RU2007116343A - Способ автоматической оптимизации работы системы транспортировки природного газа - Google Patents

Claims (12)

1. Способ автоматической оптимизации работы системы транспортировки природного газа в непрерывном режиме, причем система транспортировки природного газа содержит одновременно пассивные объекты, например трубопроводы (101-112) или сопротивления, и активные объекты, в том числе регулирующие вентили (31, 32), запорные вентили (51), компрессорные станции (41), каждая из которых содержит, по меньшей мере, один компрессор, устройства (21, 22) хранения или подачи газа, устройства (61-65) потребления, обводные элементы (41А) компрессорных станций (41) и обводные элементы (31А, 32А) регулирующих вентилей (31, 32), причем пассивные объекты и активные объекты соединены между собой соединениями (1.1-1.13), а способ включает в себя определение значений непрерывно изменяющихся переменных, таких как давление и расход природного газа в любой точке системы транспортировки и определение значений дискретных переменных, таких как состояние запуска компрессоров, состояние открытия компрессорных станций, состояние открытия регулирующих вентилей, состояние обводных элементов компрессорных станций, состояние обводных элементов регулирующих вентилей, ориентация компрессорных станций и ориентация регулирующих вентилей, отличающийся тем, что в качестве исходного состояния оптимизации выбирают интервалы значений непрерывно изменяющихся переменных и наборы значений дискретных переменных, причем возможные значения переменных исследуют путем постепенного построения дерева, ветви которого соединены с узлами, описывающими рассматриваемые комбинации значений, с использованием технологии разделения переменных, именно разбиения, приводящего к возникновению новых узлов дерева, и оценки, именно определения с большой вероятностью ветвей дерева, которые могут привести к листьям, соответствующим конечному оптимизированному решению, таким образом, что в приоритетном порядке проходят ветви с наибольшей вероятностью успешного решения, причем искомые величины рассматривают как оптимальные, если заранее определенные ограничения не нарушаются или нарушаются в минимальной степени, причем достигается минимум целевой функции, которая имеет вид:

g=α × режим + β × энергия + γ × цель,

где α, β и γ - весовые коэффициенты,

«режим» - фактор минимизации или максимизации давления в определенных точках системы, таких как любые точки, расположенные ниже устройства хранения или подачи газа, любые точки, расположенные выше и ниже компрессорной станции или регулирующего вентиля, и любые точки, расположенные выше устройства потребления,

«энергия» - фактор минимизации потребления энергии на сжатие газа,

«цель» - фактор максимизации или минимизации расхода газа на участке системы, расположенном между двумя точками соединения, или давления в определенной точке соединения, причем указанные ограничения включают в себя ограничения равенства, в число которых входят закон потери напора в трубопроводах и первое правило Кирхгофа, определяющие расчеты сетей, и ограничения неравенства, в число которых входят ограничения на минимальные и максимальные значения расхода газа, ограничения на минимальное и максимальное давление в активных или пассивных объектах и ограничения мощности компрессоров компрессорных станций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что задачу оптимальной конфигурации активных объектов моделируют в виде программы P₁ оптимизации следующего вида:

,

где х - совокупность переменных расхода газа Q и давления Р,

g(х) - целевая функция, представляющая собой экономический критерий оптимизации,

C_I(x) - совокупность р линейных и нелинейных ограничений неравенства для активных объектов,

β - вектор, коэффициенты которого равны нулю или максимальным значениям ограничений,

е - вектор двоичных переменных,

С_Е(х) - совокупность q линейных и нелинейных ограничений равенства,

s - переменная отклонения, ненулевое значение которой обозначает нарушение ограничения,

α - коэффициент, соответствующий допустимой степени нарушения ограничений.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что переменные представлены интервалами, причем технологию разделения переменных применяют только к дискретным переменным, а пределы целевой функции вычисляют при помощи интервальной арифметики.

4. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что переменные представлены интервалами, причем технологию разделения переменных применяют как к дискретным переменным, так и к непрерывно изменяющимся переменным, разделение включает в себя разбиение областей определения непрерывно изменяющихся переменных, исследование проводят по отдельности на различных частях осуществимого множества, а интервал изменения целевой функции оценивают в каждой из этих частей.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в процессе исследования возможных значений переменных при помощи технологии разделения переменных и оценки составляют список исследуемых узлов, рассортированных по оценочному критерию М, вычисленному для каждого узла, таким образом, что, если список исследуемых узлов не пуст, для каждого текущего узла оценивают, может ли данный узел содержать решение, и в случае положительного ответа разбивают соответствующий интервал для рассматриваемой переменной по правилу разделения для составления списка дочерних узлов, для каждого из дочерних узлов оценивают нижний и верхний пределы целевой функции и оценивают, может ли данный дочерний узел улучшить текущее положение, в случае положительного ответа осуществляют распространение ограничения на его переменные, если распространение не приводит к возникновению пустых интервалов, оценивают нижний и верхний пределы целевой функции и проверяют, может ли данный дочерний узел содержать, по меньшей мере, одно осуществимое решение, проводят проверку для определения наличия не представленных дискретных переменных, именно переменных, для которых не могло быть определено никакое точное и окончательное значение, если такие переменные имеются, дополняют наилучшее текущее решение и вычисляют оценочный критерий узла для его ввода в список листьев, рассортированных по данному оценочному критерию.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что оценочный критерий М выбирают таким образом, что в приоритетном порядке исследуют узел с наименьшим нижним пределом целевой функции.

7. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в процессе проверки для исключения узлов, которые не могут содержать оптимум, применяют одну из методик, заключающихся в использовании монотонности целевой функции, в использовании проверки на нарушение ограничений или в использовании проверки на целевое значение, меньшее текущего значения.

8. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в процессе разделения текущего узла на дочерние узлы разбивают область изменения одной или нескольких переменных, выбранных по критериям, основанным на диаметрах интервалов, соответствующих таким переменным.

9. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что дополнительно включает в себя критерий остановки, основанный на времени выполнения или на оценке диаметров некоторых интервалов.

10. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в дополнение к распространению ограничений производят актуализацию верхнего предела оптимума целевой функции, используя условия оптимальности задачи оптимизации, называемые условиями Фриц-Джона.

11. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что если в узле процедуры разделения и оценки представлены все дискретные переменные, дополнительно применяют процедуру нелинейной оптимизации, основанную на методе внутренних точек.

12. Способ по п.5 или 6, отличающийся тем, что в каждом узле процедуры разделения и оценки дополнительно применяют процедуру нелинейной оптимизации, основанную на методе внутренних точек.