Содержание к диссертации
Формализация задач диспетчерского управления в расчетных комплексах 20
Математическое и программное обеспечение комплексов поддержки диспетчерских решений (состояние проблемы) 31
/
Трубопровод, ГПА ABO 164
Приложение 3. Базовые методы математической статистики 289
Приложение 4. Акты о внедрении основных результатов работы 297
Введение к работе
Актуальность проблемы
В России и в зарубежных газовых компаниях большое внимание уделяется развитию информационно-аналитических систем, обеспечивающих поддержку принятия диспетчерских решений при управлении транспортом и распределением природного газа.
ОАО «Газпром» активно разрабатывает и внедряет интегрированные автоматизированные системы управления (ИАСУ) газотранспортными предприятиями (ГТП), которые охватывают все уровни и сферы их деятельности. Важнейшей компонентой ИАСУ ГТП является информационное, расчетно- аналитическое обеспечение диспетчерского управления транспортом газа. Быстрыми темпами развиваются и внедряются системы телеизмерений, телеуправлений технологическими объектами, компьютерные базы данных, системы визуализации данных.
От этих процессов значительно отстает разработка и промышленное внедрение расчетных компьютерных комплексов (РКК) поддержки диспетчерских решений и их интеграция в ИАСДУ ГТП. Это обусловлено многими причинами, например:
отсутствием целевой программы интеграции РКК в ИАСДУ ГТП;
фрагментарностью автоматизированного информационного обеспечения РКК;
ограниченным набором задач, которые производственно диспетчерские службы (ПДС) в настоящее время могут решать с помощью РКК;
трудностями применения расчетных процедур для реальных ГТС и процессов транспорта газа;
слабой организационной поддержкой процесса эксплуатации РКК в центральных производственно-диспетчерских службах (ПДС) ГТП;
недостатком инвестиций в данную область.
В то же время расчетный компьютерный комплекс ДУ является высокотехнологичным, наукоемким продуктом, на который замыкается большая часть информационных подсистем ДУ и который занимает центральное
положение в автоматизированной системе вычислительного обеспечения процесса принятия диспетчерских решений (рис. 1 ).
В настоящее время в ЦПДС ГТП OO «Газпром» применяются следующие промышленные расчетные компьютерные комплексы: «Астра» (Тюменский филиал ООО «Информгаз»), «САМПАГ» (ООО «Мострансгаз, ООО «»Ингойл»), «Симоне» (SIMONE Research Group, Чехия), «PSI GAMOS» (PSI AG, Германия), которые решают в основном различные задачи моделирования режимов ГТС.
Источники ланных on-line.
Контроль и диагностика текущего состояния ГТС по данным телеизмерений
Управление
Источники данных off-line.
Контроль и диагностика состояния ГТС по расчетным данным
Прогнозирование режимов и нештатных ситуаций
Планирование оптимальных режимов] и управлений
Расчетный комплекс
Подготовка и принятие решений ПДС
Рис. 1. Схема автоматизированной поддержки диспетчерских решений В качестве базовых проблем автоматизации процесса принятия решений в диспетчерском управлении можно отметить следующие:
формализация задач диспетчерского управления ПДС в виде системы расчетных процедур поддержки диспетчерских решений;
разработка математического, алгоритмического обеспечения основных расчетных задач: оптимального планирования стационарных и нестационарных режимов транспорта газа; прогнозирования режимов и нештатных ситуаций; контроля и диагностики состояния объектов ГТС;
разработка вычислительных процедур расчетного комплекса на основе объектно-ориентированной, клиент-серверной и распределенной технологий, позволяющих
интегрировать данный комплекс в современные ИАСДУ ГТП, то есть обеспечить на программном уровне его связи со ЗСАБА-системами, системами визуализации данных, системами делопроизводства (документы, отчеты, сводки), системами телеуправления и так далее;
обеспечить распределенную вычислительную среду на многопроцессорных ЭВМ, в локальных корпоративных вычислительных сетях ГТП;
организовать непрерывный многоуровневый (ПДС ЛПУ МГ - ЦПДС ГТП - ЦПДД ОАО «Газпром») вычислительный процесс в единой информационной среде.
- интеграция с комплексами поддержки принятия диспетчерских решений компьютерных тренажерных комплексов, обеспечивающих компьютеризацию процесса повышения профессиональной подготовки диспетчерского персонала по управлению нестационарными режимами ГТС, а также в нештатных и аварийных ситуациях.
Таким образом, теоретическое и практическое решение данных проблем позволит перевести процесс подготовки и принятия решений диспетчерского управления ГТС на качественно новый автоматизированный уровень.
Цель работы
Решение научных проблем автоматизации диспетчерского управления на основе разработки методов, алгоритмов и расчетно-аналитических комплексов, способных интегрироваться в действующие и вновь создаваемые АСДУ трубопроводным транспортом газа.
Задачи исследования
В работе были поставлены и решены следующие основные задачи.
Разработка научно-методической и алгоритмической базы для интеграции расчетно-аналитических компьютерных систем в единый автоматизированный комплекс диспетчерского управления технологическим процессом транспорта газа.
Анализ опыта и формулировка нерешенных проблем в области разработки, промышленного применения компьютерных и информационных технологий в диспетчерском управлении отечественных газотранспортных предприятий.
Формализация задач диспетчерского управления ПДС в виде системы расчетных процедур для поддержки диспетчерских решений.
Автоматизация расчета режимов транспорта газа по региональным ГТС для разработки краткосрочных и среднесрочных диспетчерских графиков (off-line).
Разработка процедур расчета оптимальных стационарных режимов транспорта газа и методов планирования и управления нестационарными режимами (on-line и off-line).
Автоматизация обработки данных телеизмерений на основе on-line, realtime расчетных процедур: статистической обработки временных рядов, адаптации моделей к фактическим режимам, выбора расчетной модели, параметрической диагностики и оценки состояния объектов газотранспортных систем, краткосрочного прогнозирования режимов транспорта газа.
Применения современных информационных технологий при проектировании и реализации расчетного компьютерного комплекса поддержки диспетчерских решений по управлению трубопроводным транспортом газа.
Разработка функциональной схемы компьютерного тренажерного комплекса, предназначенного для повышения профессиональной подготовки диспетчерского персонала и позволяющего интегрировать его в автоматизированные системы поддержки диспетчерских решений.
Научная новизна
Основные научные результаты работы состоят в следующем.
Разработан унифицированный комплекс расчетных задач и процедур, адаптированный к объектно-ориентированной, клиент-серверной, распределенной технологиям реализации компьютерного расчетного комплекса поддержки диспетчерского управления газотранспортного предприятия.
На основе адекватных математических моделей объектов и подсистем трубопроводного транспорта газа разработаны новые алгоритмы и процедуры автоматизированного расчета (off-line) режимов транспорта газа. Эти процедуры инвариантны по отношению к топологии расчетного графа как для трубопроводных систем, магистральных газопроводов, так и для ГТС в целом. Они могут применяться для моделирования стационарных, квазистационарных и нестационарных режимов, не связаны ограничениями на состав моделируемых объектов, не требуют эквивалентирования трубопроводов и не зависят от применяемых расчетных моделей объектов транспорта газа.
Разработаны методы решения задач автоматизированного планирования (on-line и off-line) диспетчерских графиков, а именно:
разработаны процедуры квазиоптималыюго планирования стационарных режимов, основанные на синтезе неградиентных и градиентных методов математического программирования, эвристических правил планирования и декомпозиции графа расчетной схемы на подсистемы с учетом расположения пассивных (неуправляемых) и активных (управляемых) объектов планирования;
предложен принципиально новый подход к решению задачи планирования нестационарных режимов, сочетающий методы, применяемые в следящих системах, методы оценки влияния управляющих воздействий на контролируемые параметры и на динамику режима, различные эвристические правила управления, а также методы направленного выбора вариантов технологически допустимых управлений.
Разработаны процедуры автоматизированной обработки диспетчерских данных в on-line и real-time режимах, новые методы и алгоритмы решения задач:
20-й Мировой Газовый Конгресс. Копенгаген, Дания, 1997;
Международная научно-техническая конференция. Минск, БГТУ, 2000 г.;
1-я Международная научно-техническая конференция «Развитие компьютерных комплексов моделирования, оптимизации режимов работы систем газоснабжения и их роль в диспетчерском управлении технологическими процессами в газовой отрасли» (ДИСКОМ - 2002). Москва, ноябрь, 2002 г.
2-я Международная научно-техническая конференция «Теория и практика разработки, промышленного внедрения компьютерных комплексов поддержки диспетчерских решений в газотранспортной и газодобывающей отраслях» (ДИСКОМ-2004). Москва, октябрь 2004 г.
2-я - 5-я научно-технические конференции «Актуальные проблемы состояния и развития нефтегазового комплекса России». РГУ нефти и газа. Москва, 1997-2003г.
International Conference of Engineering Education (ICEE'95). Moscow, 1995;
Proceedings Simone Congress '99. Sopron, 1999;
Abstracts. Interactional Symposium on Hydrocarbons & Chemistry. Boumerdes - ALGERIE. Du 30 Mail au 1er Juin 2000.
2nd International symposium on hydrocarbons & chemistry. Ghardaja. Algeria. March 21-23. 2004.
обработка данных телеизмерений - задачи статистического анализа (сглаживание, фильтрация) временных рядов, расчет точечных и интервальных оценок параметров, оценка адекватности модели фактическому режиму;
анализ причин неадекватности модели посредством процедуры обработки и анализа рассогласований расчетных и фактических параметров газовых потоков, выбор наиболее подходящей расчетной модели стационарного, квазистационарного, нестационарного режима с использованием метода ранжирования моделей;
настройка и адаптация моделей к фактическим режимам с использованием процедуры совместной идентификации эмпирических параметров модели и краевых условий;
оценка и распознавание состояний ТС по данным телеизмерений на основе процедуры динамической идентификации эмпирических параметров модели нестационарного режима транспорта газа;
краткосрочное прогнозирование параметров газовых потоков в ГТС на основе синтеза процедур прогноза значений краевых условий по предыстории, адаптации модели к фактическим режимам и прогноза расчетных параметров режима во внутренних узлах схемы, связанных нестационарной моделью процесса.
Предложена методология проектирования и реализации расчетных компьютерных комплексов диспетчерского управления, основанная на современной объектно-ориентированной, клиент-серверной, распределенной технологии.
Разработана схема организации и управления вычислительным процессом, ядром которой является реализация новой технологии интерактивного планирования нестационарных режимов транспорта газа. Данная технология позволяет пользователю, не завершая процесса моделирования, вносить изменения в план поставок газа потребителям, изменять состояния объектов ГТС (крановые системы, трубопроводы, ГПА, КЦ), имитировать аварийные ситуации (частичный/полный разрыв или засорение трубопроводов, самопроизвольное открытие/закрытие кранов и так далее).
Разработана функциональная схема компьютерного тренажера диспетчера, которая позволяет имитировать работу систем: телеизмерений (SCADA-систем), аварийной сигнализации, управление объектами ГТС, а также интегрировать его в автоматизированные системы поддержки диспетчерских решений.
Реализация результатов работы
Результаты работы были реализованы в следующих промышленных проектах.
Компьютерный комплекс «САМПАГ» решения режимно-технологических задач на основе моделирования и оптимизации режимов ГТС уровня газотранспортного предприятия. {Заказчик: ООО Мострансгаз).
Компьютерный комплекс «ДКМ Веста» моделирования и планирования online и off-line режимов. Комплекс имеет модули статистической обработки данных телеизмерений и интерактивного планирования нестационарных режимов, модули имитации различных аварийных ситуаций как на линейной части, так и на КС. {Заказчик: ООО Лептрансгаз)
Расчетный комплекс «ИНГИР» решения режимно - технологических задач для разработки расчетно-технологических паспортов магистральных газопроводов ОАО «Газпром». {Заказчик: ЦПДЦ ОАО «Газпром», ДОАО Ггтрогазцентр Н. Новгород).
Компьютерные тренажерные комплексы для ПДС УМГ/ЛПУ П. «Белтрансгаз», ООО «Лентрансгаз», ООО «Севергазпром».
Апробация работы
Основные теоретические и практические результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на Всесоюзных, Всероссийских и Международных научно-технических конференциях и конгрессах:
Результаты исследований докладывались на отраслевых семинарах и совещаниях и прошли апробацию на предприятиях и в учебных центрах ОАО «Газпром», РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина.
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка используемой литературы из 192 наименований и трех приложений. Работа изложена на 253 страницах основного текста и 45 страницах приложений. Текст работы содержит 62 рисунка и 7 таблиц.
