Введение к работе
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 участкамі: (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 реше
ния основных режимно-технологических задач оперативно-диспетчер
ского управления газотранспортными системами и их реализация для
применения в автоматизированных системах управления диспет
черских служб и компьютеризированных системах повышения квали
фикации 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 газотранс
портной 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 магистрально
му 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, оснащенной 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 профаммном комплексе для решения режимно-технологических задач оперативного диспетчерского управления, который используется в АО Тазавтоматика", 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 докладывались 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.), Г/ Всероссийской научно-методической конференции "Тренажеры и компьютеризация профессиональной подготовки" (ноябрь 1994 г.), конференции молодых ученых, специалистов и сту-
дектов по проблемам газовой промышленности России (26-28 сентября 1995 г.) "Новые технологии в газовой промышленности".
Результаты 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.
