Главная » 2014 » Июнь » 27 » Скачать Модели и алгоритмы поддержки принятия решений диспетчера газотранспортной системы. Гусев, Михаил Александрович бесплатно
4:14 AM
Скачать Модели и алгоритмы поддержки принятия решений диспетчера газотранспортной системы. Гусев, Михаил Александрович бесплатно
Модели и алгоритмы поддержки принятия решений диспетчера газотранспортной системы
Диссертация
Автор: Гусев, Михаил Александрович
Название: Модели и алгоритмы поддержки принятия решений диспетчера газотранспортной системы
Справка: Гусев, Михаил Александрович. Модели и алгоритмы поддержки принятия решений диспетчера газотранспортной системы : диссертация кандидата технических наук : 05.13.01 / Гусев Михаил Александрович; [Место защиты: Владимир. гос. ун-т] - Владимир, 2010 - Количество страниц: 134 с. ил. Владимир, 2010 134 c. :
Объем: 134 стр.
Информация: Владимир, 2010
Содержание:
СПИСОК ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СРЕДСТВ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ДИСПЕТЧЕРА ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ
11 Особенности организации мониторинга процесса управления транспортировкой газа
Система мониторинга газотранспортной системы
12 Место ЛПУ в отраслевой системе оперативно-диспетчерского управления
13 Аппаратно-программный комплекс диспетчерского пункта линейного производственного yпpaвлeния^
14 Анализ средств автоматизации работы диспетчера по управлению процессом транспортировки газа
15 Место СППР в автоматизированном диспетчерском управлении
Выводы по главе 1
ГЛАВА 2 МОДЕЛИИ МЕТОД ОБНАРУЖЕНИЯ
НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЙ НА ЛИНЕЙНОЙ ЧАСТИ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА
21 Основные нештатные ситуации на линейной части магистрального газопровода
22 Причинно-следственные модели НС и метод распознавания их типа
23 Теоретико-множественная модель линейной части магистрального газопровода
Выводы по главе 2
ГЛАВА 3 ИНФОРМАЦИОННО-АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДИСПЕТЧЕРОМ ЛПУ МАГИСТРАЛЬНОГО ГАЗОПРОВОДА
31 Использование тренажера диспетчера для построения прототипа информационной системы поддержки диспетчера ЛПУ МГ
32 Продукционная модель знаний как основа системы поддержки принятия решений диспетчером в нештатных ситуациях
33 Метод обнаружения места возникновения нештатной ситуации на линейном участке многониточного магистрального газопровода
34 Формирование сценария выхода из нештатной ситуации
35 Применение предложенных алгоритмов для решения задачи поиска места возникновения разрыва с реальными исходными данными
Выводы по главе 3
ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ АЛГОРИТМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ОБНАРУЖЕНИЯ НЕШТАТНОЙ СИТУАЦИИ
41 Программная реализация модуля обнаружения места возникновения нештатной ситуации на линейном участке МГ
42 Подход к представлению информации в процессе мониторинга транспорта газа
44 Планирование машинного эксперимента с использованием программного модуля интеллектуальной поддержки диспетчера
45 Применение разработанного метода и инструментальных средств в учебном процессе
Выводы по главе 4
Введение:
Россия — крупнейший поставщик природного газа. ОАО «Газпром» добывает больше всех в мире природного газа, являясь третьей по размерам корпорацией на планете. «Газпром» — единственный поставщик газа в три страны Балтии, а также в Боснию и Герцеговину, Финляндию, Молдавию и Словакию. Это самый крупный поставщик газа в Турцию, удовлетворяющий 65 % потребностей этой страны в газовом топливе. Он продает около четверти всего объема газа, потребляемого Европейским Союзом.
Весь газ Россия поставляет через сеть газопроводов. Альтернатива транспорту газа по магистральным газопроводам (МГ) - это экспорт газа в сжиженном виде, но в силу природных условий данный вариант не приемлем. С одной стороны, в России острый дефицит заводов для производства сжиженного газа. С другой стороны, вблизи месторождений газа нет крупных портов, поэтому нельзя использовать танкеры для транспортировки сжиженного газа. Северный ледовитый океан, условия многолетнемерзлых грунтов и экстремального климата делают эксплуатацию трубопроводной сети сложной задачей.
Газотранспортная система (ГТС) России является крупнейшей в мире и не имеет аналогов. Общая протяженность только магистральных газопроводов составляет более 154 тыс. км. Основной целью транспорта газа является его доставка потребителям внутри России, в странах СНГ и Западной Евро6 пы. Объем газа, добываемого ОАО «Газпром», составляет не менее 570 млрд. куб. м. в год. По прогнозам в 2015 г. объем добычи газа «Газпромом» достигнет 610 - 615 млрд. куб. м, в 2020 году - 650 - 670 млрд. куб. м, что потребует развития газотранспортной системы. Однако в настоящий момент изношенность российской газотранспортной системы составляет примерно 56 %, доля магистральных газопроводов старше 33 лет (нормативный срок службы трубопроводов) составляет более 21 % от общего объема; в общем объеме магистральных газопроводов доля-газопроводов со сроком эксплуатации более 10 лет составляет свыше 60 %, а 32,7 тыс. км МГ выработали установленный срок службы.
Учет реальных возможностей газотранспортной системы при формировании управления является первой важной задачей обеспечения эффективности транспортировки газа. Установлено, что наиболее частые аварии приходятся на трубопроводы, находящиеся в зонах геодинамической активности, а участках напряженного состояния недр, зоны разломов и активной эманации агрессивных глубинных газов. Большое влияние на формирование стресс-коррозии и разрушение трубопроводов оказывают магнитные, электрические и тепловые аномалии1, а также уровень подготовки газа к транспорту. При этом на отдельных участках линейных частей (JI4) трубопроводов^ аварии происходят каждые 3-4 года, на других участках - один раз в 10 — 12 лет, на третьих - раз в 15-20 лет [52]. Поэтому второй основной задачей управления транспортом газа является минимизация его потерь в случае возникновения аварийных ситуаций в газотранспортной системе, а также минимизация возможности возникновения, аварий на газопроводах, что связано с первой" выше обозначенной задачей.
Для решения этих задач используют современные технологии реконструкции и ремонта, а также проводят тщательный антикоррозионный мониторинг магистральных газопроводов аппаратно-программными средствами. Несмотря на эти мероприятия по выполнению плана поставок газа потребителям и минимизации потерь при его транспортировке в транспорт газа зачастую вмешивается человеческий фактор. Наличие на диспетчерском пункте систем автоматизации и управления может привести как к положительным, так и к отрицательным результатам. Любое неверное движение диспетчера по управлению системами автоматики может привести к значительным финансовым потерям, экологическим катастрофам и человеческим жертвам даже в нормальных условиях транспортировки. Особенно критичным человеческий фактор становится в условиях аварийной ситуации, в которой кроме психологической составляющей действует и временная. Поскольку аварийные ситуации на магистральном газопроводе возникают очень редко, а последствия их могут быть катастрофическими, возникает острая необходимость в* информационной, поддержке диспетчерского персонала в, распознавании аварийной ситуации, принятии срочных и адекватных мер по ее локализации.
Характер диспетчерского управления технологическими процессами динамически меняется. Причины - повышение сложности объекта управления, усиление требований к надежности газоснабжения, к безопасности транспортировки газа, внедрение новых информационно-вычислительных и программных систем. В диспетчерской деятельности, наряду с базовой функцией контроля технологического процесса, значительное место начинает занимать функция принятия решений.
Таким образом, необходимость развития диспетчерских комплексов управления газотранспортными системами продиктована временем [47, 110, 71]. В связи с этим в диссертации ставятся задачи разработки и совершенствования информационно-алгоритмического обеспечения процесса мониторинга газотранспортной системы в реальном масштабе времени, а также локализации обнаруженных в результате мониторинга нештатных ситуаций (НС) при транспортировке газа по линейной части трубопроводов.
В настоящее время» выполнены достаточно многочисленные исследования в области развития методов совершенствования информационно-управляющих систем (ИУС). Среди авторов основополагающих работ отечественные ученые В.В. Алешин, Ю.П. Арзуманов, В.М. Глушков, Б.Г. Ильясов, Ю:А. Кафтанюк, А.В;: Костров, Г.Г. Куликов, О.В. Логинов-ский, Р.И. Макаров, А.Г. Мамиконов, О.Б. Низамутдинов, Д:А. Поспелов, С.А. Редкозубов, С.А. Сарданашвили, В.Е.Селезнев, Б .-Я! Советов, Э.А. Трахтенгерц, Е.М. Халатов, А.Н. Швецов, И.Ю. Юсупов, С.А. Яковлев и др.; их работы составляют теоретическую основу повышения эффективности/ управления сложными техническими объектами, в том числе за счет автоматизации процессов поддержки принятия решений. Однако при; автоматизации диспетчерских служб ГТП эти работы требуют учета специфики реальных объектов.
Объектом; исследования является/ процесс мониторинга1, транспортирования газа по ЛЧ МГ. Предмет исследования — модели и методы поддержки принятия решении (111 IP), а именно обнаружения и локализации НС на ЛЧ МГ.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
Целью диссертации, является: повышение эффективности оперативного обнаружения и поиска мест возникновения нештатных ситуаций на МГ.
Для: достижения поставленною цели в* диссертации решены^ следующие научно-технические.задачи::
1. проведен анализ средств информационной поддержки диспетчера: газотранспортной системы с целью определения их возможностей в .части локализации нештатных ситуаций на МГ;;
2. исследован < алгоритма транспорта газа в целях совершенствования математической модели» МГ посредством учета/ временной составляющей;
3. разработан алгоритм и метод поиска места разрыва по показаниям» датчиков давления^ установленных на МГ; .
4. созданы алгоритм и метод формирования - приемлемого, сценария для локализации нештатных ситуаций двух типов — утечки газа изза разрыва трубопровода и несанкционированной перестановки запорной арматуры;
5. реализован и интегрирован в подсистему мониторинга линейного производственного управления (ЛПУ) газотранспортного предприятия (ГТП) модуль информационной поддержки принятия решений диспетчером при обнаружении и локализации нештатных ситуаций, работающий в реальном масштабе времени.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. При решении поставленных задач использовались методы математического моделирования, теории множеств, численные методы приближенного решения уравнений, системного анализа, теории проектирования систем, объектно-ориентированного проектирования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
1. созданы теоретико-множественная модель линейной части многониточного магистрального газопровода и основанный на ней алгоритм моделирования процесса транспорта газа с учетом изменения состояния МГ во времени;
2. предложен алгоритм обнаружения разрыва на МГ и поиска нитки с источником утечки газа по показаниям датчиков давления, а также оценки времени гарантированного обнаружения наличия НС;
3. разработан алгоритм поиска места утечки газа на нитке МГ с разрывом по показаниям датчиков давления;
4. предложен способ представления диспетчеру информации о состоянии МГ в процессе мониторинга транспорта газа для оперативного обнаружения НС.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ диссертации заключается в следующем:
1. реализован программный:модуль обнаружения' нитки ЛЧ МГ заданг ной структуры с источником возникновения НС, связанной с разрывом, по данным мониторинга процесса транспортировки газа;
2. создан программный модуль информационной поддержки диспетчера ЛПУ МГ в части формирования сценария перехода.из нештатного в штатный^ режим работы ЛЧ многониточного магистрального трубопровода после обнаружения на нем места разрыва;
3. реализован программный- модуль визуализации состояния; МГ в процессе: мониторинга- транспорта газа в целях оперативного обнат ружения НС по показаниям датчиков давления подсистемы мониторинга ГТС;
4. подтверждена' эффективность, предложенных методов с помощью; машинных экспериментов; в. том числе на примере: реального частичного разрыва на участке Пангодинского ЛПУ МГ «Уренгой — Грязовец» ООО «Тюментрансгаз» в 17 км после компрессорной станции (;КС>Пангодинская^11.02:2004):
Результаты научных исследований можно использовать при создании и внедрении на предприятиях-нефтегазовошпромышленности;реально действующей системы. мониторинга.и1ШШ? диспетчера; ЛШУ многониточным МГ в НС, адаптированнойшод конкретный применяемый на каждом из этих предприятий комплекс телемеханики; (ТМ), а также дляфеализации-дополнительного? программного модуля тренажера диспетчера ЛПУ многониточным МГ для подготовки, диспетчерского персонала, к работе в нештатных режимах. Автор участвовал, в совместной с Владимирским'государственным университетом? научно-исследовательской работе по договору № 3411/06 «Теоретическое обоснование матричного метода моделирования магистральных газопроводов-длятренажерадиспетчераКС ООО «Тюмситрансгаз» по заказу Научно-исследовательского института измерительных систем им. Ю.Е. Седако-ва Росатома (г. Нижний Новгород).
Кроме того, полученные научные результаты использованы в инновационной компании ООО «Бизнес.РФ» (г. Владимир) в рамках выполнения;
НИОКР №01200959379 «Разработка моделей и алгоритмов мониторинга линейной части магистрального газопровода на предмет обнаружения нештатных ситуаций, определения места разрыва и формирования сценариев?локализации нештатной ситуации» по государственному контракту № 7029р/9332 от 25.06.2009 г. при создании информационной системы мониторинга ГТС, позволяющей в случае возникновения разрывов газопровода обнаруживать место аварии и предлагать сценарий устранения НС.
Разработанные в диссертации модели и алгоритмы применены в учебном процессе кафедры Информационных систем и информационного менеджмента Владимирского государственного университета, а также кафедры Прикладной информатики и математики Покровского филиала Московского государственного гуманитарного университета (МГГУ) им. М.А. Шолохова:
По результатам исследований, проведенных автором в рамках диссертации, получены два свидетельства об официальной регистрации* на разработанные с его участием программные продукты.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
• XX международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Ярославль, 2007);
• III международной,- научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2007);
• XXI международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (г. Саратов, 2008);
• всероссийской научно-практической конференции «Системы промышленного и информационного сервиса (инфраструктура, объекты, процессы)» (г. Кострома, 2008);
• юбилейной выставке научных достижений Владимирского государственного университета (г. Владимир, 2008, экспонат «Прототип системы мониторинга и поддержки принятия решений диспетчером газотранспортной системы в нештатных ситуациях»);
• IV международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2008);
• XI всероссийской научной конференции студентов и аспирантов «Молодые исследователи — регионам» (г. Вологда, 2009);
• научно-практической конференции «Формирование социально-ориентированной экономики» (г. Владимир, 2009);
• IV международной научно-технической конференции «Компьютерные технологии поддержки принятия решений в диспетчерском управлении газотранспортными и газодобывающими системами (DISCOM-2009)» (г. Москва: ВНИИГАЗ, 2009);
• III международной' научно-технической конференции «Газотранспортные системы: настоящее и будущее (GTS-2009)» (г. Москва: ? ВНИИГАЗ, 2009);
• V международной научно-технической конференции «Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования» (г. Вологда, 2009).
ПУБЛИКАЦИИ
Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 22 работах, среди них 3 статьи в изданиях из перечня ВАК.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 134 страницах; включает 41 рисунок, 5 таблиц, список использованных литературных источников (114 наименований) и приложение.
