Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Участок магистрального нефтепровода как объект управления 10
1.1 Описание проблем перекачки по нефтепроводу 10
1.2 Математические модели насосных станций 18
1.3 Существующие методы регулирования режимов работы магистрального нефтепровода 21
1.4 Системы автоматического регулирования режимов перекачки нефти 31
1.5 Достоинства и недостатки существующих методов 40
1.6 Постановка задачи исследования и выбор критериев оптимизации 41
Результаты и выводы к главе 1 44
Раздел 2. Разработка методики построения автоматизированной системы определения оптимального режима участка магистрального нефтепровода 45
2.1 Особенности решения проблем транспорта нефти по магистральному нефтепроводу 45
2.2 Определение критериев оптимальности 46
2.3 Разработка обобщенной структуры автоматизированной системы определения оптимального режима работы участка магистрального нефтепровода и её интеграция в существующую систему управления МН...50
Результаты и выводы к главе 2 65
Раздел 3. Разработка модифицированного варианта генетического алгоритма для нахождения оптимальной комбинации технологических параметров МНА 67
3.1 Особенности используемых решений 67
3.2 Разработка алгоритмического и программного обеспечения для нахождения оптимальной комбинации технологических параметров МНА на основе ГА 70
3.3 Результаты и выводы к главе 3 73
Раздел 4 Практические результаты 74
4.1 Анализ полученных результатов при помощи ГА 74
4.2 Результаты, полученные методом прямого перебора 79
4.3 Энергетическая эффективность предложенного метода и его практического применения 83
4.4 Основные выводы к главе 4 84
Заключение 86
Список литературы 88
Приложение!
- Описание проблем перекачки по нефтепроводу
- Особенности решения проблем транспорта нефти по магистральному нефтепроводу
- Особенности используемых решений
- Анализ полученных результатов при помощи ГА
Введение к работе
Актуальность темы
Существенные затраты при транспортировке нефти приходятся на энергопотребление технологическим оборудованием нефтеперекачивающих станций (НПС) на всём протяжении участка магистрального нефтепровода (МН). Поэтому снижение энергетических затрат технологического оборудования всех станций, входящих в состав участка МН, является основной целью при расчёте технологических режимов перекачки нефти. Решение данной задачи приведёт к снижению себестоимости транспорта нефти.
Исследованию режимов работы нефтепроводов, выбору оптимального режима их функционирования, анализу эффективности эксплуатации магистральных насосных агрегатов посвящены работы отечественных учёных и специалистов: К. Р. Ахмадуллина, Р. Н. Бахтизина, М. А. Валиева,
A. П. Верёвкина, А. Г. Гумерова, А. А. Коршака, С. Е. Кутукова,
B. Ф. Новосёлова, А. М. Шаммазова и других. Существующие авто
матизированные системы управления магистральными нефтепроводами
обеспечивают им надёжную и бесперебойную работу, но оптимум не
достигается, то есть можно сказать, что НПС работают в квазиоптимальном
режиме. Участок МН представляет собой систему с множественными связями
между её частями, обладающими взаимным влиянием, что подразумевает
рассмотрение и управление им в комплексе. В связи с этим возникают два пути
решения данной проблемы. Первый путь связан с использованием более
точных математических моделей оборудования НПС, что целесообразно для
расчёта оптимального режима работы двух-трёх станций. Но использование в
расчётах большего числа НПС может привести к чрезмерному усложнению или
даже невозможности решения задачи. Второй путь подразумевает управление
всем участком МН, но с применением более простых математических моделей
НПС, что также не позволяет достичь оптимального режима работы.
Для решения этого противоречия и повышения качества управления необходимо оптимизировать сам процесс выработки управляющих решений,
применяя новые методы, которые позволили бы перевести производственное оборудование в оптимальный режим работы при выполнении планов по транспортировке требуемых объёмов нефти при меньших требуемых ресурсах и энергопотреблении.
Указанные обстоятельства обосновывают актуальность темы настоящей работы, направленной на разработку методики оптимизации многосвязных однотипных объектов и создания на её основе автоматизированной системы оптимизации работы участка МН с применением новых, более совершенных методов управления и реализующих их алгоритмов.
Цель работы - снижение энергопотребления и повышение эффективности работы участка МН за счёт разработки автоматизированной системы определения оптимального режима работы участка магистрального нефтепровода на основе генетических алгоритмов.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:
Разработка автоматизированной системы определения оптимального режима работы участка магистрального нефтепровода для согласованной и бесперебойной работы управляющих программ центрального диспетчерского пункта (ЦДЛ), территориального диспетчерского пункта (ТДП) и регионального диспетчерского пункта.
Модификация классического варианта генетического алгоритма (ГА) для поиска оптимальных значений рабочих параметров технологического оборудования НПС участка МН, при которых обеспечивается минимально возможное энергопотребление и повышение эффективности работы оборудования станций.
Формирование структуры функции пригодности для обеспечения эффективного и надёжного поиска оптимальных режимов работы всей совокупности технологического оборудования участка МН в выбранном
диапазоне параметров с учётом физических ограничений технологического оборудования.
4. Создание управляющих алгоритмов и программного обеспечения на их основе, реализующего разработанные подходы и алгоритмы в качестве составной части промышленных SCADA-систем, и обеспечение гибкой конфигурации ПО для учёта технологических особенностей объекта управления. Проведение имитационного моделирования работы данных алгоритмов.
Результаты, выносимые на защиту:
Методика и концепция построения автоматизированной системы определения оптимального режима работы участка магистрального нефтепровода, позволяющая решать задачу снижения энергопотребления МНА нефтеперекачивающих станций и увеличения ресурса их работы.
Методика применения разработанного модифицированного варианта генетического алгоритма (ГА) для нахождения оптимальной комбинации технологических рабочих параметров МНА эксплуатационного участка МН. Обоснование и выбор определённых значений параметров ГА.
Структура функции пригодности для обеспечения эффективного и надёжного поиска в выбранном диапазоне параметров МНА с учётом физических ограничений технологического оборудования НПС и линейной части МН.
Программное обеспечение имитационного моделирования автоматизированной системы определения оптимального режима работы участка МН. Результаты экспериментальных исследований эффективности генетических алгоритмов в задаче поиска оптимального режима работы участка МН.
Научная новизна результатов
1. Новизна предложенной методики и концепции построения автоматизированной системы определения оптимального режима работы
участка МН состоит в том, что объект управления рассматривается как множество однотипных объектов многосвязной системы, характеризуемых большим количеством параметров, что позволяет решать задачу оптимизации режимов работы одновременно для всей совокупности однотипных объектов без чрезмерного её усложнения.
Новизна разработанного модифицированного варианта генетического алгоритма состоит в изменении структуры классического варианта ГА, заключающегося в добавлении оператора проверки выполнения условия ограничений работы объекта управления (технологических, физических и других), что позволяет исключать из популяции особи, у которых хотя бы одна хромосома не удовлетворяет данным условиям.
Новизна предложенной функции пригодности состоит в учёте свойства лакунарности при неоднородном распределении технологических, физических и других ограничений объекта управления на всём пространстве поиска, что позволяет решать поставленную задачу оптимизации с помощью разработанного варианта ГА.
Практическая ценность и реализация результатов работы
По результатам выполненных работ разработаны управляющие алгоритмы и компьютерные программы, реализующие работу алгоритмов поиска оптимальных режимов работы участка МН. Данные программы написаны на языке высокого уровня, позволяющего непосредственно внедрять их в качестве составного модуля SCADA-системы. Основные результаты диссертационной работы внедрены на ФГУП НКТБ "Вихрь". Они применяются в разработке систем управления и оптимизации работы комплексов преобразователей электрической энергии, используемых в работах по проектам -строительства газо- и нефтепроводов "Южный поток" и "Сахалин-2".
Апробация работы и публикации
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-технических конференциях и семинарах: Всероссийской молодежной научной конференции «Мавлютовские чтения», УГАТУ, г. Уфа, 2007; Международной научно-практической конференции «CSIT 2008», г. Анталия, 2008.
Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 8 источниках, включая 3 статьи в изданиях из перечня, утвержденного ВАК («Научно-технические ведомости СПбГПУ», «Вестник УГАТУ. Сер. Управление, вычислительная техника и информатика», «Нефтегазовое дело»), материалы двух докладов на научных конференциях и 1 программный продукт, зарегистрированный в Роспатенте.
Объем и структура работы
Диссертационная работа состоит из 137 страниц машинописного текста, включающего в себя введение, четыре главы, заключение, список литературы из 108 наименований и одного приложения.
Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, сформулированы ее задачи, отмечаются новизна и практическая ценность результатов.
В первой главе рассмотрена специфика объекта управления (магистрального нефтепровода, и в том числе НПС, входящих в его состав), особенности существующих способов управления, их недостатки и достоинства. Сделан анализ нынешних подходов к решению проблем управления на существующем оборудовании НПС, показаны ограничения на применение этих подходов для решения задачи оптимизации работы эксплуатационного участка МН. В заключительной части главы приведены основные задачи исследования.
Во второй главе предложено решение поставленной задачи оптимизации работы эксплуатационного участка МН в виде построения автоматизированной
системы. Приведено описание её внутренней структуры, принципы функционирования и алгоритма работы. Подробно расписано функционирование ГА как основной части разработанной системы, приведена и обоснована функция пригодности.
В третьей главе описаны особенности применяемых численного и эволюционного методов в рамках поставленной задачи исследования. Приведены описания и алгоритмы разработанной компьютерной программы, реализующей работу разработанной системы.
В четвёртой главе приведены полученные результаты моделирования, проведённого с использованием описанных выше компьютерных программ, и рассчитана экономическая эффективность. По полученным результатам сделаны соответствующие пояснения, показывающие верность предложенного способа решения поставленной задачи исследования.
В заключении приводятся основные результаты и выводы по диссертационной работе.
В приложении приводятся следующие таблицы:
Таблица описаний функций и процедур, использованных в исходном коде компьютерной программы, реализующей работу разработанной системы.
Таблица значений количества поколений в зависимости от значений коэффициентов мутации и скрещивания (результаты работы программы, реализующей работу системы определения оптимального режима работы участка магистрального нефтепровода).
Таблица значений номинальных параметров центробежных насосов магистрального нефтепровода, использованных при моделировании работы автоматизированной системы определения оптимального режима работы участка магистрального нефтепровода.
Описание проблем перекачки по нефтепроводу
Современные объекты транспортировки нефти представляют собой сложный комплекс, состоящий из нефтеперекачивающих станций (НПС), линейно-производственных диспетчерских станций (ЛПДС), магистральных нефтепроводов (МНП) и совокупности дополнительных, обслуживающих элементов этой системы (подстанции, гаражи, системы обеспечения связи и т. д.) [4]. Весь этот комплекс работает как единое целое, выполняя свою главную функцию - транспортировка нефти от нефтедобывающих компаний до потребителей нефти (например, нефтеперерабатывающие заводы). От того, насколько качественно будет выполнена эта функция, зависит стабильность поставок нефти и экологическая безопасность её перекачки, что в свою очередь характеризует качество работы самой компании. Управление российскими нефтепроводами осуществляет акционерная компания "Транснефть", образованная в соответствии с Указом Президента РФ от 17.11.92 №1403 и Постановлением Совета министров РФ от 14.08.93 №810. Основными функциями ОАО АК "Транснефть", согласно [9,12,22] являются: перекачка, координация и управление транспортировки нефти по магистральным нефтепроводам на нефтеперерабатывающие предприятия РФ и за пределы страны; профилактика, диагностика и аварийно-восстановительные работы на магистральных нефтепроводах; координация деятельности по комплексному развитию сети магистральных нефтепроводов и других объектов нефтепроводного транспорта; взаимодействие с нефтепроводными предприятиями соседних государств по вопросам транспортировки нефти в соответствии с межправительственными соглашениями; координация в деятельности организаций в решении задач научно-технического прогресса в трубопроводном транспорте нефти, во внедрении новых технологий и материалов; привлечение инвестиций для развития производственной базы; организация работы по обеспечению охраны окружающей среды в районах объектов нефтеперекачивающего транспорта.
По состоянию на 1 января 2003 года ОАО АК"Транснефть" эксплуатировала 48,4 тыс. км магистральных трубопроводов диаметром от 400 до 1220 мм и 322 нефтеперекачивающие станции (НПС). Магистральные трубопроводы диаметром 800...1220 мм составляют более половины протяжённости трубопроводов системы и обеспечивают транспорт 93% добываемой в России нефти. Средний диаметр нефтепроводов ОАО АК "Транснефть" составляет свыше 800 мм, средняя дальность перекачки равна 2300 км, около 20% действующих магистральных нефтепроводов базируется на месторождениях нефти в Западной Сибири.
Экологический аспект транспорта нефти [8,11,16,18] подразумевает мониторинг промышленных выбросов предприятий нефтеперекачивающей сферы, снижение потребления воды из водоёмов, рек, озёр для собственных нужд за счёт повторного использования очищенной технической воды, снижение факторов аварийного разлива нефти из нефтепроводов, своевременная замена старых участков нефтепроводов и т.д. Этот аспект играет важную роль в нефтеперекачивающей промышленности, ярким примером чему может служить большое внимание к экологической стороне вопроса со стороны АК «Транснефть», ведущей компании нефтеперекачивающей промышленности.
Экономический аспект транспорта нефти подразумевает снижение себестоимости перекачки нефти за счёт: 1) применения ресурсосберегающих технологий, 2) замены старого оборудования на современное, обладающего лучшими характеристиками, 3) улучшение технологических режимов перекачки нефти. Последний в пункт в списке автор хочет выделить особо. Это связано с тем, что первые два пункта предполагают значительные материальные затраты и большие сроки внедрения нового оборудования, даже при условии постепенного его внедрения, в то время как акцентирование внимания на последнем пункте принесет результаты за меньший срок.
Помимо этого, изменение режимов технологической перекачки и, в особенности, их оптимизация позволит, во-первых, снизить потребление электроэнергии при соблюдении объёмов поставок нефти; во-вторых, снизить износ основного оборудования за счёт выбора менее напряжённых, с точки зрения работы оборудования, режимов технологической перекачки; в-третьих, повысить КПД работы основного оборудования за счёт выбора оптимальных режимов работы магистральных насосных агрегатов.
Улучшение режимов технологической перекачки нефти влечёт за собой повышение требований к качеству управления реализующей его (управление) системы, поскольку от неё зависит качество и надёжность всей системы транспорта нефти. Поэтому система управления (СУ) нефтеперекачивающими станциями (НПС) и линейно-производственными диспетчерскими станциями (ЛПДС) должна удовлетворять этим новым требованиям в полной мере.
В данной работе автор предлагает рассмотреть проблемы перекачки нефти по магистральному нефтепроводу, существующие системы управления НПС и ЛПДС, достоинства и недостатки этих систем. Помимо этого, автор предлагает свой путь решения проблем перекачки нефти по магистральным нефтепроводам и рассматривает его плюсы и минусы.
Участок магистрального нефтепровода - это совокупность нефтеперекачивающих станций и соединяющих их отрезков линейной части магистрального нефтепровода, начинающихся с головной станции и заканчивающихся на конечной станции. На каждой НПС установлено до 4-х магистральных насосных агрегатов (МНА), из которых рабочими являются один или, максимум, два. Управление участком МН состоит в задании каждому из них требуемых значений рабочих параметров [24,26-28]. Сложность регулирования режима работы участка нефтепровода состоит в том, что МН представляет собой сложную, взаимосвязанную систему. Это означает, что изменение режима работы одного. МНА влияет на работу всего участка нефтепровода, что требует согласования их работы. По сути, эта совокупность МНА, работающих по всей длине участка МН, представляет собой множество многосвязных однотипных объектов, что требует рассмотрения участка МН в целом, и осуществлять управление рабочих МНА на участке МН, учитывая взаимосвязь между ними [57-62].
Особенности решения проблем транспорта нефти по магистральному нефтепроводу
Системы магистральных нефтепроводов предназначены для перекачки больших объемов нефти от поставщиков к многочисленным потребителям. Процесс перекачки подразумевает выполнение планов сдачи нефти потребителям системы и планов приема нефти от поставщиков за некоторый период времени. Управление собственно процессом перекачки сводится к выбору и выполнению определённых режимов работы системы нефтепроводов. Снизить себестоимость перекачки нефти можно следующим образом: 1) применением ресурсосберегающих технологий; 2) заменой старого, изношенного оборудования на современное, обладающего лучшими характеристиками; 3) путем улучшения технологических режимов перекачки нефти. Первые два пункта предполагают значительные капитальные вложения и большие сроки внедрения нового оборудования при условии постепенной замены старого оборудования. В то же время, акцентирование внимания на последнем пункте может принести результаты за меньший срок, так как подразумевает замену программного обеспечения, осуществляющего управление процессом перекачки нефти по магистральному нефтепроводу (МНП), без замены магистральных насосных агрегатов (МНА) (насос, электрический двигатель и механическая передача и др.), и, следовательно, использование третьего пути снижения себестоимости возможно уже сейчас на существующем оборудовании. Помимо этого, изменение режимов технологической перекачки и, в особенности, их оптимизация позволит, во-первых, снизить потребление электроэнергии при соблюдении объёмов поставок нефти. Во-вторых, снизить износ основного оборудования за счёт выбора менее напряжённых, с точки зрения работы оборудования, режимов технологической перекачки. В-третьих, повысить КПД работы основного оборудования за счёт выбора оптимальных режимов работы магистральных насосных агрегатов.
Улучшение режимов технологической перекачки нефти позволит уйти от указанных выше недостатков. Поэтому система управления (СУ) нефтеперекачивающими станциями (НПС) и линейно-производственными диспетчерскими станциями (ЛПДС) должна удовлетворять новым требованиям в полной мере: 1) обеспечение максимального КПД насоса; 2) снижение энергопотребления электродвигателя, входящего в состав МНА; 3) снижение износа МНА за счет выбора менее напряжённых режимов технологической перекачки (изменение частоты вращения двигателя МНА).
Для того чтобы запустить процесс оптимизации необходимо задаться критерием оптимальности, с которым мы будем работать дальше. В различных работах используются разные критерии оптимальности. В частности, в [75] критерием оптимальности процесса перекачки нефти выступает стоимость электроэнергии, израсходованной на перекачку одной тонны продукта, поскольку на оплату электроэнергии уходит значительная часть себестоимости перекачки. В [50] критерием оптимальности перекачки служит минимум потерь качества транспорта нефти при последовательной перекачке различных сортов нефти. У разных сортов нефти разная плотность, вязкость и другие физико-химические параметры, что приводит к снижению производительности магистрального насоса. В настоящее время цена на электроэнергию является одним из определяющих факторов себестоимости перекачки. Количество потребляемой электроэнергии за определённый период времени лимитируется. Это означает, что станция за определённый промежуток времени, например за квартал, должна использовать строго заявленное количество электрической энергии. Перебор сверх заявленного значения может означать большие штрафы, которые придётся выплатить поставщику электрической энергии. В связи с этим, от точности расчёта требуемого количества электроэнергии за определённый период, будет зависеть себестоимость перекачки нефти.
В данной работе автор считает целесообразным использовать критерий израсходованной электроэнергии на перекачку одной тонны нефти за определенный промежуток времени (например, за квартал), значение удельной энергии, затрачиваемой на транспорт одной тонны нефти. Данный критерий оптимальности работы нефтеперекачивающей станции или линейно-производственной диспетчерской станции представлен выражением (1.46) и его необходимо использовать для построения целевой функции (функции пригодности).
Снижение энергопотребления МНА напрямую связано с уменьшением частоты оборотов двигателя МНА (как правило, используется синхронный электродвигатель), что обычно реализуется с помощью тиристорных преобразователей частоты. Резкого снижения КПД насоса МНА при уменьшении частоты вращения вала двигателя не происходит, потому что максимальный КПД rj насоса достигается при номинальной производительности насоса МНА. Зачастую насос работает на самых высоких оборотах, где КПД г\ насоса меньше максимума. Это положение подтверждает зависимость полного КПД г] центробежного насоса от производительности Q, а, следовательно, и от значения оборотов в минуту п насоса [4], представленная на рисунке 12.
Особенности используемых решений
Для поиска оптимальных значений Пі следует применить глобальный поисковый метод, позволяющий находить минимум целевой функции на всём пространстве поиска. Особенностью поиска является то, что технологические ограничения делают целевую функцию кусочно-непрерывной и лакунарной, что накладывает свои ограничения на выбор поискового метода. Анализ возможных вариантов позволил выбрать наиболее оптимальный метод -классический генетический алгоритм. Выбор классического варианта ГА был обусловлен следующими факторами: во-первых, он «просматривает» всё пространство поиска, не застревая в локальных экстремумах функций, а во-вторых, с увеличением n-мерности пространства поиска целесообразность его применения возрастает. Другими словами, чем больше переменных в функции пригодности, тем выше целесообразность применения ГА.
«Отцом-основателем» генетических алгоритмов считается Джон Холланд (англ. John Holland), книга которого «Адаптация в естественных и искусственных системах» (англ. Adaptation in Natural and Artificial Systems) является основополагающим трудом в этой области исследований [82]. Генетические алгоритмы представляют собой метод, отражающий естественную эволюцию методов решения проблем, и в первую очередь задач оптимизации. Генетические алгоритмы - это процедуры поиска, основанные на механизмах естественного отбора и наследования. В них используется эволюционный принцип выживания наиболее приспособленных особей. Генетические алгоритмы — это алгоритмы, которые позволяют найти удовлетворительное решение к аналитически неразрешимым проблемам через последовательный подбор и комбинирование искомых параметров с использованием механизмов, напоминающих биологическую эволюцию. Отличительной особенностью генетических алгоритмов является акцент на использование оператора «кроссовера», который производит операцию, роль которой аналогична роли скрещивания в живой природе.
Они отличаются от традиционных методов оптимизации несколькими базовыми элементами. В частности, генетические алгоритмы: 1. обрабатывают не значения параметров самой задачи, а их закодированную форму; 2. осуществляют поиск решения исходя не из единственной точки, а из их некоторой популяции; 3. используют только целевую функцию, а не ее производные либо иную дополнительную информацию; 4. применяют вероятностные, а не детерминированные правила выбора.
Перечисленные четыре свойства, которые можно сформулировать также как кодирование параметров, операции на популяциях, использование минимума информации о задаче и рандомизация операций приводят в результате к устойчивости генетических алгоритмов и к их превосходству над другими широко применяемыми поисковыми методами. Подробно ГА представлены в работах [31-35,82,83,87].
Известно много разновидностей ГА, а именно: канонический, генитор (англ. Genitor), гибридные ГА, островная модель, муравьиная колония и многие другие. В данной работе автор предлагает использовать модифицированный вариант канонического ГА, поскольку, во-первых, он «просматривает» всё пространство поиска, не застревая в локальных экстремумах функций, а во-вторых, он достаточно прост и хорошо описан в многочисленных источниках, в-третьих, с увеличением п-мерности пространства поиска целесообразность его применения возрастает.
Особенности канонического ГА: 1) фиксированный размер популяции; 2) фиксированная разрядность генов; 3) пропорциональный отбор; 4) особи для скрещивания выбираются случайным образом; 5) одноточечный кроссовер и одноточечная мутация; 6) следующее поколение формируется из потомков текущего поколения без «элитизма», потомки занимают места своих родителей.
На текущий момент рассматривается возможность оптимизации работы стаций на всей протяжённости участка МН. На участке МН располагается, как правило, около десяти-пятнадцати НПС или ЛПДС, на каждой из них установлено по четыре МНА, а на каждый МНА приходится одиннадцать оптимизируемых параметров. В итоге общее число параметров составляет от 440 до 660. На верхний уровень приходят все 660 параметров, из которых в результате математических преобразований остается не более 60. Таким образом, в вычислениях участвуют до 60 параметров (десять-пятнадцать станций по два работающих экземпляра МНА, поскольку остальные два находятся в "тёплом" резерве, и до двух оптимизируемых параметров на МНА).
Цели программы: 1. Поиск наименьшего общего энергопотребления МНА участка магистрального нефтепровода при выполнении плана по транспорту нефти. 2. Выдача предупреждений для пользователя в случае зацикливания программы и аварийное завершение программы. 3. Представление каждого оптимизируемого параметра с требуемой точностью (до шестого знака после запятой) — желательно кодировать параметры шестнадцатью битами.
Автоматизированная система определения оптимального режима работы участка магистрального нефтепровода (АСООР РУМН) также как и программный вспомогательный модуль реализуется в виде компьютерной программы. Данная программа должна устанавливаться и работать непосредственно на компьютере центрального диспетчерского пункта, входящим в состав автоматической системы управления технологическими процессами (АСУТП) всеми участками магистрального нефтепровода (МН). Данная программа может быть реализована или как самостоятельное приложение, или как часть управляющей программы АСУТП центрального диспетчерского пункта. Автор отмечает, что АСУТП центрального диспетчерского пункта (ЦДЛ) имеет наивысший приоритет над другими АСУТП (региональными, территориальными и местными). В качестве управляющей программы АСУТП ЦДЛ также, как правило, выступает SCADA-система. И поэтому автор предлагает оформить программу, реализующую верхний уровень, в виде файла динамически подключаемой библиотеки, интегрированного в SCADA-систему АСУТП ЦДЛ.
Анализ полученных результатов при помощи ГА
Для проверки верности предложенного автором подхода, была произведена проверка работы написанной программы верхнего уровня (имея в виду ограничения, описанные в третьей главе). Основной функцией указанного программного обеспечения, выполняющего оптимизацию работы эксплуатационного участка магистрального нефтепровода, является расчёт значений частот вращения валов включенных МНА эксплуатационного участка магистрального нефтепровода, соответствующих оптимальному режиму работы магистрального нефтепровода, при помощи генетического алгоритма.
Для проверки выдвинутых гипотез было проведено моделирование работы разработанной автоматизированной системы определения оптимального режима работы магистрального нефтепровода. Поскольку в качестве объекта управления выступает участок магистрального нефтепровода, для корректного моделирования его работы требуется взять простую, но обладающую достаточной точностью модель, позволяющую вычислять значения основных рабочих параметров.
Для корректной работы поисковых методов требуется задать изменение хромосомы, чтобы допустимый диапазон изменения хромосомы укладывался в диапазон изменения используемого типа данных. В связи с этим, рабочий диапазон производительности насоса (нижняя граница которого определяется минимально допустимой производительностью насоса, при которой выполняется план объёма перекачки, а верхняя граница - максимально допустимым давлением на выходе НПС) разбивается на части. Количество частей, на которые разбивается рабочий диапазон, называется кратностью разбиения.
Оптимальным значением, по мнению автора, в данном случае является значение кратности разбиения 20 (точность 5%), при которой число поколений не столь велико и составляет чуть выше двух миллионов поколений при суммарной мощности насосов участка МНП в районе 82 МВт.
Согласно итоговым расчётам, количество сэкономленной электрической энергии в первом варианте составляет свыше 20-23% за квартал относительно метода дросселирования, а во втором варианте, составляет 30-35%.
В дополнение автор хочет добавить, что время поиска при помощи метода ГА не превышало получаса при любом значении кратности разбиения.
Для дополнительной проверки концепции автоматизированной системы определения оптимального режима работы на примере НПС с помощью ГА и сравнения с ним в части эффективности была разработана программа моделирования системы оптимизации, основанная на методе прямого перебора. Главным достоинством метода прямого перебора является то, что он находит самое лучшее решение на пространстве поиска, пусть и в ущерб времени поиска.
Также были получены результаты методом прямого перебора, при котором значения числа оборотов вала МНА п} на участке МН задаются независимо друг от друга. Поскольку метод ресурсоёмок, количество станций было ограничено значением 10, при котором возможно осуществить моделирование в срок не более суток (на одном стандартном ПК с производительностью не менее 600 MIPS).
Автор выбрал эту величину, исходя из выражения расчёта числа итераций и времени поиска. Результаты работы программы, использующей метод прямого перебора, представлены на рисунках 28-32.
