Delist.ru

Автоматизация и гибридное моделирование дискретно-непрерывнах технологических процессов управления транспортом газа (09.02.2010)

Автор: Рощин Алексей Владиславович

D: hj(X)(0 j=1..m; X - искомое решение; q1(X) (i=1..k) - функция (критерий) качества решения X; hj(X)( - ограничения, устанавливающие допустимую область D возможных изменений решения X.

В качестве критериев эффективности работы газотранспортной системы выступают: критерий минимума затрат на компримирование газа, критерий минимума работающих ГПА, критерий максимума функции политропического к.п.д., критерий максимума функции коэффициента нагрузки, критерий максимума давления газа, критерий минимума отклонений от заданного режима и другие.

При использовании адаптивного подхода процедура решения задач векторной оптимизации представляет собой последовательное уточнение наиболее предпочтительного решения X** (по мнению ЛПР) путем перехода от одной альтернативы X**(P с учетом информации Ii,. Схематически процесс поиска решения X** можно представить в следующем виде:

где X*N= X**, Q*l=Q*(X*l)=(q1(X*l),..., q1(X*l)) l=1..N.

представляет задачу векторной или многокритериальной оптимизации. Если же число альтернативных решений в D невелико (10(20), то она представляет задачу многоатрибутного принятия решений. В первом случае главное внимание уделяется алгоритмам поиска наиболее предпочтительных решений, во втором - процедурам сохранения альтернатив.

Во второй главе диссертации решается задача формализованного описания процессов функционирования отдельных компонентов газотранспортной системы, а также разработки аппарата интеграции компонентов в комплексную модель. В основу построения формализованного описания положено понятие процесса.

). Моделируемая система представляет собой множество объектов, в виде расчетных схем с формализацией связей в виде расчетного графа.

Управление представляет изменение топологии сети за счет выбора переключений кранов, перемычек и др., а также изменение давления на линейных участках за счет выбора режимов работы, направленных на подбор давления без учета собственных расходов и моделирования самой работы КС.

. Мультиграф газотранспортной системы

Эффективность процесса управления определяется на основании критериев, изложенных в первой главе. При этом в штатном режиме доминирующим критерием является обеспечение минимума энергозатрат при соблюдении плана поставок, а в аварийном режиме – минимизация потерь при ограничении на невязки поставок. Эти случаи является частными вариантами решения оптимизационной задачи с переводом ряда критериев в ограничения. Однако, в общем случае критерии могут быть ранжированы по различным принципам и для решения этой задачи могут быть использованы классические методы многокритериальной оптимизации.

При реализации инструментальной среды сформирована открытая система включения произвольных методов многокритериальной оптимизации.

Моделирование аварийной ситуации сводится к задаче построения подграфа G’={W’, E’} базового графа газотранспортной системы G={W, E}, где W’(W, E’(E. При этом расчетные процедуры для построения системы управления потоками остаются теми же, за исключением того что параметризуются сокращенным графом.

Для параметризации сетевой модели ГТС в работе используются модели физических процессов транспорта газа в условиях нестационарности.

Произвольная сеть газопроводов представляется в виде графа, включающего три вида элементов: вершины, ребра и компрессорные станции. Под вершиной понимаются точки отбора и подачи газа в систему, точки разветвления газопроводов, а также вход и выход КС. По ребрами сети – трубопровод, по которому транспортируется газ от одной вершины к другой. Изотермическое движение газа по трубопроводу описывается системой нелинейных уравнений:

где G – массовый расход газа; f - площадь поперечного сечения трубопровода; d – диаметр трубопровода; P – среднее по сечению давление газа; c – скорость звука в газе; t - время; ( - коэффициент гидравлического сопротивления.

Данная система решается при задании двух граничных условий для давлений или расходов на разных концах участка [0, l] и двух начальных условий. При моделировании нестационарного движения газа для сложных трубопроводных сетей с учетом нелинейностей используются численные методы.

Неустановившиеся процессы в ГТС возникают в связи с переменностью потребления газа во времени, при переходе с одного режима на другой, в аварийных ситуациях и т.д. Для задач диспетчерской службы расчеты этих процессов необходимо проводить оперативно и с достаточной для эксплуатационников точностью. В работе используются оценки времени стабилизации газопровода при переводе с режима на режим.

. При анализе использованы линеаризованные уравнения. Показано, что время стабилизации уменьшается при увеличении D, при уменьшении длины, гидравлического сопротивления газопровода и скорости газа. Так для l=100 км, (=0,02, D=1,0 м, wср=10м/с получим, что T составляет порядка 3-х часов.

Основные граничные условия задач газоснабжения можно свести к двум типам:

допускающие использование принципа суперпозиции ступенчатых воздействий;

допускающие использование принципа суперпозиции периодических воздействий.

В первом случае, анализируя прохождение скачка давления по газопроводу и, используя интеграл Дюамеля, можно оценить процессы в ГТС при сложных видах граничных условий,

Приведенные в диссертации формализованные модели расчета параметров ГТС и расхода газа показали необходимость единой формализации всех процессов с точки зрения их агрегирования.

Следующая задача, заключается в формализованном описании операций над процессами транспорта газа с учетом нестационарных режимов, и наличии переходных процессов в случае изменений управления конфигурацией транспортной сети.

Пусть процессы P1 и Р2 таковы, что ХP1 ? ХP2 = O.

Тогда можно определить процесс P1 | Р2, представляющий параллельную композицию процессов P1 и Р2:

множество его состояний и начальное состояние определяются так же, как определяются соответствующие компоненты процесса P1 | Р2 ;

ХP1 U ХP2

IP1 /\ IP2

множество переходов процесса P1 | Р2 определяется следующим образом:

s'1 процесса P1, и

каждого состояния s процесса Р2

процесс P1 | Р2 содержит переход

(s'1,s)

s'2 процесса Р2, и

каждого состояния s процесса P1

процесс P1 | Р2 содержит переход

(s,s'2)

для каждой пары переходов вида

s'1 ( RP1

загрузка...