС, находящееся в ОДР, фиксируется и аналогично производится пересчет расхода по ребрам, смежным входному узлу КС.

На этапе уточняющего расчета, когда дисбаланс по расходу газа для всех узлов се'ти не будет превышать заданного значения 8, проводится расчет КС с проверкой выполнения всего комплекса технологических ограничений. Если имеет место нарушение какого-либо ограничения, делается вывод о невозможности обеспечения заданных параметров газового потока в граничных узлах сети. После определения технологичного режима всех КС, расчет завершается.

Работоспособность описанных алгоритмов проверялась на примере ГТС "Московское кольцо" (Рис. 2-3)

В третьей*главе рассматриваются задачи, основанные, на определении рациональных режимов транспорта газа.

Пусть имеется газопровод в состав которого входят многониточные ЛУ и КС. На режим каждого ГПА накладываются ограничения [4]. Параметры (<5тах, Рт;„. п,™,, пт„) являются нормативными параметрами в соответствии с типами нагнетателей и приводов ГПА. Параметры со звездочкой являются уставками (задаются диспетчером).

Рис. 3. Расчетная схема ГТС с КС ГТП "Мострансгаз" (часть 2). Давление задано в узле 22.

¡Qmax- Qbcj BCj - QrainJ йтах - üi "I ~ "min к - к*

k* -k.

> 0 ■ (4)

где i • номер ГПА, QBC. - объемный расход газа через ГПА, п -относительные обороты (для управляемых ГПА), куД;- коэффициент удаленности от зоны помпажа, к31Ч- коэффициент загрузки агрегата.

На входе МГ заданы параметры газового потока (PBX,QSX,TBX) и на выходе задано требуемое давление Р8ЫХ. Требуется определить технологическую схему соединения ГПА и обороты управляемых агрегатов,.которые обеспечивают рациональный режим газопередачи по критерию минимума затрат (энергетических или стоимостных) на ком-примирование газа.

Для решения задачи предлагается двухшаговая процедура. На первом шаге при минимизации обобщенных оценок по КС энергетических (стоимостных) затрат определяются технологически допустимые степени сжатия и схемы соединения ГПА для каждой КС, на втором -оптимальные обороты управляемых ГПА. Практический опыт эксплуатации ГТС и многочисленные расчеты и исследования различных авторов показали, что наименьшие затраты энергии, наибольшая загрузка агрегатов достигаются при поддержании максимально. возможных давлений нагнетания на головных КС.

Алгоритм определения рациональных значений степеней сжатия КС основан на том, что на каждом шаге процедуры поиска определяется значение степени сжатия только одной КС (она называется текущей в описании алгоритма). При этом степени сжатия остальных КС задаются постоянными. При изменении степени сжатия на текущей КС происходит перерасчет режимов только ^о^едующих по ходу трассы МГ компрессорных станций при новых значениях параметров газа на

их входе. Начальное значение степени сжатия текущей и всех последующих КС задается равным минимальному значению £ = £„,¡„=1,05. Для этого значения определяется, существует ли технологичная схема для текущей КС, которая может обеспечить заданную степень сжатия. ""Если технологичная схема не'найдена, степень сжатия текущей КС получает приращение де. В начале расчета текущей задается первая КС. После того, как структура текущей КС будет определена, прово: дится расчет последующих ЛУ и КС.

На входе каждой КС проверяются ограничения

и =

Рве - Рвс щ-т Рн агтм ~ Р1С ' £тш Ртахк с ~ Фас Фвс — Фттк с

, и к 0 (5)

Если происходит нарушение какого-либо ограничения проводится анализ ситуаций, схема которого приведена на рис.4.

На втором этапе для каждой КС рассчитываются обороты ГПА так, чтобы минимизировать энерго-стоимостные затраты на комприми-рование газа и обеспечить давление нагнетания, значение которого было определено на первом этапе.

Следующая задача, которая рассматривается в третьей главе, состоит в определении максимальной производительности газопровода (расхода газа на входе МГ), при которой

- соблюдались бы все технологические ограничения на КС:

Рвс; £ Рш)п;

РнаГ( £ Рта^ (6)

^ етах -

- схема и режимы работы ГПА КС удовлетворяли технологическим ограничениям для каждого ГПА;

- обеспечивалось заданное^ давление на выходе МГ при известных значениях давления и температуры газа на входе МГ.

Диагностировано нарушение какого-либо технологического ограничения

л

Не найдена технологичная схема соединения ГПА на текущей КС для еь

Текущей становится следующая КС '-"Ь-И С|=ет,п

згр

На выходе МГ РвыхР4С,<РвыхТ">ев

На Рвс<1 КС Раст1п

Увеличить 6 на текущей КС: би=еь+ Де

-На I КС Рве -8.

ш1п>Рвст|п

На \ КС не найдена технологичная схема соединения ГПА при е,

На выходе МГ РвыхР'^РВЫХ"*5

Уменьшить е на КС, предшествующей текущей: еы=е ,- Ае

Увеличить е на I КС : е=е,+ Де

Продолжение расчета

Рис.4. Анализ ситуаций в ходе расчета рационального режима МГ

Решение этой задачи может быть проведено двумя способами:

- первый (экспресс-метод) предусматривает учет только технологических ограничений (6) без проверки наличия схемы ГПА КС. В этом случае^ нет гарантии, что найденная производительность будет обеспечена всеми КС;

- второй метод предусматривает поиск гарантированно реализуемого технологического режима/

В первом случае, начиная с некоторого приближенного значения величины производительности С?ЕХ, проводится гидравлический расчет МГ, причем степени сжатия КС либо задаются равными максимальным, либо поддерживается максимальное давление нагнетания Ркаг,. Если при расчете происходит нарушение технологических ограничений, значение производительности С}вх фиксируется как недопустимое <3„=<3ВХ, после чего снижается на некоторую величину; и расчет, проводится снова, пока не будет найдено допустимое значение производительности 0Д= и определен интервал [<3Д, <3Н], в котором для определения максимальной производительности может использоваться один из методов последовательного поиска.

На втором этапе (для постановки задачи с учетом требования наличия технологичных схем ГПА всех КС) процедура расчёта повторяется, но при каждом новом вычисляемом значении производительности <3ВХ решается задача поиска рационального режима газопередачи по МГ. Таким образом, при найденной производительности (2ВХ все КС газопровода будут работать в технологичном рациональном режиме.

Далее в третьей главе рассматривается решение задачи выбора рационального варианта развития ЛУ и КС, обеспечивающего заданную производительность МГ. Для МГ заданы технологические параметры газового потока на входе (Рвх,С)в),,Твх). Для каждого ЛУ определено максимальное число н диаметр проектируемых ниток, расположение перемычек. Для КС задано, максимальное число цехов, которые могут быть введены в действие, характеристики оборудования для этих

цехов. Заданы параметры для расчета объемов капитальных вложений при вводе в действие проектируемых ниток ЛУ и ГПА на КС.

Проектируемые нитки или цеха КС далее 'будем называть кандидатами на развитие. Задача состоит в том, чтобы выбрать из имеющихся в проекте кандидатов на развитие необходимое число элементов, стоимость ввода в действие которых будет минимальной при обеспечении требуемого давления на выходе МГ Р,ых и выполнении технологи- , ческих ограничений на всех КС. Задача развития поставлена таким образом, чтобы не только определить элементы развития объектов МГ, но и обеспечить технологически рациональный режим газопередачи по МГ при требуемой производительности.

• Алгоритм решения задачи расчета оптимального варианта развития МГ основан на сочетании методов эвристического ситуационного анализа и решении задачи расчета рациональных режимов газопередачи по МГ. Решение задачи предлагается проводить в два этапа. На первом этапе определяется минимально достаточная конфигурация линейных участков в предположении, что все КС работают либо при максимальных степенях сжатия, либо при максимальных давлениях нагнетания. В ходе последовательного гидравлического расчета МГ для каждой КС проверяется ограничение на Рвс. Если оно не выполняется, необходимо подключение дополнительных ниток на ЛУ. Поскольку нет смысла поднимать давление перед КС, на выходе которых достигнуто максимально допустимое давление, включение дополнительной нитки производится на ЛУ, следующем за ближайшей к рассчитываемой КС, на которой достигнуто максимально возможное Рнаг. Это позволяет поднять давление на всех следующих за ней станциях. Если возможности развития на указанном ЛУ исчерпаны, вводятся в действие нитки на последующих ЛУ вплоть до того, за которым было нарушено условие Рвс> Рт;п. Если все проектируемые нитки на данных участках включены, а это условие все равно не выполняется, делается вывод о

I

невозможности обеспечить требуемую пропускную способность преду-

смотренными проектом средствами. По описанной схеме расчет проводится до конца газопровода. Если расчетное давление на выходе не меньше заданного, переходим ко второму этапу процедуры.

В ходе второго этапа будет определено число цехов и схема обвязки ГПА на КС с учетом ввода в действие нового оборудования и скорректирована конфигурация линейной части газопровода при определении технологичного режима газопередачи по МГ. В ситуации, когда все нитки на ЛУ введены в действие, а цель не достигнута, рассматривается возможность ввода дополнительных цехов для увеличения степени сжатия на КС, где Риаг меньше максимально допустимого.

Далее в третьей главе рассматривается применение разработанных моделей и алгоритмов в составе автоматизированного рабочего места (АРМ) в тренажерном комплексе диспетчера газотранспортного предприятия. Имитационный комплекс тренажера представляет собой многоуровневую систему взаимосвязанных модулей, куда входят газодинамические модели основных технологических объектов ГТС; модели стационарных и нестационарных газовых .потоков по лучевым газопроводам и по ГТС в целом; модуль - пакет задач для стационарного режима газопередачи "АРМ диспетчера"; модуль задач управления динамическими процессами в ГТС. Диспетчеру на тренажере предоставляется возможность не только наблюдать за тем, как развивается процесс газопередачи, оперативно вмешиваться в этот процесс и анализировать последствия, но и получать с помощью программных средств тренажера (АРДОа диспетчера) в советующем режиме решения целого ряда задач оптимального управления ГТС. Для преподавателя при формировании учебно-тренировочных задач подсистема АРМ предоставляет большие возможности для решения разнообразных задач, поиска эталонных решений. В тренажере, как и в реальной системе управления используется единая информационная база, которая объединяет все необходимые данные при унифицированном способе их подготовки и доступа к ним.

III. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.

1. Апробация на многочисленных примерах реальных ГТС показала эффективность разработанного нового алгоритма гидравлического расчета стационарного неизотермического режима ГТС древовидной, закольцованной и комбинированной структуры, с сетевыми линейными участками.

2. В диссертационной работе показано, что для решения каждой из следующих задач: -

• расчета распределения газовых потоков по ветвям ГТС для слежения за текущим режимом,

- оперативного планирования режима ГТС, ,

" • календарного планирования режима ГТС,

требуется применение специальных модификаций базового алгоритма гидравлического расчета режимов ГТС.

3. Для решения задачи расчета оптимального режима транспорта газа по МГ эффективными являются логические и вычислительные процедуры, основанные на эвристическом ситуационном анализе, который сочетает математические методы решения оптимизационных задач и опыт управления диспетчерских служб ГТС.

4. В работе впервые нашло практическое подтверждение то, что при решении задачи расчета максимальной производительности МГ необходимо рассматривать не только единый гидравлический режим

газопередачи по МГ, но и одновременно решать задачу расчета опти-« *

мальных технологических схем и оборотов ГПА КС, обеспечивающих найденное значение максимальной производительности.

. 5. Для решения задачи выбора рационального варианта развития МГ предложен новый'подход, позволяющий значительно упростить процедуру поиска посредством сочетания методов, используемых в экспертных системах, с решением задачи оптимизации режимов газопередачи по МГ;

6. Разработанное программное и информационное обеспечение для решения указанных задач унифицировано как для АСУ диспетчерских служб газотранспортных производственных предприятий, так и для тренажерного комплекса диспетчерского персонала ГТП. Это позволяет максимально приблизить'знания и навыки, получаемые в ходе занятий диспетчера на тренажере, к его практической деятельности с использованием АРМ.

7. Разработана составная часть тренажера исследовательского типа для диспетчерского персонала - АРМ диспетчера, - что обеспечивает получение в советующем режиме решение основных режимно-технологических задач оперативного диспетчерского управления.

Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в работах:

1. Кочуева О.Н., Митичкин С.К., Сарданашвили С А. Компьютерный тренажерный комплекс обучения диспетчерского персонала газотранспортных производственных объединений. М.ВНИИОЭНГ Научно-технический журнал Нефтяная и газовая промышленность. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. N:2.1994 г. с. 12-16

2. Кочуева О.Н., Митичкин С.К., Сарданашвили С.А. Метод эвристического ситуационного анализа в алгоритмах решения задач диспетчерского управления для газотранспортного предприятия. М.ВНИИОЭНГ Научно-технический журнал Нефтяная и газовая промышленность. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. N:3.1994 г. стр.20-29

3. Сарданашвили С.А., Митичкин С.К., Кочуева О.Н. Решение задач оперативного диспетчерского управления нестационарными режимами транспорта газа по магистральным газопроводам. Тезисы докладов международной конференции "Математическое моделирование процессов обработки материалов" 17-19 ноября 1994 г. г.Пермь

4. Кочуева О.Н., Митичкин С.К., Сарданашвили С.А. Эвристические

алгоритмы расчета экономичных режимов магистрального газопровода в диспетчерском управлении. Экономика, организация и управление производством в газовой промышленности. РАО "Газпром" N¡4-5 1993 г. с. 16-27

5. Кочуева О.Н., Митичкин С.К., Сарданашвили С.А. Методы решения режимно-технологических задач оперативного диспетчерского управления газотранспортными системами для подготовки специалистов. Те-

5

зисы доклада 4-й Всероссийской научно-методической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" Москва, ГАНГ им.И.М.Губкина, 1994 г. стр.120-121

6. Сарданашвили С.А., Кочуева О.Н., Митичкин С.К. Тренажерный комплекс режимно-технологических задач оперативного диспетчерского управления газотранспортными системами для подготовки специалистов. М.ВНИИОЭНГ Научно-технический журнал Нефтяная и газовая промышленность. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. N 6 1995, с. 16-19

7. Кочуева О.Н. Методы гидравлического расчета закольцованных трубопроводных систем в задачах оперативного диспетчерского управления для подготовки специалистов. М.ВНИИОЭНГ Научно-технический журнал Нефтяная и газовая промышленность. Автоматизация, телемеханизация и связь в нефтяной промышленности. N 6, 1995 с. 20 - 23

8. Кочуева О.Н. Компьютерный тренажерный комплекс повышения квалификации диспетчерского персонала газотранспортных производственных объединений. Тезисы доклада конференции молодых ученых, специалистов и студентов по проблемам газовой промышленности России 26-28 сентября 1995 г. "Новые технологии в газовой промышленности" Москва, ГАНГ им.И.М.Губкина, 1995 г. стр. 255 - 256

Тираж 60

Типография издательства. "Нефть ч газ"