Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах

У роботі розглянуто систему транспортування газу, її основні технологічні об’єкти, граф-схеми з технологічних об’єктів, математичну модель газових потоків та основні технологічні обмеження. Наведені критерії оптимізації та принципи оптимального керування газопотоками в умовах відсутності або нечітко...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2010
1. Verfasser:	Притула, М.
Format:	Artikel
Sprache:	Ukrainian
Veröffentlicht:	Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України 2010
Schriftenreihe:	Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22474
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах / М. Притула // Фіз.-мат. моделювання та інформ. технології. — 2010. — Вип. 12. — С. 134-143. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-22474
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-224742025-02-09T13:57:18Z Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах Calculation of management parameters by gas streams in pipeline systems Расчет параметров управления потоками газа в магистральных системах Притула, М. У роботі розглянуто систему транспортування газу, її основні технологічні об’єкти, граф-схеми з технологічних об’єктів, математичну модель газових потоків та основні технологічні обмеження. Наведені критерії оптимізації та принципи оптимального керування газопотоками в умовах відсутності або нечіткого прогнозу вхідних даних. Сформульовано задачу оптимального керування газопотоками. Охарактеризовано основні підсистеми системи формування параметрів керування. Запропоновано алгоритм формування параметрів оптимального керування. A system of gas transport, its basic technological objects, flow graphs from technological objects, mathematical model of gas streams and the basic technological restrictions are considered. Criteria of optimization and optimum control principles of gas streams in the conditions when input data are absent or non-clearly predicted, are presented. The problem of optimum control of gas streams is formulated. The basic sub-systems of the system of control parameters formation are characterised. The algorithm of optimum control parameters formation is proposed. В работе рассмотрена система транспорта газа, ее основные технологические объекты, граф-схемы из технологических объектов, математическую модель газовых потоков и основные технологические ограничения. Приведены критерии оптимизации и принципы оптимального управления газопотоками в условиях отсутствия или нечеткого прогноза входных данных. Сформулировано задачу оптимального управления газопотоками. Охарактеризованы основные подсистемы системы формирования параметров управления. Предложен алгоритм формирования параметров оптимального управления. 2010 Article Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах / М. Притула // Фіз.-мат. моделювання та інформ. технології. — 2010. — Вип. 12. — С. 134-143. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 1816-1545 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22474 622.691.4 uk Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології application/pdf Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
description	У роботі розглянуто систему транспортування газу, її основні технологічні об’єкти, граф-схеми з технологічних об’єктів, математичну модель газових потоків та основні технологічні обмеження. Наведені критерії оптимізації та принципи оптимального керування газопотоками в умовах відсутності або нечіткого прогнозу вхідних даних. Сформульовано задачу оптимального керування газопотоками. Охарактеризовано основні підсистеми системи формування параметрів керування. Запропоновано алгоритм формування параметрів оптимального керування.
format	Article
author	Притула, М.
spellingShingle	Притула, М. Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології
author_facet	Притула, М.
author_sort	Притула, М.
title	Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах
title_short	Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах
title_full	Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах
title_fullStr	Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах
title_full_unstemmed	Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах
title_sort	розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах
publisher	Центр математичного моделювання Інституту прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України
publishDate	2010
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/22474
citation_txt	Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах / М. Притула // Фіз.-мат. моделювання та інформ. технології. — 2010. — Вип. 12. — С. 134-143. — Бібліогр.: 12 назв. — укр.
series	Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології
work_keys_str_mv	AT pritulam rozrahunokparametrívkeruvannâpotokamigazuvmagístralʹnihsistemah AT pritulam calculationofmanagementparametersbygasstreamsinpipelinesystems AT pritulam rasčetparametrovupravleniâpotokamigazavmagistralʹnyhsistemah
first_indexed	2025-11-26T13:47:39Z
last_indexed	2025-11-26T13:47:39Z
_version_	1849860934803128320
fulltext	134 Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах Мирослав Притула К. ф.-м. н., Центр математичного моделювання ІППММ ім. Я. С. Підстригача НАН України, вул. Дж. Дудаєва, 15, Львів, Україна, 79005, e-mail: prytula@cmm.lviv.ua У роботі розглянуто систему транспортування газу, її основні технологічні об’єкти, граф- схеми з технологічних об’єктів, математичну модель газових потоків та основні техноло- гічні обмеження. Наведені критерії оптимізації та принципи оптимального керування газопотоками в умовах відсутності або нечіткого прогнозу вхідних даних. Сформульовано задачу оптимального керування газопотоками. Охарактеризовано основні підсистеми сис- теми формування параметрів керування. Запропоновано алгоритм формування параметрів оптимального керування. Ключові слова: газотранспортна система, технологічна схема, газодина- мічні процеси, критерії оптимального керування. оптимальне керування. Вступ. Досі актуальною є проблема оптимізації нестаціонарних режимів функціо- нування газотранспортних систем (ГТС). Це пов’язано зі складністю ГТС, в яку входять десятки тисяч об’єктів, нелінійністю газодинамічних процесів, які розвива- ються на значних просторових і часових вимірах, слабкою прогнозованістю вхід- них параметрів, суттєвим впливом зовнішніх чинників і недостатнім метрологіч- ним забезпеченням. Із згаданою проблемою тісно пов’язані задачі оперативного оптимального керування газопотоками в ГТС. Слід відзначити, що в напрямку керу- вання нелінійними газодинамічними процесами в складних системах із нечітким прогнозом зроблені перші кроки [1-3]. В умовах нечіткості прогнозування вхід- них даних слід розробити певні принципи керування потоками газу — принципи оптимального керування. В реальних умовах область зміни параметрів керування, які задовольняють технологічним обмеженням, є значна [4-12]. В умовах нечіт- кого прогнозу вибрати з множини параметрів керування оптимальне щодо зада- ного критерію якості керування в більшості випадків є проблематично. Часто буває достатнім, якщо вдається визначити тільки межі зміни таких параметрів. Зміна параметрів керування, в основному, пов’язується з оперативним станом системи, використанням критеріїв оптимізації та принципів оптимального керу- вання і не вимагає їх точного виконання в повному обсязі. Магістральний газопровід (МГ) — послідовне чергування (лінійне без роз- галужень) лінійних ділянок і компресорних станцій (КС). До лінійних МГ відне- семо одно- чи багатониткові МГ з однаковим номінальним тиском. Між нитками можливі перемички з системою кранів. Зазвичай, КС на багатониткових МГ є багатоцехові. Існує можливість їх підключення на самостійні нитки. Система УДК 622.691.4 ISSN 1816-1545 Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології 2010, вип. 12, 134-143 135 магістральних газопроводів — система декількох газопроводів, які часто можуть працювати на різних номінальних тисках. Вони з’єднані міжсистемними пере- мичками: або системою кранів редукування чи байпасування, або регуляторами тиску (редуктори) чи витрати (моквелди). Входи/виходи газових потоків системи МГ можуть бути спільні. Газотранспортна система — система МГ, яка включає також розгалуження систем магістральних газопроводів. У ГТС виділимо об’єкти керування, які назвемо системними: КС, які є входами/виходами МГ; регулюючу арматуру (крани редукування, байпасування, регулятори тиску та витрати); входи/виходи з регульованими витратами (підземні газосховища). Будемо вважати, що відбирання газу споживачами в межах країни не є кероване. Відбирання газу споживачами, які знаходяться за межами країни, конт- ролюються контрактними умовами. Газ до споживачів потрапляє через газорозпо- дільні станції, які його редукують до заданого тиску. Підземні сховища працюють у сезонному ритмі — сезон закачування (травень-жовтень) і сезон відбору (листопад-квітень). 1. Математична модель газотранспортної системи Існуюча система видобутку, транспортування, зберігання та розподілу газу об’єднує набір технологічних об’єктів, технічних засобів, систем автоматики з внутрішніми та зовнішніми зв’язками в єдине ціле. Усі технологічні об’єкти умовно поділимо на два класи. До першого класу належать об’єкти, які не мають математичної моделі газового потоку. Їх назвемо інформаційними або розрахун- ковими. До розрахункових, насамперед, віднесемо газовий потік, який характе- ризується компонентним складом, густиною, витратою, тиском, температурою, швидкістю потоку. Інші розрахункові об’єкти — джерела, споживачі, у деяких випадках локальні втрати напору газового потоку. До основних об’єктів, які мають модель технологічного процесу, належать: трубопровід, газоперекачуючий агрегат (ГПА), група ГПА, апарати повітряного охолодження газу, очищення й осушування газу, регулююча арматура за тиском і витратою. Перелічені об’єкти мають початок і кінець, або вхід і вихід. Модель об’єкта дозволяє зв’язати параметри газового потоку на його входах і виходах. Математична модель ГТС формується на основі математичної моделі струк- тури ГТС, моделей газових потоків у технологічних об’єктах, умов Кірхгофа. Математичною моделлю структури ГТС є частково орієнтований без петель, не обов’язково зв’язний граф G = (V, E), який складається із скінченної кількості вер- шин V і ребер E. Кожне ребро визначається парою вершин. Для позначення вершин графа будемо використовувати символи 1 2, ,..., n   , а для позначення ребер — їх пари  ,i j  . Ребра з однаковими вершинами називають паралельними. Якщо вершини i і j з’єднані лише одним ребром, то це ребро будемо позначати (i, j). Множина V є об’єднання множин вершин V1, V2, V3, які називають вхідними, вихідними та внутрішніми відповідно. Внутрішні вершини графа — місця з’єднання трубопроводів і різнотипних об’єктів, поворотів, відгалужень. Вершини V1 і V2 є Мирослав Притула Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах 136 відповідно притоки та відбори газу. Решта об’єктів, які характеризуються про- тяжністю, називають ребрами (трубопроводи, КС, запірна та регулююча арматури, апарати повітряного охолодження, сепаратори тощо). Граф G = (V, E) технологічної схеми ГТС подамо як об’єднання незв’язних підграфів  ,i i iG V E , які покривають повністю граф G = (V, E), за винятком ребер типу КС і за умови, що в кожного з них хоча б один вхід чи вихід є вершина входу чи виходу деякої КС. Кожен із таких підграфів назвемо керованим. Означимо операції над графами, які необхідні для побудови математичної моделі ГТС. В об’єднання множин, один і той же об’єкт, незалежно від його типу, входить тільки один раз. Об’єднанням графів G1 і G2  1 2G G є граф G3 =  1 2 1 2,V V E E   . Перетином графів G1 і G2 (G1G2) є граф  3 1 2 1 2,G V V E E   . Пара вершин i і j у графі G замикається (ототожнюється), якщо ця пара замі- няється новою вершиною, такою що всі ребра, інцидентні i і j у графі G, стають інцидентними новій вершині. Під стягуванням у графі G будемо розуміти операцію викидання ребра  ,i j  і ототожнення вершин i і j . Граф G є стягуваний до графа H, якщо H можна одержати з G послідовністю стягувань. Основна умова стягування й ототожнення — після розрахунку параметрів газо- потоків у графі H можна, із заданою точністю, відновити параметри газопотоків у графі G. Вважаємо, що кожен об’єкт типу вершина чи ребро в ГТС мають унікальні номери, які не змінюються у разі перетворення графа G. Вихідна технологічна граф- схема G є єдина. Якщо існує інша технологічна граф-схема ГТС, то вона ізо- морфна або отримана з G із застосуванням операцій стягувань. Такі операції необ- хідні, насамперед, для зменшення розмірності систем рівнянь, які описують газо- динамічні процеси в ГТС, та забезпечення кращої збіжності методу їх розв’язування. Моделі основних технологічних об’єктів. Моделі газових потоків у техно- логічних об’єктах включають параметри таких типів: режимні, стану та керування. 1. Модель газового потоку в трубопроводі 1( , , , , , , , , ) 0ij TP T q A K x t    , [0, ]x L , ( , )i j M . 1.1. Обмеження: min max( ) ( ) ( )P x P x P x  ; 0 maxT T . 1.2. Параметри стану: ( ), ( )Tx K x — коефіцієнт гідравлічного опору та коефі- цієнт теплопередачі від труби до зовнішнього середовища відповідно. 2. Модель газового потоку, який проходить через компресорну станцію  1 2, , , , ,j ij i iP q T P A G n  ,  2 3, , , ,j i i jT T P P A   ,  3 4, , ,i j j sQ P T A K   , ( , )i j L . 2.1. Обмеження: min maxijq q q  , min maxn n n  , maxjT T , maxN N . ISSN 1816-1545 Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології 2010, вип. 12, 134-143 137 2.2. Параметри стану: , sK — політропічний коефіцієнт корисної дії стиску газу відцентрового нагнітача та коефіцієнт технічного стану приводу ГПА. 2.3. Параметри керування: витрата ijq , оберти відцентрового нагнітача n, темпе- ратура на виході КС Tj, технологічна схема КС (схема з’єднання ГПА). Умови на параметри потоків. Для вершин, степінь яких більший від оди- ниці, повинні виконуватися балансові співвідношення: рівняння балансу масової витрати для j-ої вершини графа 0ij jk i k m m   , j V ; рівняння балансу тепла для j-ої вершини графа 0j jk ij i k i T q q T   , j V ; рівняння стану для суміші газу ( ) ( , )k i i j k jk k i j k P V x PV x x F T     , ( , )PV Rf T  , де  1,4iA i  — набори відповідних коефіцієнтів, характеристик, обмежень тощо,  1,3i i  — деякі функції, вибір яких залежить від моделі газового потоку для заданого об’єкту, q — витрата газу, ( , )P T   — густина газу, M, L — множини ребер у граф-схемі ГТС, iQ — затрати паливного газу, ix — мольні частки ком- понент газу, Fik — функція взаємодії компонент газу. 2. Формулювання задачі Розглянемо розрахункову схему ГТС, яка однозначно задається графом її техно- логічної схеми ( , )G V E , характеристиками технологічних об’єктів, обмеженнями ijs S на газові потоки в об’єктах ( , )i j E типу ребро; параметрами стану газу      3 1, , , , ,i i j j j jP T i V Q P T j V   і   2,k kQ P k V у вершинах технологічної схеми ГТС. Прогнозний режим на часовому інтервалі часу [0, t] задається: значеннями тисків в окремих вершинах   1,2,...,iP i n або інтервалами їх зміни; плановими змінами станів (закрито–відкрито) кранів; зміною параметрів потоків газу на вхо- дах і виходах ГТС; технологічними обмеженнями на параметри газових потоків і параметрами керування; складом контрольованих параметрів; переліком дозво- лених керувань uijU; часовими параметрами керування (середній час виходу ГПА в стаціонарний режим; час необхідний на відкриття чи закриття керованих і некерованих кранів); обмеженнями на швидкість зміни параметрів газових пото- ків; ціллю керування. Мирослав Притула Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах 138 Компонентами  , ,ij p k iju t t A вектора керування u є: зміна стану запірної та регулюючої арматури та (або) продуктивності КС. Тут tp — початок керування, tk — завершення керування, Aij — параметри керування. Режим ( , , )s sR u s t R  роботи ГТС на час t визначається: графом її техноло- гічної схеми ( , )G V E , зосередженими параметрами  ,i iP T i V , розподіленими пара- метрами , , ,ij ij ij ijq p T  для всіх ( , )i j E та режимами роботи КС. Усі режимні параметри роботи ГТС повинні знаходитися в технологічно допустимих межах. Задача 1. На інтервалі часу [0, t] знайти такий вектор керування    , , ,ij n k iju u t t A t U , для якого виконується ( , , )s sR u s t R  і який мінімізує критерій оптимальності 0 ( ) T W W t dt  , де ( ) ( , , )E t f u s t  — затрати енергії на режим у кожен момент часу t. Основною задачею керування є: мінімізація величини W за умов забезпе- чення технологічних обмежень, виконання контрактних умов і забезпечення заданої надійності роботи об’єктів і системи загалом. Сформулюємо задачу для МГ з n КС. Вхід/вихід такої системи характери- зується параметрами  0 0 0, , ,P T q t та  2 1 2 1 2 1, , ,n n nP T q t   відповідно. Параметри на вході КС і вектор керування однозначно визначають параметри на виході КС і паливно-енергетичні затрати qp. Так для і-ої КС маємо  2 1 2 1 2 2 2 2, , ,i i i i iP P P T q u    ,  2 1 2 1 2 2 2 2 2 1, , ,i i i i i iT T T P P u     та  2 2 2 2, , ,pi i i i i iq P T q u   . Адитивна функція цілі для МГ буде мати вигляд  2 2 2 2 0 , , , n i i i i i i P T q u      , де 1i i piq q q  . Задача 2. Для відомих умов на входах/виходах МГ  0 0 0, , ,P T q t і  2 1 2 1, ,n nP q t  знайти такі керування 1 2, ,..., nu u u   , щоб функція цілі Ф досягала свого мінімального значення, за умови, що всі вхідні та вихідні тиски знаходяться в заданих межах. Задача 3. Для відомого розподілу тисків 0 2 2 2 2 1, ,..., ,n nP P P P  знайти таке керування 1 2, ,..., nu u u   , щоб функція цілі Ф досягала мінімального значення. Задача 4. Для заданого сумарного об’єму акумульованого в трубах газу знайти такий розподіл тиску 0 2 2 2 2 1, ,..., ,n nP P P P  і керування 1 2, ,..., nu u u   , щоб функція цілі Ф досягала мінімального значення. Розглянемо множину системних об’єктів керування. Кожна j-та КС, яка нале- жить цій множині, розподіляє вхідний потік із параметрами  , ,j j jq P T між МГ з пара- метрами  , , , 1,js js jsq P T s m , де 1 m j js pj s q q q    , pjq — витрата паливного газу. ISSN 1816-1545 Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології 2010, вип. 12, 134-143 139 Зауважимо, що активну роль у перерозподілі потоків газу в ГТС, у доволі широких діапазонах, відіграють КС. Усі інші, за винятком пристроїв редукування газу з підземних газосховищ, мають пасивну роль. Параметри газового потоку, зазвичай, суттєво залежать від перепаду тисків на їх входах і виходах. Для пасивних об’єктів керування газопотоками витрата газу розраховується таким чином:  через редуктор проходить газовий потік, витрата якого дорівнює дисбалансу газу між об’ємами поступлення та відбору газу в підсистемі, в якій редук- тор є джерело газу (параметр керування — тиск на виході редуктора);  через пристрої звуження газового потоку витрати газу розраховуються з використанням моделей газових потоків, які проходять через різнотипні пристрої звуження газового потоку. Параметри потоку залежать, в основ- ному, від тисків на їх входах та виходах і співвідношення між діаметрами звуження потоку та діаметрами підвідних і відвідних труб (параметр керу- вання — діаметр пристрою звуження потоку). Процес розв’язування першої задачі полягає у знаходженні також систем- них параметрів керування, які б забезпечили на заданому часовому інтервалі мінімальні паливо-енергетичні затрати для функціонування ГТС у заданому режимі. 3. Система формування параметрів керування газопотоками Щоденно у підрозділах і в цілому по ГТС розраховують сумарні об’єми притоків і відборів газу, а також об’єми газу, акумульованого в трубопроводах. На цій основі формують добовий баланс газу. Зазвичай, постійно отримують певний дисбаланс, величина якого є важливою інформацією для прийняття рішень про зміну керування ГТС. Втручання (зміна параметрів керування газопотоками) у процес зміни об’ємів акумульованого газу в підсистемах називають збалансу- ванням підсистем. Система керування газопотоками включає ідентифікацію фак- тичних параметрів стану технологічного обладнання й об’єктів; прогнозування та розрахунок параметрів для системи прийняття рішення про керування; опти- мального планування режимів транспортування, зберігання та розподілення газу; оптимального балансування потоків газу; формування керування та його регламенту; формування розрахункових схем ГТС; аналіз і інтерпретацію розрахованих величин. Сформулюємо без обґрунтування деякі принципи оптимального керування за відсутності нештатних ситуацій і нечіткого прогнозування:  процеси відновлення дисбалансу між об’ємами поступлення та відбирання газу в підсистемах повинні бути в технологічних межах контрольованих параметрів і їх швидкість повинна узгоджуватися зі швидкістю зміни вели- чини дисбалансу як в системі, так і в сусідніх підсистемах;  кожна зміна керування, на певному проміжку часу, повинна забезпечувати мінімізацію енергетичних затрат;  на кожному інтервалі часу проводити мінімальну кількість змін (керуючих дій);  проводити, в першу чергу, такі зміни, які дають найбільший вклад у мінімі- зацію енергетичних затрат; Мирослав Притула Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах 140  у разі достатньо нечіткого прогнозу на характер зміни вхідних і вихідних параметрів систему підтримувати в технологічних межах за мінімальних змін у ГТС;  зміни спрямовані на зменшення сумарних енергетичних затрат;  керування повинно бути таким, щоб швидкість зміни контрольованих пара- метрів була максимально повільна та їх значення наближалося до серед- нього значення, яке знаходиться в розрахованих технологічних межах параметрів газодинамічних процесів. 4. Розрахунок параметрів керування Основним інтегральним показником роботи ГТС є сумарний акумульований об’єм газу ( )Q t у системі та його добова зміна Q . Оптимальна робота ГТС пов’язана як з величиною ( )Q t , так і його розподілом у системі. Дисбаланс газу в системі визначається співвідношенням   0 ( ) ( ) ( ) ( ) (0) ( ) t i i i i Q t Q t Q t Q t dt Q Q t                  , де ( )iQ t — надходження, ( )iQ t — відбирання, ( )iQ t — технологічні витрати та безповоротні втрати газу; ( )Q t — об’єм акумульованого газу в системі на момент часу t. Таку ж функцію дисбалансу будуємо для всіх керованих підсис- тем ГТС. За сумарним акумульованим об’ємом газу у підсистемах можна розра- хувати середній тиск і швидкість зміни дисбалансу в кожній підсистемі. Це дозволяє побудувати систему збалансування підсистем за певним критерієм, наприклад, підтримання в підсистемах близьких середніх тисків. Параметри зба- лансування дозволяють сформулювати граничні умови для системи рівнянь на тиски, які можна отримати кількома способами. Один із можливих є такий. У ви- падку нестаціонарних режимів транспортування газу для формування системи рівнянь використовують умову балансу газу у вершинах граф-схеми ГТС. Для всіх вершин (за винятком вершин типу притік, відбір, вершин початку та кінця закритих кранів, вершин, у яких задані параметри газу) будуємо балансові рівняння    , , 0i i k i i j ki ki ki ij ij ij i i k j q p p q p p Q Q      , де i kiq — витрата газу, яка входить у вершину i з ребра; i ijq — витрата газу, яка виходить з вершин i в ребро (i, j). Ми отримали систему нелінійних рівнянь, яку потрібно розв’язати з ураху- ванням режимно-технологічних обмежень і заданих та розрахованих гранично- початкових умов. Розв’язування задач формування параметрів керування вимага- ють розробити моделі й алгоритми для:  заміни моделі газових потоків на двох сусідніх ділянках газопроводів однією моделлю; ISSN 1816-1545 Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології 2010, вип. 12, 134-143 141  відкриття та закриття кранів на ділянці газопроводу у наперед визначений час;  зупинення роботи КС і забезпечення пропуску газу;  введення в роботу ГПА або КС в цілому;  перерозподілення балансу газу між підсистемами;  побудови граничних умов для розв’язування нестаціонарних задач за зада- ними критеріями оптимізації;  термо-гідравлічного розрахунку багатоцехових із різнотипними ГПА КС сумісно з прилеглими газопроводами;  розрахунку газових мереж в умовах їх нестаціонарного функціонування. 5. Алгоритм побудови параметрів керування Основні кроки алгоритму побудови параметрів керування подані на рис. 1. 1. Провести ідентифікацію параметрів стану технологічних об’єктів за заміря- ними даними. 2. У граф-схемі ( , )G E V ГТС умовно видалити дуги типу КС. У цьому випадку граф ( , )G E V розпадеться на незв’язні компоненти (підграфи) ( , )iG E V . Для кожного підграфа ( , )iG E V розрахувати середній тиск у підсистемах, динаміку зміни об’єму акумульованого в трубах газу. 3. Для кожної КС розрахувати запас її продуктивності, робочу область зміни режимних параметрів і провести перерозподіл витрати газу між цехами (для зна- ходження мінімальних енергетичних затрат). 4. Для кожного підграфа знайти сумарний запас продуктивності з урахуванням дотискуючих КС. 5. Виходячи з прогнозу поступлення та відбирання, пікових характеристик ПСГ, стану об’єктів, сформувати технологічні межі зміни режимних параметрів роботи ГТС. Динамічні технологічні межі повинні формуватися з урахуванням: темпу зміни інтегральних характеристик як у цілій ГТС, так і її підсистемах, надійності експлуатації обладнання, критерію оптимальності чи принципів опти- мального керування. Рис. 1. Алгоритми формування параметрів керування Розрахунок динаміки режиму ГТС для ti + 1 часового шару Аналіз стану, аналіз впливу керувань, порівняння прогнозу та факту, спостереження за контрольованими параметрами За небезпеки порушення обмежень, вибір необхідних керувань і часу їх реалізації ti + 1, t + — режим real – line t –, tj + 1, t + — режим off, on – line Прогноз режиму з урахуванням керування Перехід на наступний часовий інтервал Мирослав Притула Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах 142 6. Формування умов перемикання, зміни керування. Можливими умовами змі- ни керування yk є досягнення межі існування технологічності режиму за одним чи кількома параметрами, або за швидкістю зміни контрольованого параметру. Деякі з умов керування — параметр yk знаходиться в області допустимих зна- чень, керування непотрібно; параметр yk знаходиться в області керування, керу- вання непотрібно, якщо 0ky t    , minky y ; 0ky t    , maxky y ; параметр знаходиться в області керування, керування потрібно, якщо 0ky t    , maxky y ; 0ky t    , minky y ; k y y t     . 7. Оцінка ситуації, планування на прогнозний час. Висновки. У роботі запропоновано структуру системи керування, її інформацій- ну й алгоритмічну підтримку. Запропоновані підходи до формування параметрів керування ГТС, що апробовані на реальних прикладах. Вони дали можливість побудувати швидкі та стійкі алгоритми оптимального оперативного керування газопотоками в ГТС. Література [1] Панкратов, В. С. Автоматизированная система диспетчерского управления ГТС / В. С. Панкратов, А. С. Вербило. — Москва: Изд-во ООО «ИРЦ Газпром», 2002. — 98 с. [2] Сарданашвили, С. А. Расчетные методы и алгоритмы / С. А. Сарданашвили. — Москва: Изд- во «Нефть и газ», 2005. — 577 с. [3] Селезнев, В. Е. Методы и технологии численного моделирования газопроводных систем / В. Е. Селезнев, В. В. Алешин, Г. С. Клишин. — Москва: Едиториал УРСС, 2002. — 448 с. [4] Бобровский, С. А. Трубопроводный транспорт газа / С. А. Бобровский, С. Г. Щербаков, Е. И. Яковлев. — Москва: Наука, 1976. — 475 с. [5] Алгоритми розрахунку гідродинамічних параметрів течії газу в трубопроводах (1) / М. Г. Притула, Я. Д. П’янило, Н. Б. Лопух, Я. Г. Савула // Вісник Львівського університету. Сер. Прикл. математика і інформатика. — 2007. — С. 57-65. [6] Притула, Н. М. Розрахунок параметрів потокорозподілу в газотранспортній системі (стаціо- нарний випадок) / Н. М. Притула // Фіз.-мат. моделювання та інформ. технології. — 2007. — Вип. 5. — С. 146-157. [7] П’янило, Я. Моделювання газотранспортних мереж з урахуванням змінності параметрів стану газу та рельєфу траси трубопроводів / Я. П’янило, Н. Притула, Г. П’янило // Фіз.-мат. моде- лювання та інформ. технології. — 2008. — Вип. 7. — С. 145-153. [8] Розрахунок гідродинамічних параметрів стану об’єктів транспорту газу / С. Гладун, Н. Притула, Б. Землянський, О. Химко // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Комп’ютерні науки та інформаційні технології. — Львів, 2008. — № 629. — С. 92-99. [9] Алгоритми розрахунку параметрів течії газу в трубопроводах (2) / Н. Лопух, М. Притула, Я. П’янило, Я. Савула // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Комп’ютерні науки та інформ. технології. — Львів, 2009. — № 616. — С.159-165. ISSN 1816-1545 Фізико-математичне моделювання та інформаційні технології 2010, вип. 12, 134-143 143 [10] Аналіз нестаціонарного процесу руху газу в трубопроводі / А. Дацюк, Я. П’янило, М. При- тула та ін. // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Комп’ютерні науки та інформ. технології. — Львів, 2009. — № 638. — С.152-156. [11] Сінчук, Ю. Моделювання роботи кранів на магістральних газопроводах / Ю. Сінчук, Н. При- тула, М. Притула // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Комп’ю- терні науки та інформ. технології. — Львів, 2010. — № 663. — С. 216-222. [12] Сінчук, Ю. Моделювання нестаціонарних режимів газових мереж / Ю. Сінчук, Н. Притула, М. Притула // Вісник Національного університету «Львівська політехніка». Комп’ютерні науки та інформ. технології. — Львів, 2010. — № 663. — С. 128-132. Calculation of management parameters by gas streams in pipeline systems Myroslav Prytula A system of gas transport, its basic technological objects, flow graphs from technological objects, mathematical model of gas streams and the basic technological restrictions are considered. Criteria of optimization and optimum control principles of gas streams in the conditions when input data are absent or non-clearly predicted, are presented. The problem of optimum control of gas streams is formulated. The basic sub-systems of the system of control parameters formation are characterised. The algorithm of optimum control parameters formation is proposed. Расчет параметров управления потоками газа в магистральных системах Мирослав Притула В работе рассмотрена система транспорта газа, ее основные технологические объекты, граф-схемы из технологических объектов, математическую модель газовых потоков и основные технологические ограничения. Приведены критерии оптимизации и принципы оптимального управления газопотоками в условиях отсутствия или нечеткого прогноза входных данных. Сформулировано задачу оптимального управления газопотоками. Охарак- теризованы основные подсистемы системы формирования параметров управления. Пред- ложен алгоритм формирования параметров оптимального управления. Представлено доктором технічних наук Я. П’янилом Отримано 07.05.10

Розрахунок параметрів керування потоками газу в магістральних системах

Institution

Ähnliche Einträge