CS224787B1 - Zařízení pro průběžné automatické řízení plynovodních úseků - Google Patents

Description

Zařízení pro průběžné automatické řízení plynovodních úseků

Vynález se týká zařízení zaměřeného pro použití k průběžnému plně automatickému řízení plynovodních úseků sítě nebo tranzitu i s předřazenou kompresorovou stanicí·

Dosavadní stav techniky v tomto oboru je charakterizován tím, že vlastní řízení provozu jednotlivých skupin plynovodních úseků,aí již v síti nebo na tranzitním plynovodU/je prováděno výhradně na základě pozorování, sledování, rozhodnutí a příkazů specialistů na dispečerských stanicích a ústřednáoh. Operativní rozhodování dispečerů při osobním, ručním nebo někdy poloautomatickém řízení v praxi se opírá zatím v prvé řadě o osobní sledování momentálního stavu úseků, jejich minulých, právě probíhajících i

224 787

224 787 očekávaných změn režimu na těchto úsecích· Soubor informací o stavu a vývoji plynovodní sítě pro dispečera se zjišťuje určitým heterogenním kontrolním systémem měřených fyzikálních veličin^jako tlaků, průtoků, teplot atd· Rozhodování při uvedeném osobním dispečerském řízení se opírá zejména o dosavadní zkušenosti dispečerů s operačními zásahy, manipulacemi a jejich důsledky uplatněnými ve výsledném provozu plynovodních úseků· V posledních letech se začíná uplatňovat přístup, kdy* osobní regulační zásahy dispečerů se opírají také ještě o aplikaci speciálně pro počítač sestavenýoh simulačních programů dynamiky tranzitních procesů plynu, určených pro jdhad dynamického chování a změn pracovníoh režimů např· v následujících dvacetičtyřech hodinách,po dvou, třech dnech, a to po určitých předpokládaných_zresp· prognozovanýoh změnách hodnot odběrů plynu na různých místech plynovodní sítě· Při tomto druhu řízení sítě nebo tranzitu se využívá počítače jen jako rádce úřadujícího dispečera, nebol ten sám je vlastně zapojen v regulační smyčoe jako trvalý lidský činitel, a počítač, jakožto občasný poradní zdroj pomocných informací pro dispečera, je trvale mimo regulační smyčku, která zahrnuje dispečera jako funkční element uzavřeného regulačního okruhu· V současné době ještě neexistuje nikde žádný plně automatizovaný regulační systém s jednotnou struk turou, který by byl schopen bez přímé účasti člověka v regulačním okruhu splňovat podle spolehlivých regulačních algoritmů a fyzikálně-kybernetických principů technické a ekonomicky optimální podmínky automatického řízení přepravních

-3systémů plynu v síti nebo u tranzitu·

224 787

Nevýhodou všech dosavadních řešení je, že vždy se jedná o přerušované neautomatizované osobní řízení dispečerských individuality s vysokým stupněm subjektivních postojů, podložených neúplnými, velmi často nepostačujícími informacemi o síti a o rozložení zásob plynu na jednotlivých úsecích, zejména však často s nemožností postihnout jak prognozované, tak také neočekávané změny v odběrech na různých místech transportní sítě· Dosavadní přístupy a způsoby řízení jsou dostatečně vyhovující pouze pro přísně programové chování odběratelů, a to samozřejmě jen bez nečekaných výpadků a neplánovaných změn v různých místech přepravního zařízení·

V současnosti používané měřící soubory veličin jsou heterogenní a netvoří kompaktní výsledné informace pro dispečerské ani pro automatizované řízení; samo o sobě i sebelépe zajištěné veliké množství měřených fyzikálních veličin nemusí být ani pro dispečerské řízení dostatečným vodítkem^ není možné je jen opakovaně kontrolovat a vyvozovat z nich vždy jednoznačně správné závěry pro řídící zásahy do sítě· Není v lidských možnostech dohlédnout a domyslet všechny alternativy vývoje situace plynovodní sítě po provedení různých zásahů a zákroků, J) Lspečer také nemůže hazardovat a experimentovat s provozem sítě· Tím spíše ovšem nejsou dosavadní přístupy dostačující pro automatizovaný systém· Pro rozhodování a řídící zákroky leokdy chybí celkově zpracované informace o současném stavu a trendu vývoje v chování sítě· Z hle diska potřeb osobního řízení režimů na plynovodních zaříze224 787 nich dispečerem je nutno konstatovat, že ani sebelépe organizované globální simulační programy pro zpracování postupného vývoje situace na síti.nemohou poskytovat pravdivý obraz vývoje budoucích situací za den, dva i více dnů, nebol; jejich vstupní data v průběhu předpokládaného budoucího vývoje odběrových procesů se dodnes opírají jen o prognózy v chování odběratelů· Ani tyto prognózy nejsou obvykle k dis pozici nebo nejsou dostatečně spolehlivé· Odhady a výpočty respektující proměnlivé zatížení sítě od odběratelů patří i v technicky vyspělých státech mezi velmi obtížné problémy· Hlavní nevýhodou všech dosavadních řešení problémů a zařízeni pro řízení je, že neumožňují ve své podstatě použít respektive sestavit plně automatizované zpětnovazební okruhy pro řízení provozu i napájení skupiny plynovodních úseků v uzavřené smyčce^spolu s předřazenou kompresorovou stanicí, to je tedy automaticky v uzavřené smyčce bez lidského mezičlánku vytvořit systém pro spolehlivé řízení zmíněných skupin objektů za jakékoliv odběrové situace.

Výhodou zařízení podle vynálezu je zejména to, že je možno jej použít jako základního elementu k uspořádání a sestavení plně automaticky pracujícího zařízení pro průběžné repetiční řízení dopravních režimů, na plynovodních úsecích sítě nebo tranzitu,zásobovaných předřazenou kompresorovou stanicí| zařízení umožňuje vybudovat plně automatizovaný zpětnovazební systém řízení bez používání lidského mezičlánku v regulačních obvodech· Dalěí výhodou zařízení podle vynálezu je, že nepotřebuje pro svou repetiční auto5·

224 787 matickou funkci různorodý soubor fyzikálních dat, odměřovaných na plynovodním zařízení, ale opírá se důsledně jen o homogenní soubor průběžně měřených tlaků u plynovodního zařízení,respektive sítě} pomíjí zcela nutnost měření hmotnostního průtoku plynu, a přesto je schopno dostatečně přesně analyzovat pracovní režimy na plynodopravních liniích· Výhodou tohoto přístupu je, že realizace měření tlaku plynu patří jednak mezi měření fyzikálně nejjednodušší, jednak relativně přesná a navíc levná v porovnání s měřením hmotnostního průtoku plynu, které je zpravidla o celý řád dražší·

Zařízení používá jako svou vstupní informaci jen minimálně nutný počet realizací měřených tlaků na síti· Na libovolně velikém souboru N sériově propojených úseků je potřeba realizovat vždy pouze N+1 měření tlaků· Naopak s každým paralelně připojeným úsekem plynovodu se tento souhrnný počet snímaných tlaků zmenšuje vždy o jednu realizaci· V podstatě přichází tedy v úvahu na jeden plynovodní úsek jen jedno jediné měření tlaku·

Dalším přínosem tohoto zařízení je, že odstraňuje obtíže s dlouhodobým systematickým sběrem dat u dané plynovodní sítě nebo její části vyskytujících se při budování podkladů potřebných k osobnímu řízení dispečerských individualit· Výhodou zde je rovněž nepřímé měření tzv· poruch ustálených režimových stavů soustavy vlivem utajených změn v odběrech _f určovaných nepřímo právě přes zmíněný již soubor minimálního počtu hodnot měřených tlaků v místech odběrů· Regulač224 787 ní systém se opírá o opakované, cyklicky pracující kybernetický systém, který je schopen každou podstatnou změnu v odběru zjistit, zhodnotit a současně okamžitě vykompenzovat/ respektive již dopředu apriorně paralyzovat· Změny latentního odběru od odběratelů, jejich libovolné kvantitativní změny v různých místech řízeného systému jsou tímto kybernetickým systémem globálně zjišťovány a jsou také permanentně přehodnocovány požadavky na napájecí kompresorovou stanici; zařízení podle vynálezu reaguje adekvátně k velikosti poruchových veličin, to je podle velikosti změn odběrů oproti rovnovážnému stavu, reaguje na tyto poruchy tak, že kompenzuje v nejkratším čase celkovou změnu v latentním odběru plynu přiměřeným zvýšením požadavku na kompresorovou stanici· Přímo se určuje a vyhodnocuje optimální velikost výstupního tlaku ve výstupní části kompresorové stanice· Predikce postupně se vyvíjejících důsledků změn v latentníoh odběrech je při každém vzorkování na regulovaném objektu řídícím systémem opakovaně v cyklech přehodnocována· Výhodou je také, že celá struktura zmíněného zařízení je fyzikálně a principiálně velmi jednoduchá a koncepčně homogenní·

Podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že výstupy dálkových převaděčů dat druhého až předposledního čidla tlaku jsou propojeny jednak s prvním vstupem výpočteveho bloku příslušného následujícímu plynovodnímu úseku, jednak s druhým vstupem výpočtového bloku příslušného předchozímu plynovodnímu úseku, a jednak s prvním vstupem predikčního bloku diference tlaku příslušného následujícímu

224 787 plynovodnímu úseku, výstup dálkového převáděče dat prvního čidla tlaku je spojen jednak s prvním vstupem výpočtového bloku příslušného následujícímu plynovodnímu úseku a jednak b prvním vstupem predikčního bloku diference tlaku příslušného následujícímu plynovodnímu úseku, výstup dálkového pře vádšěe dat posledního čidla tlaku je spojen s druhým vstupem výpočtového bloku příslušného poslednímu plynovodnímu úseku, výstupy pro signál hmotnostního průtoku plynu výpočtových bloků příslušných plynovodních úseků jsou připojeny ke druhým vstupům příslušných predikčních bloků diference ’ tlaku, jejichž výstupy jsou připojeny ke vstupům součtového bloku, k němuž je připojen rovněž výstup bloku pro požadovanou hodnotu koncového tlaku řízené plynovodní sekce, výstup součtového bloku je připojen na příslušný vstup bloku kompresorové stanice, na jehož výstup je připojeno první čidlo tlaku řízené sekce·

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na výkresu, který představuje blokové schéma zapojení pro kompresorovou stanici spolu s přiřazenou řízenou sekcí složenou ze dvou plynovodních úseků·

Na výstupu bloku 100 kompresorové stanice je připojeno první čidlo 1. tlaku řízené plynovodní sekce skládající se ze dvou plynovodních úseků 101 a 102. Na konci řízené plynovodní sekce, v daném případě na konci druhého plynovodního úseku 102. je umístěno čidlo 2 tlaku, které je v daném případě posledním čidlem tlaku řízené plynovodní sekce·

V oblasti vzájemného napojení plynovodních úseků 101 a 102

-l·

224 787 je umístěno čidlo 2 tlaku· čidla 1_, 2, 2 tlaku jsou připo-

čidlu £ tlaku je připojen jednak na první vstup výpočtového bloku 8 hmotnostního průtoku plynu v koncové oblasti plynovodního úseku 101 a jednak na první vstup predikčního bloku 10 budoucí očekávané diference tlaku na prvním plynovodním

hému čidlu 2 tlaku je připojen jednak na první vstup výpočtového bloku 2 hmotnostního průtoku plynu v koncové oblasti plynovodního úseku 102. jednak na druhý vstup předchozího výpočtového bloku 8 a jednak na první vstup predikčního bloku 2 budoucí očekávané diference tlaku na druhém plynovodním úseku 102. Výstup dálkového převáděče 6 dat posledního čidla 2 tlaku je spojen s druhým vstupem výpočtového bloku 2· Výstupy pro signál hmotnostního průtoku plynu výpočtových bloků 2» θ jsou připojeny k druhým vstupům jim příslušných predikčních bloků 2.» 12» jejichž výstupy jsou připojeny ke vstupům součtového bloku 11. k němuž je rovněž připojen výstup bloku 12 pro požadovanou hodnotu koncového tlaku řízené plynovodní sekoe. Výstup součtového bloku 11 signálu doporučované hodnoty výstupního tlaku plynu dodávaného z kompresorové stanice do plynovodního úseku 101 je připojen na vstup bloku 100 kompresorové stanice. V místě čidla 1 a 2 tlaku jsou znázorněny odbočky 103. 104 pro odběr plynu z řízené plynovodní sekoe.

224 787

Zařízení podle vynálezu funguje takto:

Hodnoty tlaku protékajícího plynu, snímané průběžně nebo cyklicky v určitých časových intervalech pomocí čidel yy i» 2.9 2 tlaku v okrajových oblastech jednotlivých plynovodních úseků 101. 102 řízené plynovodní sekce/jsou zaváděny pomocí délkových převáděčů £, £, 6, dat do příslušných výpočtových bloků 2, 8, 2.» TQ počítače nebo mikroprocesoru.

V prvních dvou výpočtových blocích 2, 8 jsou na základě vždy jediných dvou hodnot vstupních veličin, to je vždy z hodnot tlaku plynu na začátku a na konci každého z plynovodních úseků 101« 102. vyhodnocovány průběžně nebo v časových intervalech podle známých algoritmů hodnoty hmotnostního průtoku plynu, který momentálně existuje v koncové oblasti každého z obou plynovodních úseků 101. 102. tj. z plynovodního úseku 101 v bloku 8 a z plynovodního úseku 102 v bloku 2· Y druhých dvou na schématu znázorněných predikčních blocích 9 a 10 jsou z vypočtených hodnot hmotnostního průtoku plynu v koncové oblasti každého z obou plynovodních úseků 101. 102 a z hodnoty příslušného počátečního tlaku na plynovodním úseku 101. 102 určovány pomocí jednoduchých algoritmů příslušné tlakové diferenoe. Pro každý plynovodní úsek zvlášl se tedy určuje, k určité průběžně se vyvíjejícíy,respektive se měnící hodnotě koncového hmotnostního průtoku a k hodnotě měřeného počátečního tlaku téhož plynovodního úseku, také příslušný apriorně určovaný, očekávaný druhý koncový tlak, a tím tedy i očekávanou rodící se diferenci obou okrajových tlaků na daném úseku. V následném jediném ryze součtovém

224 787 /βbloku 11 pak dochází k prostému sčítání hodnot diferencí tlaku jak z bloku 2.jtak 12 spolu s hodnotou výstupní veličiny bloku 12. která představuje žádanou respektive požadovanou hodnotu tlaku na konci řízené plynovodní sekce, v našem případě tedy tlaku měřeného snímačem J na konci plynovodního úseku 102. Výstupní veličina z bloku 11 přímo určuje již doporučenou^ respektive žádanou absolutní hodnotu tlaku, která by měla být dodržována na začátku řízené sekce, to je na výstupu plynu z bloku 100 kompresorové stanice předřazeného řízené plynovodní sekci. Výstup z bloku 11 je proto na schématu zaváděn zpětnovazebně jako výsledná zpět• ná vazba do bloku 100 kompresorové stanioe. Je-li hodnota zadávaného koncového tlaku sekce z bloku 12 zvolena správně pak celý primární řídíoí systém udržuje sekci přepravní, sítě nebo transitu na této hodnotě, at jsou neprogramované la tentní odběry plynu ze sekce jakkoli proměnlivé. Řídící zařízení podle této konoepoe funkčního blokového schématu jed nak nedovolí provoz pa příliš vysoký koncový tlak řízené sekee^a tím zabraňuje ztrátám na zbytečně veliké vynakláI dání energie na přepravu plynu, a současně také splňuje podmínku pro udržování ne příliš nízkého koncového tlaku z důvodů bezpečnosti provozu. Výsledkem operační funkce řídicího systému je tedy provoz řízené soustavy s optimálním diapazonem pro koncový tlak, bez ohledu na latentní změny v odběrech plynu na různých místech plynovodní sítě.

Po stereotypním rozšířeni blokového schématu zařízení i pro různě rozsáhlou množinu plynovodních úseků, zůstává

224 787 toto zařízení podle vynálezu z právě rozebraných hledisek plně funkční jak co do optimálního, tak taká oo do bezpečnostního provozu a vyznačuje se tím, že koncový tlak bude vždy v určitém režimovém diapazonu shora ohraničeném podmínkou energetické optimality transportu plynu, a zdola podmínkou bezpečnosti provozu·

Vynálezu je vhodné použít zejména pro přípravu nových koncepcí v oblasti dispečerské problematiky řízení plynovodních režimů tam, kde se připravuje koncepce plně automatického řízení bez lidského činitele ve zpětné vazbě, také pro přípravu programovaného automatického řízení rozsáhlých plynovodních transportních sítí nebo linií transitníh© plynovodu v energetice a také chemii pomocí autonomních robotiokých řídících systémů, zajištujících transportní provoz jak z hlediska ekonomiky, tak i bezpečnosti při současném respektování apriorních prognostických hledisek·

Claims (1)

1. Zařízení pro průběžné automatické řízení plynovodních úseků s kompresorovou stanicí^opatřené na začátku a na konci řízené sekce a rovněž v oblasti vzájemného napojení jednotlivých plynovodních úseků Čidly tlaku^připojenými na jim příslušné dálkové převáděče datj vyznačené tím, že výstupy dálkových převaděčů (5) dat druhého až předposledního čidla (2) tlaku jsou propojeny jednak s prvním vstupem výpočetního bloku (7) příslušného následujícímu plynovodnímu úseku (102), jednak s druhým vstupem výpočetního bloku (8) příslušného předchozímu plynovodnímu úseku (101), a jednak s prvním vstupem predikčního bloku (9) diference tlaku, příslušného následujícímu plynovodnímu úseku (102), výstup dálkového převáděče (4) dat prvního čidla (1) tlaku je spojen jednak s prvním vstupem výpočetního bloku (8) příslušného následujícímu plynovodnímu úseku (101) a jednak s prvním vstupem predikčního bloku (10) diference tlaku příslušného následujícímu plynovodnímu úseku (101), výstup dálkového převáděče (6) dat posledního čidla (3) tlaku je spojen s druhým vstupem výpočetního bloku (7) příslušného poslednímu plynovodnímu úseku (102), výstupy pro signál hmotnostního průtoku plynu výpočetních bloků (7,8) příslušných plynovodních úseků (102,101) jsou připojeny ke druhým vstupům příslušných predikčních bloků (9,10) diference tlaku, jejichž výstupy jsou připojeny ke vstupům součtového bloku (11), k němuž je připojen rovněž výstup bloku (12) pro požadovanou

   224 787 hodnotu koncového tlaku řízené plynovodní sekce, výstup součtového bloku (11) je připojen na příslušný vstup bloku (100) kompresorové stanice, na jehož výstupu je připojeno první čidlo (1) tlaku řízené plynovodní sekce·