Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ существующего положения и постановка вопросов 10
1.1. Краткая характеристика современных ТПС, проблем организации режимов их работы и уровня применения информационно-вычислительных технологий 10
1.2. Аналитический обзор литературы по вопросам расчета режимов работы ТПС 21
1.3. Исходные положения и постановка задач исследования 28
2. Задачи и методы расчета технологически допустимых гидравлических режимов 34
2.1. Модели управляемого потокораспределения 34
2.2. Методы расчета допустимых гидравлических режимов 44
2.3. Методы поиска допустимых гидравлических режимов 45
2.4. Оптимизация режимов по технологическим критериям 50
2.5. Многокритериальная оптимизация режимов 56
3. Структура и принципы реализации информационно-вычислительной среды для моделирования и расчета режимов ТПС 58
3.1. Основные требования к функциям ИВС 58
3.2. Принципы реализации ИВС 62
3.3. Описание реализации элементов ИВС 67
4. Практическое применение разработанных моделей, алгоритмов и программ 89
4.1. Методика поиска допустимых режимов систем поддержания пластового давления 89
4.2. Примеры практической апробации методики и инструментальных средств 93
4.3. О применении результатов диссертационной работы в практике эксплуатации и диспетчерского управления ТПС разного типа и назначения 97
Заключение 109
Список литературы
- Аналитический обзор литературы по вопросам расчета режимов работы ТПС
- Исходные положения и постановка задач исследования
- Методы поиска допустимых гидравлических режимов
- Примеры практической апробации методики и инструментальных средств
Введение к работе
Актуальность темы. Трубопроводные системы (тепло-, водо-, нефте-, газоснабжения и другие) представляют собой сложные, структурно неоднородные, многосвязные, пространственно разнесенные иерархические объекты. Функционирование таких систем осуществляется в условиях переменности структуры, параметров и режимов работы под воздействием многочисленных внешних и внутренних факторов систематического и случайного характера, что уже само по себе определяет сложность задач управления и актуальность его автоматизации на основе применения современных методов математического моделирования и вычислительной техники.
Становление рыночных отношений между поставщиками и потребителями, смежными системами и контролирующими органами ужесточают требования к эффективности и надежности трубопроводных систем (ТПС), к качеству и бесперебойности снабжения потребителей, выполнения договорных и экспортных поставок. Центральная проблема здесь состоит в противоречии между возросшими требованиями к экономической эффективности ТПС и низкой технологичностью процессов управления ими на фоне общего старения оборудования, существенного изменения структуры и уровня нагрузок, когда подавляющее большинство ТПС вынужденно работают в непроектных режимах, в узкой допустимой области, а зачастую и с ее нарушениями. Особенно остро проблемы технологичности управления стоят для ТПС сложной многоконтурной структуры вследствие жесткой гидравлической взаимосвязи режимов работы всех элементов.
Это, в свою очередь, выводит на передний план необходимость развития существующих и разработки специальных методов расчета и количественного обоснования технологически допустимых режимов работы ТПС, оптимизации режимов с гибким учетом технологических ограничений и требований, в том числе налагаемых на само управление как непрерывного, так и дискретного характера.
Вопросам расчета режимов ТПС различного типа и назначения посвящены многочисленные работы, что свидетельствует об их актуальности, сложности и многоплановости. Проведенный обзор научно-методической литературы в этой области, однако, показал практическое отсутствие работ, специально посвященных комплексному изучению вопросов допустимости режимов, методам учета технологических ограничений и критериев при их расчете и оптимизации.
Отсутствие соответствующих разработок сдерживает широкое применение методов оптимизации на практике (в том числе и по экономическим критериям), где все еще используются, в основном, методы расчета потоко-распределения со всеми сопутствующими недостатками, вытекающими из большой трудоемкости и слабой регламентированности отыскания допустимых и оптимальных решений на основе многовариантных расчетов потоко-распределения.
Второй, не менее важной, причиной, ограничивающей применение методов математического моделирования при управлении режимами ТПС, является недостаточный уровень использования потенциальных возможностей современных информационных технологий, обусловленный отсутствием универсальных средств интеграции этих технологий и методов решения ре-жимно-технологических задач для ТПС произвольного типа и назначения.
Наибольший эффект от разработки соответствующего методического и программного обеспечения может быть достигнут на межотраслевом уровне, вследствие большой степени общности содержательных и математических постановок задач расчета режимов ТПС различного типа и назначения. В принципе, это может быть обеспечено на базе сформулированного и развиваемого в ИСЭМ СО РАН научного направления - теории гидравлических цепей [50], с учетом накопленного здесь опыта в области математического моделирования, анализа и синтеза трубопроводных и гидравлических систем. Цель и задачи работы. Цель работы - разработка методов и информационно-вычислительной среды для решения комплексной задачи расчета технологически допустимых гидравлических режимов,многоконтурных ТПС. Для достижения этой цели в работе ставились следующие задачи:
1. Формализация дискретно-непрерывной математической модели управляемого потокораспределения и задач комплексного расчета технологически допустимых гидравлических режимов.
2. Разработка и исследование алгоритма совместного поиска комбинаций насосных агрегатов и положения дросселирующих органов для обеспечения допустимости гидравлических режимов.
3. Разработка и исследование подходов для оптимизации режимов по технологическим критериям.
4. Создание программного модуля для расчета технологически допустимых гидравлических режимов на основе разработанных алгоритмов.
5. Разработка информационно-вычислительной среды как универсального интерфейса пользователя для компьютерного моделирования трубопроводных систем.
6. Апробация разработанного программного и алгоритмического обеспечения для расчета режимов трубопроводных систем на примере систем поддержания пластового давления.
Научная новизна. Впервые на межотраслевом уровне предпринята попытка комплексного исследования задачи расчета технологически допустимых гидравлических режимов многоконтурных ТПС, что позволило получить следующие результаты.
1. Построены новые дискретно-непрерывные модели управляемого установившегося потокораспределения, обеспечивающие возможность постановки и решения задач расчета допустимых и оптимальных гидравлических режимов при произвольных схемах соединения насосов на активных элементах расчетной схемы.
2. Разработан и реализован оригинальный алгоритм совместного поиска комбинаций насосных агрегатов и положения дросселирующих органов для обеспечения допустимости гидравлических режимов, основанный на сочетании методов последовательного,сужения области работы активных элементов и методов расчета допустимого режима ТПС по непрерывным переменным.
3. Предложено и исследовано три подхода для дискретно-непрерывной оптимизации режимов. В том числе разработан новый метод, основанный на многократном применении алгоритма поиска допустимого режима, обладающий свойством инвариантности к виду привлекаемых критериев, и потенциально, применимый в случае поиска решения по нескольким предварительно ранжированным критериям.
4. Разработана универсальная структура базы данных, а также инструментальное средство ее поддержки, обеспечивающие возможность интерактивной настройки баз данных на любые типы ТПС и классы решаемых задач с учетом возможности иерархического представления расчетных схем.
5. Создан универсальный графический интерфейс пользователя (информационно-вычислительная среда), обеспечивающий возможность интеграции информационного и вычислительного окружения для решенья задач компьютерного моделирования ТПС произвольного типа и назначения.
Практическая ценность и реализация работы. Разработанное методическое, алгоритмическое и программное обеспечение может быть использовано при разработке автоматизированных систем диспетчерского управления для решения задач планирования и оперативного управления гидравлическими режимами работы систем повышения пластового давления, систем тепло-, водо- и газоснабжения, трубопроводных систем технологического назначения и других. Оно также может быть использовано для анализа реализуемости проектных решений и управляемости проектных схем ТПС при возможных отклонениях от расчетных условий, а также в исследовательских и учебных целях.
Применение разработанного алгоритмического и программного продукта позволит обеспечить: 1) эффективность процессов расчета режимов при их планировании и диспетчерском управлении за счет сокращения непроизводительных затрат на поиск допустимых и оптимальных решений традиционными способами многовариантных гидравлических расчетов; 2) надежность решений по организации режимов за счет учета разнообразных технологических ограничений и требований; 3) повышение степени технологической приемлемости и реализуемости экономически оптимальных режимов.
Построенные математические модели, методы и алгоритмы поиска допустимых и оптимальных режимов реализованы в виде программного модуля, который был апробирован на реальных системах поддержания пластового давления (СГШД) нефтяных месторождений Западной Сибири (Но-ябрьск, Самотлор, ПерьмОйл, Мамонтовнефть и др.).
Информационно-вычислительная среда (ИВС) и программный модуль для расчета допустимых и оптимальных режимов, совместно с комплексом программ «ДисППД» были использованы в ОАО «СибНИИЭНГ» (г.Тюмень) при разработке рекомендаций по оптимизации режимов СППД нефтяных месторождений Западной Сибири.
ИВС в составе ИВК «АНГАРА» внедрены в практику разработки эксплуатационных режимов и диспетчерского управления на предприятиях тепловых сетей ОАО «ИркутскЭнерго» (в городах Иркутск, Ангарск, Братск, Железногорск, Черемхово), других организациях страны, а так же за рубежом (Национальный диспетчерский центр энергосистемы Монголии).
Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях молодых специалистов ИСЭМ СО РАН в 2001-2004г., 2006г., конференциях «Информационные и математические технологии» 2004-2007г., Всероссийских семинарах с международным участием «Математические модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем» (Туапсе, 2002г.; Минск, 2004г.; Санкт-Петербург, 2006г.), международной конференции по проблемам энергетики в Улан-Баторе в 2005г. Отдельные результаты данной работы вошли в проект «Разработка методического обеспечения для решения задач организации энергоэффективных теплогидравлических режимов работы теплоснабжающих систем на базе методов теории гидравлических цепей и современных информационных технологий», занявший 2 место в конкурсе исследовательских грантов фонда «Глобальная энергия» в 2005 году. Глава 3 включена в программу ОЭММПУ РАН: «Разработка интегрированной информационно-вычислительной среды для компьютерного моделирования трубопроводных систем энергетики на базе методов теории гидравлических цепей».
Публикации. Основное содержание работы отражено в 17 публикациях [4,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,62,63,64,70,86,87], в том числе, в центральных изданиях 4, из них 1 в журнале «Известия. РАН. Энергетика», 3 - в коллективных монографиях. Еще 3 публикации находятся в печати.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (91 наименование) и приложения (на 27 страницах). Изложена на 122 страницах, содержит 26 рисунков, 4 таблицы. Приложение содержит 6 таблиц и 3 рисунка.
В первой главе, имеющей обзорно-постановочный характер, дается краткая характеристика современных ТПС, сложившейся практики и проблем управления режимами, уровня автоматизации и применения современных методов математического моделирования и вычислительной техники. Выполнен анализ научно-методических работ по вопросам расчета и оптимизации режимов работы ТПС. Дана содержательная постановка целей и задач исследования.
Во второй главе приводятся результаты исследования проблемы моделирования управляющих элементов ТПС, описаны сетевые модели управляемого потокораспределения, комплексная задача расчета допустимых режимов с учетом дискретных и непрерывных управлений, а также предложенный алгоритм ее решения. Сформулирована математическая постановка задачи оптимизации режимов по технологическим критериям, дана характери-,. етика разработанных подходов и алгоритмов ее решения.
В третьей главе сформулированы требования к ИВС для компьютерного моделирования ТПС произвольного типа и назначения. Дана характеристика разработанной универсальной структуры БД, обеспечивающей хранение данных по всем элементам, а также всех необходимых взаимосвязей элементов, схем, планов и расчетных задач. Описаны принципы реализации, а также основные функции и возможности разработанной ИВС.
В четвертой главе рассмотрены вопросы практического применения результатов диссертационной работы. Приведена методика проведения расчетов допустимых и оптимальных гидравлических режимов. Даны примеры расчетов реальных систем поддержания пластового давления. Кратко описаны два программно-вычислительных комплекса, реализованных при непосредственном участии автора, - для расчета режимов систем поддержания пластового давления и для расчета режимов теплоснабжающих систем, а также сведения о практическом внедрении. Показана возможность более широкого применения разработанных алгоритмов и ИВС для других типов систем, в научных исследованиях и учебных целях.
В заключении представлены основные результаты работы. В приложении помещены: таблицы параметров элементов СППД, исходные данные по расчетному примеру, протокол программы расчета допустимого режима, сведения о внедрениях.
Аналитический обзор литературы по вопросам расчета режимов работы ТПС
Ввиду высокой актуальности задач. расчета режимов .в литературе встречается значительное количество публикаций, посвященных этой проблеме. Большинство из них можно отнести к работам трёх крупных научных школ, занимающихся вопросами математического моделирования ТПС на территории бывшего СССР - Иркутская, Харьковская и Московская. В начале 60-х годов, в СЭИ СО РАН были сформулированы основы теории гидравлических цепей как научно технической дисциплины, объединяющие на межотраслевом математическом уровне общие результаты, справедливые для разных типов ТПС. Наиболее полный обзор исследований в области математического моделирования и расчета режимов ТПС был сделан в [50,46].
Предметом теории гидравлических цепей являются вопросы математического моделирования, расчета, оптимизации и идентификации трубопроводных систем, которые обладают общностью структуры, расчетных схем, подчиняются общим сетевым законам сохранения массы и энергии транспортируемой среды, а так же законам её течения по отдельным элементам.
Теория гидравлических цепей имеет общность ряда физико-математи ческих положений с теорией электрических цепей, которая развивается уже более 150 лет и давно имеет самостоятельный математический аппарат, кото рый широко используется в электротехнике, радиоэлектронике и электро энергетике. В области ТГЦ такого аппарата до 60-х годов прошлого века не было. Главной причиной этого можно назвать нелинейность систем уравне ний, описывающих процессы течения (в отличие от электрических систем), которые обуславливают высокую вычислительную сложность соответст вующих методов вследствие чего не представляли практического интереса в условиях ручного счета. Таким образом, разработка математических моделей и методов расчета ТПС сдерживалась отсутствием вычислительной техники.
Основными разделами ТГЦ являются: алгебра и модельный аппарат гидравлических цепей (ГЦ), методы гидравлического расчета в ГЦ с сосредо точенными переменными и распределенными параметрами, методы иденти фикации моделей и оценивания их параметров, оптимизация структуры и па раметров ГЦ
Задачи и методы расчета потокораспределения. Наиболее ранние (увязочные) методы расчета потокораспределения в гидравлических и трубопроводных сетях впервые были предложены Андрияшевым М.М.[17,18], Лобачевым В.Г.[43,44], Кроссом Х.[0]. В дальнейшем, исследованиям и разработке методов расчета потокораспределения для различных типов ТПС и классов. моделей, в нашей стране посвятили свои работы многие ученые, наиболее известные из них: Хасилев В.Я.[50,49,51,91,90], Меренков А.П. [50,46,49,51,47,48], Каганович Б.М. [46,32], Новицкий Н.Н. [46,60,68], Сидлер В.Г. [46,49,78,79], Фольгарт В.И. [33,34,35], Цой С. [93], Монахов Г.В. [54,53,55] и др. - для систем теплоснабжения; Абрамов Н.Н. [5], Евдокимов А.Г. [27,28,29], Тевяшев А.Д. [28,29,94], Вайсфельд В.А. [19,20], Сумароков СВ. [46,83] и др. -для систем водоснабжения; Сухарев М.Г.[84,85], Ставров-ский Е.Р. [84,85], Панов М.Я. [74,72,73,71], Квасов И.С. [73] и др. - для газоснабжающих систем, Морев А.А. [57,56], Новицкий Н.Н. [57,56] - для нефтеснабжающих систем.
На сегодняшний день задачи расчета потокораспределения, анализа режимов тепло-, водо-, газо-, нефтеснабжающих систем достигли высокого уровня, сопоставимого с уровнем аналогичных работ в электроэнергетике. Однако в задачах оптимизации режимов между ТПС и электроэнергетическими системами (ЭЭС) еще остается значительный отрыв.
Исходные положения и постановка задач исследования
Проведенный обзор литературы по вопросам расчета режимов и оптимизации ТПС показал, что, несмотря на высокую актуальность данных задач, до настоящего времени нет работ, специально посвященных комплексному изучению вопросов допустимости, методам расчета и оптимизации режимов с учетом технологических ограничений и критериев. Отсутствие соответствующих методов сдерживает широкое применение методов оптимизации на практике (в том числе по экономическим критериям), где все еще используются в основном методы расчета потокораспределения, со всеми ограничениями этих методов.
Второй (не менее важной) причиной, сдерживающей широкое применение методов математического моделирования при управлении режимами ТПС (в особенности ТПС сложной многоконтурной структуры) является слабый уровень использования потенциальных возможностей современных информационных технологий, обусловленный отсутствием универсальной информационно-вычислительной среды как средства интеграции этих технологий и вычислительных методов для решения режимно-технологических задач в ТПС произвольного типа и назначения.
Исходные положения. В принципе, как отмечалось, задачи поиска режима, удовлетворяющего тем или иным требованиям, могут решаться путем многовариантных расчетов потокораспределения, что и делается на практике со всеми недостатками такого подхода, вытекающими из его чрезвычайной трудоемкости и нерегламентированности.
В табл. 1.2. дана классификация задач расчета режимов, исходя из следующих отношений между ними: 1) каждая последующая задача является более сложной, так как предполагает учет большего числа факторов; 2) каждую последующую задачу можно рассматривать как очередной уровень обобщения, соответственно, каждая из задач является частным случаем последующей; 3) необходимым условием существования решения для каждой последующей задачи является существование решения предыдущей; 4) каждая из представленных задач имеет самостоятельное практическое значение.
Примечание. Жирным шрифтом выделены задачи, составляющие предмет работы.
В связи с представленной классификацией, отметим следующее: 1) узким местом, сдерживающим эффективное решение всего спектра задач расчета режимов, представляются задачи поиска технологически допустимых режимов (они выделены жирным шрифтом), а основная трудность здесь состоит в необходимость совместного учета управлений дискретно-непрерывного характера;
2) целесообразно разработать такую иерархию методов расчета режимов, при которой решение более сложной задачи базируется на минимальных модификациях методов и алгоритмов, предназначенных для решения более простой задачи;
Предмет исследования. Предметом данной работы является комплексная задача расчета технологически допустимых установившихся гидравлических режимов ТПС. Под технологически допустимым режимом (ТДР) понимается режим, удовлетворяющий технологическим ограничениям и требованиям, а задача его расчета состоит в нахождении управлений, обеспечивающих реализуемость этого режима при заданных граничных условиях. Комплексность задачи вытекает из необходимости: учета управлений как непрерывного, так и дискретного характера; введения в рассмотрение не только ограничений неравенств на компоненты искомого решения, но и критериев технологичности, приводящих к оптимизационным постановкам; разработки не только методов и алгоритмов расчета ТДР, но и их программной реализации; разработки основных требований, принципов и механизмов реализации информационно-вычислительной среды нового поколения для компьютерного моделирования ТПС различного типа и назначения; разработки программно-вычислительного комплекса, обеспечивающего как информационные, так и расчетно-аналитические функции. Объект исследования. Объектом исследований являются структурно неоднородные многоконтурные ТПС, то есть трубопроводные сети с произвольным числом и схемой соединения источников, насосных станций, потребителей, автоматических регуляторов и другой регулирующей арматуры.
Методы поиска допустимых гидравлических режимов
Необходимость учета дискретных управлений главным образом связана с поиском допустимых комбинаций включения насосных агрегатов на насосных станциях, причем наиболее сложен поиск комбинаций параллельно установленных насосов. В разделе 2.1 выведены зависимости для разнотипных НА. Но, даже в случае параллельной схемы соединения однотипных насосов имеют место следующие сложности: суммарная гидравлическая характеристика НС (z -й активной ветви) может быть представлена в виде у = Я, - ajsi xi I х. I, где si = s /nf, s., Hj - сопротивление и действующий на пор одного насоса, nt - число включенных насосов, которое можно рассматривать как целочисленный управляющий параметр «;. [0,1,.../7,].
Зона минимально и максимально допустимых производительностей (расходов) НС определится из соотношений: х, = п.х[,, xt = rtfi, где х ,, х, - нижняя и верхняя границы рабочей зоны одного насоса. Из приведенных соотношений следует, что область допустимых значений (х,, ) для /?, включенных насосов не накрывает область допустимых точек (xi,yj) при и, п., а сама область является невыпуклой и в общем случае - несвязной. Это исключает возможность сведения задачи к непрерывной и ее решения методами, изложенными в разделе 2.2 с последующей дискретизацией решений по X.
Задача поиска допустимого режима. Рассмотрим задачу совместного поиска допустимого режима на множестве как непрерывных (дросселирование потока), так и дискретных управлений, связанных с возможностью переключений разнотипных параллельно соединенных НА.
Предлагаемый алгоритм основан на схеме ветвлений и отсечений и обеспечивает последовательное сужение области неопределенности режимов работы НС. Ветвление осуществляется за счет дробления зоны возможных производительностей НС, отсечение - за счет проверки допустимости режима в текущих условиях, а сама проверка - путем решения непрерывной задачи, в которой вместо фактических областей параметров работы активных элементов используется их ближайшая выпуклая аппроксимация рис.2.4.(б).
Пусть 1А - множество индексов активных элементов (НС), а Ц -множество всех комбинаций включения насосов на z -й НС, тогда допустимую область работы z -й НС обозначим как Z . Данная область определяется множеством точек хпуп удовлетворяющих условиям: х, Х1 х, и (х,) JA 0, /єЦ. Выпуклая аппроксимация (Ц) области DiaDl может быть представлена условиями х, х, х,, /(x,) j/. 0, причем fiiXi) fL(xL) для всех комбинаций (Ц), имеющих пересечения рабочих зон [xL,xL] с заданным диапазоном [x/?xj. Таким образом, /(х,) - оценка снизу возможного перепада давления, развиваемого на /-й НС в диапазоне [x;,xj. В частности, если fL(xL) = sLx2L-YL, то такая функция может быть определена как /(х(.) = $,. xf - Yj, а ее параметры (s Y определяются по двум точкам (&»Д Ои( ,Д ;),где = тт{/ДЬ)},/==тіп{/і(л/)}. /єі, leL С учетом сказанного, вычислительный процесс поиска допустимого режима может быть организован следующим образом.
1. Для всех і є 1А полагаем х;. = min{x/}, х. = max{x,}. /єі, /є Li
2. Определяются аппроксимирующие функции Дх,), /є/л, которые в п.З принимаются в роли гидравлических характеристик управляемых активных ветвей (рис.2.4б).
3. Решается непрерывная задача поиска необходимого дросселирования для ввода режима в допустимую область. Если допустимый режим не найден, то на п.5. Если для всех і є ІА {х у,} є Dj - решение общей задачи получено.
4. Ситуация {xj,yj} Dj для некоторого /є/, порождает два дополнительных варианта. Варианты записываются в очередь с новыми значениями допустимых производительностей /-й НС. В одном из них (по отношению к текущему варианту) корректируется только верхняя граница допустимой производительности как minlx max )}, а в другом - нижняя - maxlx mir x,)}, причем Ц множество комбинаций, имеющих пересечения рабочих зон с диапазоном [х,.,х;], а Ц+ - с диапазоном [x(.,xj] (рис. 2.4.в). 5. Выбирается очередной непросмотренный вариант из очереди и на п.2.
Примеры практической апробации методики и инструментальных средств
Примеры расчета. Исследование алгоритма поиска допустимого режима было проведено на ряде реальных схем систем поддержания пластового давления. Эти системы характеризуются многоконтурностью, высоким давлением (до 200 атм.) и большими расходами. Как правило, в таких системах имеется несколько источников, на каждом из которых работает до 10 и более насосных агрегатов. Задачи поиска технологически допустимых и оптимальных режимов стоят в таких системах особенно остро. С учетом высокой степени износа оборудования, любые переключения крайне нежелательны, т.к. часто ведут к гидроударам, и как следствие, аварийным отключениям частей системы, что влечет за собой большие экономические потери. Как уже отмечалось, алгоритм поиска допустимой комбинации включения насосных агрегатов реализован в виде отдельной программы и подключен к комплексу программ для расчета систем поддержания пластового давления в разработанной универсальной информационно-вычислительной среде. Примеры некоторых схем, на которых проводились расчеты изображены на рис.4.4. Насосные агрегаты на всех источниках соединены параллельно, дросселирование осуществляется в целом по источнику. Используя алгоритм поиска допустимого режима проводилась двухкритериальная оптимизация по критерию минимума задействованного оборудования, т.е. к ограничениям по технологическим параметрам добавлялись ограничения на число задействованных НА. На последнем этапе, проводилась оптимизация по критерию минимума суммарного дросселирования.
В таблице 4.1 кратко даются характеристики некоторых схем реальных объектов, на которых проводились расчеты. В таблице 4.2 представлены результаты работы программы расчета допустимых режимов и программы двухкритериальнои оптимизации по критерию минимума задействованного оборудования и минимума суммарного дросселирования. В таблице схемы характеризуются числом источников и числом насосных агрегатов, установленных на этих источниках. Именно эти параметры влияют на время работы алгоритма поиска допустимой комбинации включения НА. Так время поиска допустимого режима для указанных схем не превышало 1 мин., максимальное время поиска оптимального режима составило 7 минут. Причем большая часть времени приходится на чтение-запись данных в БД.
В целом, оценивая эффективность работы алгоритма поиска допустимого режима можно сделать вывод, что наибольшее влияние на число итераций оказывают не число насосных агрегатов или источников в сети, а жесткость ограничений по давлениям и наличие НА с различными характеристиками на одном источнике.
Используя предложенный в разделе 2.4 метод поиска оптимального решения на последовательно сужающейся области допустимых решений удалось улучшить допустимое решение. Учитывая высокую номинальную мощность используемых в СППД НА (порядка бООквт) выведение в резерв двух НА может дать весомую экономию электроэнергии.
Задача поиска минимума суммарного дросселирования позволяет в ряде случаев полностью исключить использование дросселирующих органов из работы, а в других значительно снизить величину дросселирования.
Разработанные методы ,алгоритмы и программы апробированы на реальных примерах СППД. Кроме того, разработанные вычислительные технологии и модули могут быть применены как для гидравлических расчетов других типов систем (водоснабжение, теплоснабжение), так и для разных классов задач. Далее приводятся примеры того, как с помощью предложенной технологии генерации ИВК и созданной ИВС может быть создан и настроен ИВК для систем теплоснабжения. В таком виде он применяется для научных исследований в институте, в частности для решения задач теплогидравлического расчета режимов и оптимального синтеза ТСС.
Описание ИВК «Ангара». Представленная ИВС, с комплексом программ, разработанных коллективом лаборатории трубопроводных и гидравлических систем ИСЭМ СО РАН, для расчета тепловых сетей получила название ИВК «АНГАРА». Название может быть расшифровано как «Автоматизация наладочных и гидравлических расчетов», и в тоже время дает пред ставление о географическом месте разработки ИВК.
Общая характеристика ИВК. Современная версия ИВК «АНГАРА» представляет собой интегрированную среду [8] и позволяет решать, как информационные, так и расчетно-аналитические прикладные задачи в рамках единого интерфейса пользователя в операционной среде Winows 2000/ХР (рис. 4.5). ИВК обладает следующими свойствами: наглядный графический интерфейс пользователя; возможность отображения данных как непосредственно на схемах ТСС, так и в табличном виде; автоматический контроль ошибок данных; возможность проведения расчетов сетей большой размерности в диалоговом режиме; наглядная интерпретация данных и результатов расчета в виде цветовых зон, различных графиков; возможность многопользовательского режима работы группы специалистов в сети ПК, с распределенными базами данных; сопряжения с ГИС и стандартными офисными приложениями; открытость по данным и возможность наращивания расчетно аналитических функций без участия разработчиков.
Основным отличием данного ИВК от многочисленных графических редакторов и геоинформационных систем является то, что создаваемые графические схемы являются активными. Манипулируя с конфигурацией и параметрами элементов схем, пользователь, фактически, манипулирует с уравнениями, которым должна удовлетворять реальная система, что, однако, остается для него незаметным.
