3.4. Синтез дроссельных характеристик модели управления по ошибке городских систем газоснабжения

Переход к реструктуризации возмущенного состояния транспортной системы взрывоопасного газа приводит к утрате этого преимущества, ввиду непредсказуемости изменения перепада давления на горелках, зависящего (неявного) от вида возмущения, что должно быть учтено на уровне алгоритмических построений.

Возвращаясь к задаче реструктуризации отметим, что нелинейная модель (1.15) представляет собой систему нелинейных алгебраических уравнений, содержащую цепные уравнения (для независимых цепей), контурные уравнения для системы независимых контуров, численно представленных цикломатическим числом и узловые балансовые уравнения для узлов с незаданным давлением.

Как отмечалось ранее, к системам газоснабжения низкого давления присоединены бытовые, мелкие коммунальные и промышленные потребители. Эти системы в своем большинстве несут путевую нагрузку, которая отличается плохой управляемостью. В функционирующих системах транзитные и путевые газопотоки структурно не разделены и совместно протекают по трубам, будучи единым управляющим объектом. Если управление путевой составляющей расчетного расхода необходимы для реализации функций управления режимом газопотребления, то уравнения транзитной составляющей не актуально. С этих позиций практикуемое совместное управление транзитными и путевыми расходами путем сезонного изменения рабочего давления после регуляторных пунктов, ограниченное воздействие на гидравлическое сопротивление дроссельных органов является нерациональным и неэкономичным, поскольку имеет бессистемный, плохо предсказуемый характер. Ограниченное число ГРП (ГРУ) в сравнении с неограниченным множеством бытовых и мелких коммунальных потребителей, приводит к утрате индивидуальности управления.

При подключении отопительной нагрузки возникает необходимость в повышении рабочего давления газа после РП, что и является примитивной формой процесса управления. Иными словами управление строится не на моделировании технологического процесса функционирования системы, а на опыте и интуиции обслуживающего персонала.

Целью данного варианта реструктуризации является разработка схемы и математической модели оперативного управления функционированием систем газоснабжения низкого давления, построенной на принципе обратной связи между режимом потребления и исполнительными органами систем управления. К последним относятся управляемые из компьютерного центра дроссельные элементы (УД).

В рассматриваемой системе управления и потокораспределения природного газа предлагается структурное разделение транзитной и путевой составляющей путем отбора путевых расходов к потребителям не по длине трубопровода, а от узлов. Для композиционного координирования УД на газоснабжаемой территории они размещаются на коротких технологических трубопроводах, сразу после отбора. Такая структурная декомпозиция позволяет отказаться от необходимости управления транзитными газопотоками, что не имеет принципиального значения, и управлять непосредственно режимом газопотребления с помощью путевой нагрузки (рис. 2.2).

Отметим, что предлагаемая система управления относится к кибернетическим системам, поскольку управляющий сигнал вырабатывается математическим моделированием в компьютерном центре управления, функционирующем в составе АСУ ТП.

При этом рабочее давление после РП должно быть выше, чем в существующих системах, что однако не имеет принципиального значения, ввиду расположения источников газоснабжения (компрессорных станций) за пределами города.

Моделирование процесса управления достигается целенаправленным воздействием (из компьютерного центра) на гидравлическое сопротивление множества дросселей, установленных на участках, за пределами кольцевых структур, поскольку установка дросселей на участках в составе колец - малоэффективна. Поэтому подмодель возмущенного состояния системы должна быть дополнена уравнениями, формирующими обратную связь настройки УД с режимом газопотребления. С этой целью необходимо сформировать целевую функцию (ЦФ) на основе принципа Лежандра – Гаусса, известного как метод наименьших квадратов (МНК).

Вначале линейные преобразования коснутся системы независимых цепей. Известно, что системы низкого давления наиболее представимы режимом гидравлической гладкости.

Как отмечалось ранее, для анализа невозмущенного состояния используется определенная форма граничной информации, обеспечивающая корректность постановки задач анализа и гарантирующая невырожденность матриц и инвариантность мощности ИФС. Этот класс задач содержит в основном задачи проектирования с априорно заданной граничной информацией I и II рода, заимствованной из информационных массивов и практически не зависящей от режима газопотребления. Учитывая то, что при этом допускается реализация условий квазистационарности и изотермичности рабочей среды, модель потокораспределения сводится к системе алгебраических нелинейных уравнений, результаты решения которых позволяет устанавливать рациональную конфигурацию транспортной системы.