Глава 3. Реструктуризация городских систем газоснабжения, функционирующих по принципу «регулирование по ошибке»

3.1. Обзор результатов исследований в области управления функционированием городских систем газоснабжения

Распределительные системы газоснабжения городов и населенных пунктов с численностью населения свыше 100 тысяч человек, согласно правилам безопасности систем газораспределения и газопотребеления и СНиП 42-01-2002, должны содержать в своем составе автоматизированные системы управления технологическими процессами распределения газа (АСУ ТП РГ), а в качестве газорегулирующего оборудования – систему РП (ГРС, ГГРП, ГРП, ГРУ и т.д.). Таким образом, газорегулирующая и управляющая система транспорта газа строится на множестве РП, предназначенных для непосредственного регулирования давления в сетях и косвенного (через рабочее давление) регулирования расхода газа. Но даже такие ограниченные функции АСУ ТП РГ на практике сводятся лишь к сезонному (в большинстве случаев – одноразовому) корректированию рабочего давления после РП, причем преимущественно в ручном режиме. Регулирование расхода газа стихийно осуществляется самими газопотребителями со всеми вытекающими из этого последствиями (игнорирование остальных потребителей, стохастическим режимом потребления, плохой предсказуемостью прогноза потребления и т.д.). Это приводит лишь к тому, что при резких похолоданиях система оказывается не готова к подобным внешним (трудно предсказуемым) возмущениям и не в состоянии своевременно отреагировать.

Несмотря на большое количество работ по теории и практике моделирования потокораспределения вообще и развития процесса управления в частности (например работы С. Г. Акопяна, В.А. Веникова, И.С. Квасова, А.П. Меренкова, В.П. Мешалкина, Н.Н. Новицкого, М.Я. Панова, М.Г. Сухарева, А.Д. Тевяшева, В.Я. Хасилева и др), проблема остается по-прежнему актуальной.

Очевидно, система регулирования и управления газопотреблением нуждается в реконструкции, которая сводится к дополнительному оснащению элементами (исполнительными органами), непосредственно управляющими расходами газа, идущего на потребление. Обозначим эти элементы управляемыми из компьютерного центра дросселями (УД) или регуляторами расхода (РР), функционирующими в режиме мониторинга, что гарантирует постоянную готовность системы к перенастройке в случае внешних климатических и внутренних (ремонты, реконструкции, реструктуризации) возмущений. Выработка управляющего сигнала на перенастройку системы в компьютерном центре относит реконструированную подобным образом систему регулирования и управления к классу кибернетических систем.

Из этого следует актуальность поставленной задачи, состоящей в необходимости разработки модели управления функционированием системы транспорта и распределения природного газа, призванную обеспечивать программную реализацию задач управления газопотоками на муниципальном уровне с приоритетным учетом интересов отдельных потребителей и групп однородных потребителей.

Суммируя изложенное, сформулируем цель настоящей работы: разработка математической модели оперативного управления функционированием городских систем газоснабжения на основе принципа «регулирование по ошибке» и на этой основе поиск оптимальной (рациональной) структуры транспортной системы от источников к потребителям.

Существует значительный объем исследований в направлении решения задач оперативного управления газо- и водопотоками в гидравлических системах городов и населенных пунктов. Фундаментальное решение такого рода задач основано на математическом моделировании потокораспределения ТГС. Исследование в данном направлении проводились многими учеными. Авторами работ выступили Бутковский А.Г., Евдокимов А.Г., Тевяшев А.Д., Литвинов А.П., Панов М.Я. Сухарев М.Г. и др. [11,16,20,21,25,41,46,47,61, 74,83,84,85,93,96,104-106,126 и др.].

Существует несколько принципов регулирования при построении систем автоматического управления: регулирование по возмущению, по ошибке и по комбинированному принципу [20,61,70 и др.]. Несмотря на то, что системы автоматического регулирования по возмущению обладают простотой исполнения, дешевизной, простотой математического описания [20], они имеют ряд существенных недостатков [61]. Основным является необходимость изменения величины возмущенного воздействия, погрешность которого существенно отражается на точности регулирования, что ограничивает их самостоятельное применение. Обычно они используются только в качестве составной части более сложных комбинированных САР.

Основываясь на источниках [13,14,15 и др.], для больших гидравлических систем наиболее целесообразным является формирование модели управления, построенной на принципе регулирования по ошибке.

В данной работе на основе МВС будет решаться задача, касающаяся оперативного управления режимом газопотребления различных сетевых структур (задача реструктуризации) на основе регулирования по ошибке, что имеет существенное практическое значение. Однако следует иметь ввиду, что моделирование процесса управления функционированием по ошибке городских систем газоснабжения нуждается в разработке метода оперативности выработки и передачи управляющего воздействия из компьютерного центра на РР.

В отличие от принципа управления по возмущению [5,46,47], регулирование функционированием системы газоснабжения по отклонению (по ошибке) [13-16] дает возможность получить более стабильные дроссельные характеристики, что немаловажно для систем сложной иерархической структуры с большим количеством дроссельных устройств.

Согласно исследованиям [61,92 и др.], для БГС наиболее целесообразным является формулирование модели управления, построенной на принципе регулирования по ошибке.