RU2454569C1 - Control method of hydraulic conditions of compressor shop with optimum load distribution between gas compressor units - Google Patents

Control method of hydraulic conditions of compressor shop with optimum load distribution between gas compressor units Download PDF

Info

Publication number
RU2454569C1
RU2454569C1 RU2011105080/06A RU2011105080A RU2454569C1 RU 2454569 C1 RU2454569 C1 RU 2454569C1 RU 2011105080/06 A RU2011105080/06 A RU 2011105080/06A RU 2011105080 A RU2011105080 A RU 2011105080A RU 2454569 C1 RU2454569 C1 RU 2454569C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
compressor
values
gas compressor
shop
Prior art date
Application number
RU2011105080/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Юрьевич Слободчиков (RU)
Константин Юрьевич Слободчиков
Дмитрий Валентинович Мосолов (RU)
Дмитрий Валентинович Мосолов
Анатолий Евгеньевич Наумец (RU)
Анатолий Евгеньевич Наумец
Владислав Васильевич Никаноров (RU)
Владислав Васильевич Никаноров
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Вега-ГАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Вега-ГАЗ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Вега-ГАЗ"
Priority to RU2011105080/06A priority Critical patent/RU2454569C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2454569C1 publication Critical patent/RU2454569C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: invention refers to control of gas compressor units during gas transportation. Specified rotor speed values of injectors are determined as per ratio in the range of allowable values of load change of each gas compressor unit considering the limitation of maximum allowable load difference between neighbouring gas compressor units. Arbitrary load ratio specified by the operator is included in calculation, or load ratio corresponding to minimum fuel gas consumption is calculated as per optimisation method. Optimisation method of multidimensional models is applied at limitations for calculation of optimum load ratio. Search of optimum load ratio of injectors is performed within the whole range of allowable frequency values of injectors by considering limitations of maximum possible difference between loads of injectors. In the calculation the change in fuel gas consumed with the unit relates to change of energies of thermal interaction, mechanical interaction and gas dynamic interaction of working media in turbine according to energy saving principle. Change in the above four types of energy by means of mathematical models is expressed through the change in parameters measured in automatic control system of gas compressor units. As per the measured data and model relations there built are the main models of energy interaction in gas compressor units in current modes and a number of possible modes of various rotation frequencies of gas compressor units. As per model of energy interaction there calculated are values of volume and commercial efficiency of gas compressor unit, which correspond to those modes, as well as fuel gas consumption. Obtained sets of values are included in static relations. The latter and limitations are processed by applying optimisation calculation method, at operation of which there calculated are assignments of rotation frequencies of injectors by means of non-linear programming method, assignments of frequencies are supplied to control system of gas compressor unit as control action. Maximum allowable working limits of each individual gas compressor unit are calculated continuously as per functional relations, and creation of model relations of energy balance for optimisation calculation is performed momentarily for optimisation calculation.
EFFECT: enlarging the possibility of load distribution at a shop, and application of optimisation method in the whole operating range of gas compressor unit.
9 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение в целом относится к области управления работой газоперекачивающих агрегатов (ГПА) компрессорного цеха (КЦ) при обеспечении транспортировки газа. Более конкретно, изобретение относится к способу управления гидравлическим режимом компрессорного цеха газоперекачивающих агрегатов. Способ обеспечивает управление по выбранному параметру режима цеха - объемной производительности цеха, либо коммерческой производительности цеха, либо давлению газа на выходе цеха, либо степени сжатия газа в компрессорном цехе, при котором значение параметра сравнивается с заданным значением, и формируется управляющее воздействие системы управления цехом. Это воздействие системы управления цехом распределяется на системы автоматического управления (САУ) ГПА, входящие в состав компрессорного цеха в виде заданий частот вращения нагнетателей. Каждая САУ ГПА отрабатывает заданное значение частоты вращения нагнетателя через изменение положения регулирующего клапана (РК), подающего топливный газ в камеру сгорания турбины, изменение подачи топливного газа приводит к изменению энергии газовоздушной смеси, вращающей единый с нагнетателем вал турбины низкого давления. Перекачиваемый каждым нагнетателем ГПА газ собирается в общецеховой коллектор и формирует измеряемые или рассчитываемые параметры режима - давление газа на выходе цеха, объемную производительность цеха, коммерческую производительность цеха. Таким образом, требуемое значение регулируемого режимного параметра цеха обеспечивается работой способа управления и распределения заданий, реализованного в виде программы управления в системе управления компрессорным цехом.The invention as a whole relates to the field of controlling the operation of gas pumping units (GPU) of the compressor workshop (CC) while ensuring gas transportation. More specifically, the invention relates to a method for controlling the hydraulic mode of the compressor shop of gas pumping units. The method provides control according to the selected parameter of the workshop mode — volumetric productivity of the workshop, or commercial productivity of the workshop, or gas pressure at the outlet of the workshop, or the degree of gas compression in the compressor workshop, at which the value of the parameter is compared with the set value, and the control action of the workshop control system is formed. This impact of the workshop control system is distributed to the automatic control systems (ACS) of the gas compressor unit, which are part of the compressor shop in the form of compressor speed settings. Each GPA self-propelled guns fulfills a preset value of the supercharger rotation speed through a change in the position of the control valve (PK) supplying fuel gas to the turbine combustion chamber; a change in the fuel gas supply leads to a change in the energy of the gas-air mixture rotating the low-pressure turbine shaft that is common with the supercharger. The gas pumped by each GPU supercharger is collected in a common shop manifold and forms measured or calculated mode parameters - gas pressure at the outlet of the workshop, volumetric capacity of the workshop, commercial productivity of the workshop. Thus, the required value of the adjustable operating parameter of the workshop is ensured by the operation of the control and task allocation method implemented in the form of a control program in the control system of the compressor workshop.

Уровень техникиState of the art

Компрессорный цех газоперекачивающих агрегатов - это совокупность оборудования и систем управления оборудованием, обеспечивающая транспорт природного газа за счет придания потоку газа дополнительной энергии сжатия.The compressor shop of gas pumping units is a combination of equipment and equipment control systems that ensure the transport of natural gas by adding additional compression energy to the gas stream.

Компрессорный цех состоит из группы газоперекачивающих агрегатов, трубно-крановой обвязки вместе с оборудованием очистки и охлаждения перекачиваемого газа, системы управления компрессорным цехом, объединяющей комплекс систем управления газоперекачивающих агрегатов, и ряда подсистем, не рассматриваемых в данном описании, обеспечивающих работу перечисленных основных компонент компрессорного цеха.The compressor shop consists of a group of gas pumping units, a pipe-and-piping arrangement along with equipment for cleaning and cooling the pumped gas, a control system for the compressor shop combining a set of control systems for gas pumping units, and a number of subsystems not considered in this description that ensure the operation of the listed main components of the compressor shop .

На фиг.1 изображены основные элементы общей системы управления компрессорным цехом, взаимодействующие друг с другом в процессе управления режимом,Figure 1 shows the main elements of the overall control system of the compressor shop, interacting with each other in the process control mode,

где МГ - магистральный газопровод (соединяющий между собой компрессорные цеха, расположенные на пути газа от месторождения газа до потребителя);where MG is the main gas pipeline (connecting compressor shops located between the gas from the gas field to the consumer);

Н - нагнетатель газоперекачивающего агрегата;H - supercharger gas pumping unit;

Тin - температура газа, Рin - давление газа, Qin - объем газа, поступающий на вход цеха в единицу времени;T in - gas temperature, P in - gas pressure, Q in - the volume of gas supplied to the input of the unit per unit time;

Tout - температура газа, Pout - давление газа, Qout - объем газа, поступающий в магистральный газопровод из цеха в единицу времени;T out - gas temperature, P out - gas pressure, Q out - gas volume entering the main gas pipeline from the workshop per unit time;

ГПА - газоперекачивающий агрегат;GPA - gas pumping unit;

in - вход компрессорного цеха вместе с трубно-крановой обвязкой; пылеуловителями, измерительной аппаратурой и пр. элементами подготовки газа;in - inlet of the compressor workshop together with a pipe-crane harness; dust collectors, measuring equipment, etc. gas preparation elements;

out - выход компрессорного цеха вместе с трубно-крановой обвязкой, аппаратами воздушного охлаждения и измерительной аппаратурой;out - the output of the compressor shop together with a pipe-crane harness, air-cooling units and measuring equipment;

А - оператор компрессорного цеха;A - operator of the compressor shop;

В - система управления компрессорным цехом с встроенным математическим и программным обеспечением цехового регулятора режима;B - compressor shop control system with built-in mathematical and software for the workshop mode controller;

С - системы автоматического управления газоперекачивающими агрегатами;C - automatic control systems for gas pumping units;

D - газоперекачивающие агрегаты компрессорного цеха, в состав которых входят силовые турбины, обеспечивающие вращение нагнетателя, топливная и измерительная аппаратура.D - gas pumping units of the compressor shop, which include power turbines that provide rotation of the supercharger, fuel and measuring equipment.

Газ из магистрального газопровода попадает на вход in цеха через крановую обвязку и поступает в нагнетатели газоперекачивающих агрегатов D.Gas from the main gas pipeline enters the inlet of the workshop through a crane harness and enters the superchargers of the gas pumping units D.

В нагнетателях газ одновременно сжимается и перекачивается, т.е. компримируется, попадая в сбросной коллектор, после чего он поступает на выход out цеха, где охлаждается, и где измеряются параметры газа - давление газа, температура газа, рассчитывается количество газа, проходящее через цех за единицу времени, это количество выражается в объемной или коммерческой производительности цеха (текущей объемной производительности приведенной к нормальным условиям).In superchargers, gas is simultaneously compressed and pumped, i.e. it is compressed when it enters the waste collector, after which it enters the outlet from the workshop, where it is cooled, and where the gas parameters are measured - gas pressure, gas temperature, the amount of gas passing through the workshop per unit time is calculated, this amount is expressed in volumetric or commercial capacity workshop (current volumetric productivity reduced to normal conditions).

Работой газоперекачивающего агрегата управляет система С автоматического управления ГПА. Под управлением САУ ГПА находится множество механизмов и подсистем ГПА, комплексное управление работой которых служит основной задаче - поддержанию (стабилизации) заданной частоты вращения нагнетателя, перекачивающего газ, фиг.2.The operation of the gas pumping unit is controlled by the automatic control system C of the gas compressor unit. Under the control of the automatic control system of the gas compressor unit, there are many mechanisms and subsystems of the gas compressor unit, the integrated control of which serves the main task - maintaining (stabilizing) the given speed of the supercharger pumping the gas, figure 2.

Рассматривая работу ГПА в объеме задач управления, обозначим основные элементы, представленные на фиг.2,Considering the work of the gas compressor unit in the scope of management tasks, we denote the main elements presented in figure 2,

где ОК - осевой компрессор;where OK - axial compressor;

КС - камера сгорания;KS - combustion chamber;

ТВД - турбина высокого давления;TVD - high pressure turbine;

ТНД - турбина низкого давления;ТНД - low pressure turbine;

РК - регулирующий клапан;RK - control valve;

1 - кран №1 (вход компримируемого газа);1 - tap No. 1 (compressed gas inlet);

2 - кран №2 (выход компримируемого газа);2 - valve No. 2 (compressed gas outlet);

Ti - температура газа (газовоздушной смеси) i-й измерительной точки;T i is the temperature of the gas (gas-air mixture) of the i-th measuring point;

Pi - давление газа (газовоздушной смеси) i-й измерительной точки;P i is the pressure of the gas (gas-air mixture) of the i-th measuring point;

Gi - расход газа (газовоздушной смеси) i-й измерительной точки;G i - gas flow rate (gas-air mixture) of the i-th measuring point;

ω - частота вращения вала.ω is the shaft speed.

В газовой турбине энергия топливного газа используется на вращение вала осевого компрессора (ОК) и турбины высокого давления (ТВД), сжатие, нагрев и перемещение атмосферного воздуха, нагрев воздуха в регенераторе и камере сгорания; энтальпия разогретой смеси продуктов сгорания с избытком воздуха трансформируется за счет адиабатического расширения в кинетическую энергию газов, которая в свою очередь превращается через вращение лопаток турбины ТНД и нагнетателя в работу сжатия газа.In a gas turbine, fuel gas energy is used to rotate the shaft of an axial compressor (OK) and a high pressure turbine (HPT), compress, heat and move atmospheric air, heat the air in the regenerator and combustion chamber; the enthalpy of a heated mixture of combustion products with excess air is transformed due to adiabatic expansion into the kinetic energy of gases, which in turn is converted through the rotation of the turbine blades of the high-pressure turbine and the supercharger into gas compression work.

В каждой САУ ГПА оператор вручную изменяет задания по частоте вращения нагнетателя таким образом, чтобы получить на выходе компрессорного цеха требуемые значения параметров давление газа (Pout) либо объемной производительности (Qout) газа на выходе из КЦ.In each automatic control system ACS, the operator manually changes the tasks according to the frequency of rotation of the supercharger in such a way as to obtain the required values of the gas pressure (P out ) or volumetric gas output (Q out ) parameters at the compressor outlet.

Из совместной работы всех ГПА компрессорного цеха формируется гидравлический режим - значение суммарного перекачиваемого газа через цех с требуемыми показателями Pout, Qout. Режим фактически представляет поток газа с определенными значениями перечисленных параметров. Оператор при задании частот вращения нагнетателей учитывает границы работы оборудования ГПА и КЦ. Существуют десятки параметров в каждом ГПА, превышение значений которых приводит к технологически небезопасным режимам работы ГПА. Прогнозирование и предотвращение таких режимов - трудоемкая задача, требующая концентрации внимания человека особенно в ситуациях, когда требуется быстрое оперативное изменение заданий частот. Для повышения безопасности и качества управления оборудованием компрессорного цеха в предлагаемом способе решается задача организации автоматического управления режимом компрессорного цеха через управление заданиями частот нагнетателей ГПА.From the joint work of all the gas compressor units of the compressor shop, a hydraulic mode is formed - the value of the total pumped gas through the shop with the required parameters P out , Q out . The mode actually represents a gas flow with certain values of the listed parameters. The operator, when setting the rotational speeds of the superchargers, takes into account the boundaries of the GPU and CC equipment. There are dozens of parameters in each gas compressor unit, exceeding the values of which leads to technologically unsafe operating modes of the gas compressor unit. Predicting and preventing such regimes is a laborious task that requires concentration of a person’s attention, especially in situations where a quick, rapid change in frequency tasks is required. To improve the safety and quality of control of the compressor shop equipment, the proposed method solves the problem of organizing automatic control of the compressor shop mode by controlling the frequency assignments of GPU superchargers.

Из патента RU 2181854 известен способ управления работой комплекса агрегатов компрессорного цеха, заключающийся в том, что измеряется давление транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, температура транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, частота вращения роторов нагнетателей, значение основного параметра газа компрессорного цеха (давления или расхода), которое сравнивается с заданной величиной основного параметра, и формируются управляющие воздействия на системы подачи топлива приводов газоперекачивающих агрегатов (ГПА), входящих в состав компрессорного цеха, отличающийся тем, что заданные величины частот вращения роторов нагнетателей определяют с использованием статических функций, при этом по давлениям технологического газа на входе и выходе параллельно работающих нагнетателей, температуре на входах и выходах нагнетателей и частотам вращения роторов нагнетателей определяют объемную производительность, политропический коэффициент полезного действия и требуемую для обеспечения заданного давления на выходе политропическую мощность сжатия каждого нагнетателя, суммируя которые получают требуемую политропическую мощность сжатия компрессорного цеха, по политропической мощности сжатия и политропическому коэффициенту полезного действия для каждого агрегата определяют механическую мощность на валу привода нагнетателя, по которой рассчитывают расход топливного газа газотурбинного привода каждого агрегата и общий расход топливного газа компрессорного цеха, далее путем неоднократного повторения этих действий с перебором значений частот вращения роторов нагнетателей при условии сохранения политропической мощности сжатия компрессорного цеха постоянной и равной требуемой политропической мощности компрессорного цеха получают ряд значений частот вращения роторов нагнетателей, из них, по минимуму общего расхода топливного газа компрессорного цеха и с учетом ограничений, выбирают тот, который считают оптимальным значением задания на частоты вращения роторов нагнетателей на данном шаге и подают в САУ ГПА в качестве управляющего воздействия, при этом функциональные зависимости для каждого нагнетателя непрерывно параметрически настраивают с использованием величин давлений транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателя, температур транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателя и расхода топливного газа, получаемых прямыми или косвенными измерениями в процессе работы агрегата.From the patent RU 2181854, a method for controlling the operation of a complex of assemblies of the compressor shop is known, which measures the pressure of the transported gas at the inlet and outlet of the superchargers, the temperature of the transported gas at the inlet and outlet of the superchargers, the rotor speed of the superchargers, the value of the main gas parameter of the compressor shop (pressure or flow rate), which is compared with a given value of the main parameter, and control actions are formed on the fuel supply systems of the drives of gas-pumping units gates (GPA), which are part of the compressor shop, characterized in that the specified values of the rotational speeds of the rotors of the superchargers are determined using static functions, while the pressure of the process gas at the inlet and outlet of the parallel superchargers, the temperature at the inlets and outlets of the superchargers, and the rotational speeds blower rotors determine volumetric productivity, polytropic efficiency and required to provide a given output pressure polytropic compressive power Each compressor, summing up which obtain the required polytropic compression power of the compressor shop, from the polytropic compression power and polytropic efficiency for each unit, determine the mechanical power on the compressor drive shaft, from which the fuel gas flow rate of the gas turbine drive of each unit and the total fuel gas consumption of the compressor are calculated shop, then by repeatedly repeating these actions with enumerating the values of the rotational speeds of the rotors of the superchargers provided that the polytropic compression power of the compressor shop is kept constant and equal to the required polytropic power of the compressor shop, a series of values of the rotor speeds of the blowers are obtained, of which, at a minimum of the total fuel gas consumption of the compressor shop and taking into account the restrictions, choose the one that is considered the optimal frequency reference rotation of the rotors of the superchargers at this step and served in the ACS GPA as a control action, while the functional dependencies for each supercharger continuously parametrically adjusted using the values of the pressure of the transported gas at the inlet and outlet of the supercharger, the temperatures of the transported gas at the inlet and outlet of the supercharger and the fuel gas flow obtained by direct or indirect measurements during operation of the unit.

К сожалению, данному способу присущи следующие недостатки.Unfortunately, this method has the following disadvantages.

В патенте указано, что работа рассматриваемого оптимизационного расчета иногда приводит к «потере» технологически приемлемых решений, что требует прекращения режима оптимизации и перехода к распределению нагрузки по критерию помпажных запасов. Этот недостаток возникает из-за того, что для оптимизационного расчета необходимо учитывать взаимное влияние агрегатов, выражая это влияние в виде значений регулируемого параметра и формируя дополнительные границы работы ГПА по значениям всех ключевых параметров технологически зависимых от изменения частоты вращения нагнетателя.The patent states that the work of the considered optimization calculation sometimes leads to the “loss” of technologically acceptable solutions, which requires the termination of the optimization mode and the transition to the load distribution according to the criterion of surge reserves. This disadvantage arises due to the fact that for the optimization calculation it is necessary to take into account the mutual influence of the units, expressing this effect in the form of values of an adjustable parameter and forming additional boundaries of the GPU operation according to the values of all key parameters technologically dependent on changes in the speed of the supercharger.

В способе управления режимом применен метод оптимизации, в основе которого лежат зависимости потребляемого топливного газа и политропической мощности нагнетателей ГПА. При этом политропическая мощность характеризует лишь полезную работу ГПА (составляющую менее 40% затрат энергии). Обработка неполной информации объекта управления снижает возможность получения требуемого точного результата расчета.In the mode control method, the optimization method is applied, which is based on the dependences of the consumed fuel gas and the polytropic power of the gas compressor units. At the same time, the polytropic power characterizes only the useful work of the gas compressor unit (constituting less than 40% of energy costs). Processing incomplete information of the control object reduces the possibility of obtaining the required accurate calculation result.

Из патента RU 2219375 известен способ управления работой комплекса газотурбинных компрессорных агрегатов, заключающийся в том, что измеряется давление газа на входе и выходе компрессоров, частота вращения роторов нагнетателей, значение регулируемого параметра газа комплекса агрегатов (давления, степени сжатия или расхода), которое сравнивается с заданной величиной регулируемого параметра, и формируются управляющие воздействия на системы подачи топлива приводных двигателей компрессорных агрегатов, входящих в состав комплекса агрегатов, отличающийся тем, что по разности измеренного прямым или косвенным образом значения регулируемой величины (давления на выходе комплекса компрессорных агрегатов, степени сжатия комплекса компрессорных агрегатов или расхода транспортируемого газа через комплекс компрессорных агрегатов) с заданным значением этой величины определяют величину, посредством отнесения которой к количеству работающих на нагрузку компрессоров получают среднее значение требуемой частоты вращения ротора компрессора каждого компрессорного агрегата, после чего для каждого компрессорного агрегата по измеренным частотам вращения валов газогенератора газотурбинного привода, вала компрессора, температуре продуктов сгорания перед турбиной газогенератора и/или силовой турбиной газотурбинного привода компрессора, давлению за компрессором газотурбинного привода, давлению газа на входе компрессора и перепаду давлений на конфузоре компрессора определяют величины запасов до ограничений по частотам вращения валов, температуре продуктов сгорания, давлению в камере сгорания, давлению на входе компрессора и расстоянию до границы помпажа компрессора, полученные величины приводят к одному диапазону значений при помощи нормирующих коэффициентов, по нормированным величинам получают обобщенные значения запасов до верхних и нижних ограничений по каждому компрессорному агрегату и по обобщенным значениям запасов и среднему требуемому значению частоты вращения ротора компрессора определяют требуемое значение частоты вращения ротора для каждого компрессора, которое подают в локальные САУ компрессорных агрегатов в качестве управляющего задания (воздействия).From patent RU 2219375 a method for controlling the operation of a complex of gas turbine compressor units is known, which consists in measuring the gas pressure at the inlet and outlet of the compressors, the rotor speed of the blowers, the value of the controlled parameter of the gas of the complex of units (pressure, compression ratio or flow rate), which is compared with a predetermined value of an adjustable parameter, and control actions are formed on the fuel supply systems of the drive engines of the compressor units included in the complex of units, characterized in that, based on the difference measured directly or indirectly, the values of the controlled variable (pressure at the output of the compressor unit complex, the compression ratio of the compressor unit complex or the flow rate of the transported gas through the compressor unit complex) with a given value of this value, determine the value by assigning it to the number of employees on the compressor load, the average value of the required rotor speed of the compressor rotor of each compressor unit is obtained, after four o for each compressor unit, according to the measured rotation frequencies of the gas generator shaft of the gas turbine drive, the compressor shaft, the temperature of the combustion products in front of the gas generator turbine and / or the power turbine of the gas turbine drive of the compressor, the pressure behind the compressor of the gas turbine drive, the gas pressure at the compressor inlet and the pressure drop across the compressor confuser stock values up to restrictions on shaft rotation frequencies, temperature of combustion products, pressure in the combustion chamber, pressure at the inlet com the spring and the distance to the compressor surge border, the obtained values lead to the same range of values using normalizing factors, from the normalized values they obtain generalized stock values up to the upper and lower limits for each compressor unit and from the generalized stock values and the average required value of the compressor rotor speed are determined the required value of the rotor speed for each compressor, which is fed to the local ACS of the compressor units as a control its job (action).

К сожалению, данному способу присущи следующие недостатки.Unfortunately, this method has the following disadvantages.

В способе не учитывается максимально допустимая разность нагрузок между ГПА, выраженная в значениях параметра регулирования, а используемая в способе привязка к средним значениям частот вращения ГПА в зоне регулирования при одновременной работе существенно различных по техническому состоянию или мощности ГПА приведет к возникновению неучтенной критической разности нагрузок между ГПА, приводящей к потере устойчивой работы ГПА. Таким образом, способ при расчете границ регулирования каждым ГПА оперирует с неполной информацией, что ограничивает возможные распределения нагрузки в компрессорном цехе и не позволяет применять способ оптимизации во всем допустимом диапазоне работы агрегатов.The method does not take into account the maximum allowable load difference between the gas compressor units, expressed in the values of the control parameter, and the link used in the method to the average values of the gas compressor speed in the control zone while simultaneously operating significantly different in technical condition or power of the gas compressor unit, will cause an unaccounted critical load difference between GPA, resulting in loss of stable operation of the GPA. Thus, the method in calculating the regulation boundaries by each gas compressor unit operates with incomplete information, which limits the possible load distribution in the compressor shop and does not allow the optimization method to be applied in the entire allowable range of operation of the units.

Таким образом, задача данного изобретения заключается в решении проблем, присущих известному уровню техники.Thus, the objective of this invention is to solve the problems inherent in the prior art.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В рамках настоящего изобретения поставленная задача решена путем разработки способа распределения нагрузки при управлении гидравлическим режимом компрессорного цеха газоперекачивающих агрегатов, заключающегося в том, что в каждом ГПА измеряют давление транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, температуру транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, частоту вращения роторов нагнетателей, перепады давления газа в нагнетателях, давления воздуха на входе и выходе осевых компрессоров, температуры воздуха на входе и выходе осевых компрессоров, а также температуры воздуха за рекуператорами, частоты вращения роторов компрессоров, расходы топливного газа турбин, температуры газовоздушной смеси в газоходах турбин, камер сгорания и рекуператорах, давления газовоздушной смеси в газоходах турбин, камер сгорания и рекуператорах, также измеряются значения основных параметров газа компрессорного цеха - давление газа на выходе цеха, объемная производительность компрессорного цеха, степень сжатия газа в компрессорном цехе, коммерческая производительность компрессорного цеха, которые сравниваются с заданными величинами основных параметров, и формируются управляющие воздействия в системы автоматического управления газоперекачивающих агрегатов (ГПА), входящих в состав компрессорного цеха. Способ характеризуется тем, что заданные величины частот вращения роторов нагнетателей определяют по соотношению в области допустимых значений изменения нагрузки каждого ГПА с учетом ограничения максимально допустимой разности нагрузок между соседними ГПА, при этом заданное оператором произвольное соотношение нагрузок выбирают и вносят в расчет, либо по включенному методу оптимизации вычисляют соотношение нагрузок, соответствующее минимальному потреблению топливного газа, для расчета оптимального соотношения нагрузок применяют метод оптимизации многомерных моделей при ограничениях, поиск оптимального соотношения нагрузок нагнетателей производят на всем диапазоне допустимых значений частот нагнетателей, одновременно учитывая ограничения максимально возможной разности между нагрузками нагнетателей, в расчете изменение потребления агрегатом топливного газа (химической энергии) связано с изменением в турбине энергий термического взаимодействия, механического взаимодействия и газодинамического взаимодействия рабочих сред (потока воздуха, потока топливного и перекачиваемого газа, потока газовоздушной смеси) согласно принципу сохранения энергии, а изменение указанных четырех видов энергии при помощи математических моделей выражаются через изменение характеризующих их измеренных в САУ ГПА параметров - температур рабочих сред, давлений рабочих сред, перепадов давлений рабочих сред и частот вращения валов турбин, таким образом, по измеренным данным и модельным зависимостям формируют основные модели энергетического взаимодействия в ГПА на текущих и ряде возможных режимах различных частот вращения ГПА, по модели энергетического взаимодействия рассчитывают соответствующие этим режимам значения объемной и коммерческой производительности ГПА, а также потребление топливного газа, полученные совокупности значений объемной и коммерческой производительности, расхода топливного газа и частот вращения формируют в статические зависимости, сформированные функциональные статические зависимости и ограничения обрабатывают методом оптимизационного расчета, при работе которого рассчитывают задания частот вращения нагнетателей методом нелинейного программирования, задания частот подают в систему управления ГПА в качестве управляющего воздействия, при этом предельно допустимые границы работы каждого отдельного ГПА рассчитывают по функциональным зависимостям непрерывно, а формирование модельных зависимостей энергетического баланса для оптимизационного расчета выполняют однократно для оптимизационного расчета.In the framework of the present invention, the problem is solved by developing a method of load distribution when controlling the hydraulic mode of the compressor shop of gas pumping units, which consists in the fact that in each gas compressor unit the pressure of the transported gas at the inlet and outlet of the superchargers is measured, the temperature of the transported gas at the inlet and outlet of the superchargers, blower rotors, gas pressure differences in blowers, air pressure at the inlet and outlet of axial compressors, air inlet temperature and the output of axial compressors, as well as air temperature behind the recuperators, compressor rotor speeds, turbine fuel gas flow rates, air-gas mixture temperatures in turbine ducts, combustion chambers and recuperators, air-gas mixture pressure in turbine ducts, combustion chambers and recuperators, the values of the main gas parameters of the compressor shop - gas pressure at the outlet of the shop, volumetric capacity of the compressor shop, the degree of gas compression in the compressor shop, commercial productivity s compressor shop, which are compared with desired values of basic parameters, and control actions are generated in an automatic control system for gas pumping units (GPU), a part of the compressor plant. The method is characterized in that the set values of the rotor rotor rotational frequencies are determined by the ratio in the range of permissible load changes of each gas compressor unit taking into account the limitation of the maximum allowable load difference between adjacent gas compressor units, and the arbitrary load ratio specified by the operator is selected and entered into the calculation, or by the included method optimizations calculate the load ratio corresponding to the minimum consumption of fuel gas, to calculate the optimal load ratio apply This is a method of optimizing multidimensional models under constraints, searching for the optimal ratio of supercharger loads over the entire range of permissible frequencies of the superchargers, while taking into account the limitations of the maximum possible difference between the supercharger loads, in calculating the change in the consumption of fuel gas (chemical energy) by the unit is associated with a change in the thermal interaction energies in the turbine , mechanical interaction and gas-dynamic interaction of working media (air flow, fuel flow o and the gas being pumped, the gas-air mixture flow) according to the principle of energy conservation, and the change in these four types of energy using mathematical models is expressed through the change in the parameters characterizing them measured in the ACS of the GPA - working fluid temperatures, working fluid pressures, working fluid pressure drops and rotational speeds turbine shafts, thus, according to the measured data and model dependencies form the main models of energy interaction in the gas turbine engine at the current and a number of possible modes of different frequencies GPA rotations, according to the model of energy interaction, the GPA volumetric and commercial productivity values corresponding to these modes are calculated, as well as fuel gas consumption, the obtained sets of volumetric and commercial productivity values, fuel gas consumption and rotation frequencies are formed into static dependencies, the formed functional static dependencies and constraints are processed by the method of optimization calculation, during the operation of which the frequency of rotation of the supercharger is calculated by nonlinear programming reference frequency fed to the compressor unit control system as a manipulated variable, wherein the maximum permissible operating limits for each HPA is calculated according to the functional dependencies continuously, and formation of the model dependency of the energy balance for the optimization calculation is performed once for the optimization calculation.

Предложенный способ лишен недостатков, присущих решениям известного уровня техники, благодаря следующим его особенностям.The proposed method is devoid of the disadvantages inherent in the solutions of the prior art, due to the following features.

Произвольное распределение нагрузок между ГПА, удовлетворяющее технологически возможным соотношениям, позволяющее расширить возможные стратегии распределения нагрузок, обеспечивается за счет:Arbitrary load distribution between the gas compressor units, satisfying technologically possible ratios, allowing expanding the possible load distribution strategies, is ensured by:

а) контроля всех технологических ограничений работы каждого отдельного ГПА при помощи формирования максимально и минимально допустимых значений частот вращения нагнетателей ГПА, с применением алгоритма контроля допустимой разности нагрузок между ГПА, корректирующего максимально и минимально допустимые значения частот вращения нагнетателей ГПА;a) control of all technological limitations of the operation of each individual gas compressor unit by forming the maximum and minimum permissible values of the rotation frequency of the gas compressor units, using an algorithm for monitoring the allowable load difference between the gas unit, which corrects the maximum and minimum permissible values of the rotation frequency of the gas compressor units;

б) алгоритма запоминания и дальнейшего поддержания заданного соотношения нагрузок;b) an algorithm for storing and further maintaining a given load ratio;

ПояснениеExplanation

Задача регулирования режимом компрессорного цеха неразрывно связана с задачей распределения нагрузки между ГПА, так как именно САУ ГПА являются исполнительными механизмами регулятора режима. Нагрузка в данном случае это частота вращения нагнетателя или его производительность (коммерческая производительность), которая характеризует полезную работу ГПА. Сложность решения задачи распределения нагрузки одновременно связана с требованием:The task of regulating the regime of the compressor shop is inextricably linked with the task of load distribution between the gas compressor units, since the automatic control system self-propelled guns are the executive mechanisms of the mode controller. The load in this case is the rotational speed of the supercharger or its productivity (commercial productivity), which characterizes the useful work of the gas compressor. The complexity of solving the load distribution problem is simultaneously associated with the requirement:

- учета взаимного влияния работающих ГПА;- taking into account the mutual influence of working gas compressor units;

- учета сложившихся в данном компрессорном цехе технологических особенностей управления оборудованием, связанным с его техническим состоянием, имеющейся информации о взаимосвязи изменяющихся параметров каждого отдельного ГПА, неформализованной в САУ ГПА информации о возможных условиях перехода параметров к технологическим, предупредительным и даже аварийным значениям и т.п.- taking into account the technological features of equipment management that have developed in this compressor shop related to its technical condition, information available on the relationship of the changing parameters of each individual gas compressor unit, information on possible conditions for the parameters to switch to technological, warning and even emergency values, etc. .

Перечисленные особенности характеризуют дополнительные расчетные и алгоритмические задачи, требующие решения для полноценной интеграции САУ ГПА в систему автоматического регулирования уровня КЦ, без учета которых автоматическое регулирование возможно лишь в ограниченных случаях совпадения благоприятных (для набора непроработанных технических решений) условий. Режимно-технологические задачи транспорта газа по своей сути являются многокритериальными. Информация о наиболее эффективном критерии управления в данных условиях работы цеха и каждого агрегата известна оператору. Поэтому разработан метод регулирования основных параметров газа компрессорного цеха, реализующий многовариантный выбор соотношения распределения нагрузок между агрегатами, которое устанавливает оператор либо оптимизационный расчет.The listed features characterize additional computational and algorithmic tasks that require solutions for the full integration of the automatic control system of automatic control units into the automatic control system of the CC level, without which automatic control is possible only in limited cases of coincidence of favorable (for a set of unworked technical solutions) conditions. The regimen-technological tasks of gas transport are inherently multi-criteria. Information on the most effective control criteria in these operating conditions of the workshop and each unit is known to the operator. Therefore, a method has been developed for regulating the basic gas parameters of the compressor shop, which implements a multivariate choice of the ratio of the distribution of loads between units, which is set by the operator or optimization calculation.

II. Повышение точности оптимизационного расчета достигается за счет:II. Improving the accuracy of the optimization calculation is achieved by:

а) применения функциональных расчетных зависимостей, описывающих основные виды энергетического взаимодействия в ГПА;a) the use of functional design dependencies that describe the main types of energy interaction in GPA;

б) применения метода нелинейного оптимизационного программирования, обрабатывающего модель энергетического взаимодействия в ГПА.b) the application of the method of nonlinear optimization programming that processes the model of energy interaction in GPA.

ПояснениеExplanation

Оптимизация распределения нагрузки между ГПА в рамках компрессорного цеха с целью снижения суммарных топливных затрат - давно обоснованная задача, которая, тем не менее, ранее не решалась широко известными методами оптимизации, выделенными в класс нелинейного программирования.Optimization of the load distribution between the gas compressor units within the compressor shop in order to reduce the total fuel costs is a well-founded task, which, however, has not been previously solved by widely known optimization methods allocated to the nonlinear programming class.

В общем виде для успешного решения задачи оптимизации необходимо решить две задачи:In general terms, in order to successfully solve the optimization problem, it is necessary to solve two problems:

- описать поведение системы на технически возможных режимах моделью как можно более адекватной поведению объекта оптимизации;- describe the behavior of the system in technically possible modes by the model as adequate as possible to the behavior of the optimization object;

- применить метод оптимизации, позволяющий найти наиболее приемлемое решение (глобальный минимум).- apply an optimization method that allows you to find the most acceptable solution (global minimum).

Первая задача решается тем успешнее, чем точнее учитывается в модели взаимосвязь оптимизируемого параметра с массивом управляющих воздействий. При оптимизации суммарного топливного газа, представляющего сумму потребляемых расходов топливного газа каждым ГПА, требуется определить для каждого ГПА взаимосвязь между полезной и затраченной энергией при текущих условиях работы ГПА. Указанные зависимости формируются в результате активного эксперимента - по набору измеренных параметров объекта на различных фиксированных частотах вращения ГПА и соответствующих им потреблениям топливного газа, в зависимостях имеется возможность использования мощности как опорного параметра регулирования. Проблема заключается в том, что полученные функциональные зависимости соответствуют поведению объекта лишь в текущих условиях с неизменными значениями температуры наружного воздуха, химическом составе газа, плотности перекачиваемого газа и ряде прочих переменных параметров, влияющих на затрачиваемую и полезную работу. Из-за большого набора изменяющихся параметров и нелинейного влияния этих параметров друг на друга настроить полученную функциональную зависимость под измененные условия работы ГПА, без выполнения очередного активного эксперимента возможно только применяя достоверные функциональные зависимости, учитывающие физику изменения измеряемых параметров.The first task is solved the more successfully, the more accurately the relationship between the optimized parameter and the array of control actions is taken into account in the model. When optimizing the total fuel gas, which represents the sum of the consumed fuel gas consumption by each gas compressor unit, it is required to determine for each gas compressor unit the relationship between the useful and spent energy under the current operating conditions of the gas compressor unit. The indicated dependencies are formed as a result of an active experiment - according to the set of measured parameters of the object at various fixed speeds of the gas compressor unit and the corresponding fuel gas consumption, in the dependencies there is the possibility of using power as a reference control parameter. The problem is that the obtained functional dependences correspond to the behavior of the object only in the current conditions with constant values of the outdoor temperature, chemical composition of the gas, the density of the pumped gas, and a number of other variable parameters that affect the expended and useful work. Due to the large set of varying parameters and the non-linear effect of these parameters on each other, it is possible to adjust the obtained functional dependence to the changed conditions of the gas compressor unit without performing another active experiment using reliable functional dependencies that take into account the physics of changes in the measured parameters.

Наиболее близкие к поведению объекта модели получаются путем использования фундаментального закона сохранения энергии. Для расчета баланса энергий имеются необходимые измерительные приборы, передающие данные в САУ ГПА и СКУ КЦ, поэтому достаточно построить расчеты различных видов энергий во взаимосвязи с расчетом топливного газа.The models closest to the behavior of the object are obtained by using the fundamental law of energy conservation. To calculate the energy balance, there are the necessary measuring instruments that transmit data to the automatic control system of the gas compressor and the control center of the control center, therefore it is enough to build calculations of various types of energy in conjunction with the calculation of fuel gas.

Для моделирования последующих изменений энергий целесообразно опираться на взаимосвязь относительных изменений (Δ) параметров относительно текущего состояния, а не оперировать с абсолютными значениями энергий. Такой переход также позволяет осуществить «привязку» расчета к текущему состоянию системы без каких-либо дополнительных вычислительных процедур. В результате для моделирования поведения системы требуется построить функциональные зависимости между ΔωH и Δ параметров, входящими в расчет энергий, изменяющихся при изменении частоты вращения ωH. Функциональные зависимости позволяют рассчитать энергии на всех изменениях ωH и в результате получить потребление топливного газа газоперекачивающим агрегатом на соответствующих частотах вращения нагнетателя в текущих условиях работы ГПА.To model subsequent changes in energies, it is advisable to rely on the relationship of relative changes (Δ) of parameters relative to the current state, and not to operate with absolute values of energies. This transition also allows you to "bind" the calculation to the current state of the system without any additional computational procedures. As a result, to simulate the behavior of the system, it is required to construct functional dependences between Δω H and Δ parameters included in the calculation of energies that change with a change in the frequency of rotation ω H. Functional dependencies make it possible to calculate the energy for all changes of ω H and as a result to obtain fuel gas consumption by the gas pumping unit at the corresponding speeds of the supercharger in the current conditions of the gas compressor.

Полученные таким образом наборы значений ωH, и Gтопливного газа в текущих условиях работы ГПА вносятся в оптимизационный расчет.The sets of ω H and G values of fuel gas obtained in this way under the current conditions of the gas compressor unit are included in the optimization calculation.

Решение оптимизационной задачи многомерной (в соответствии с количеством ГПА) модели при ограничениях методом перебора значений представляет даже для современной техники трудоемкую задачу, требующую значительных технических и временных ресурсов.The solution of the optimization problem of a multidimensional (in accordance with the number of GPU) model with restrictions by the method of enumerating values is even a difficult task for modern technology, requiring significant technical and time resources.

Для решения задачи оптимизации в данной работе применяется любой из методов нелинейного программирования, например метод градиентного спуска.To solve the optimization problem, in this paper we use any of the nonlinear programming methods, for example, the gradient descent method.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Ниже изобретение описано более подробно на примере предпочтительного варианта выполнения, раскрытого со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:Below the invention is described in more detail by the example of a preferred embodiment disclosed with reference to the attached drawings, in which:

Фиг.1 изображает упрощенную схему компрессорного цеха.Figure 1 depicts a simplified diagram of a compressor workshop.

Фиг.2 изображает упрощенную технологическую схему работы ГПА.Figure 2 depicts a simplified process flow diagram of the GPU.

Фиг.3. изображает структурную схему работы регулятора режима с функцией оптимизации топливных затрат.Figure 3. depicts a block diagram of the operation of the mode controller with the function of optimizing fuel costs.

Фиг.4 изображает формирование допустимых границ работы ГПА, КЦ для четырех полнонапорных ГПА.Figure 4 depicts the formation of the acceptable boundaries of the GPU, KC for four full-pressure GPU.

Фиг.5 изображает работу метода расчета допустимых частот (МРДЧ).Figure 5 depicts the operation of the method of calculating permissible frequencies (MPDF).

Фиг.6 изображает формирование допустимых границ работы для четырех полнонапорных ГПА с учетом максимальной разности нагрузок.6 depicts the formation of permissible boundaries for four full-pressure gas compressor units taking into account the maximum load difference.

Фиг.7 изображает поле допустимых режимов, поиск глобального минимума.Fig.7 depicts a field of valid modes, the search for a global minimum.

Фиг.8 изображает поверхность значений объемной производительности компрессорного цеха двух ГПА.Fig. 8 depicts a surface of volumetric performance values of the compressor department of two gas compressor units.

Фиг.9 изображает поиск оптимального соотношения нагрузок для двух ГПА.Fig.9 depicts the search for the optimal load ratio for two gas compressor units.

Подробное описание предпочтительного варианта изобретенияDetailed Description of a Preferred Embodiment

Работа компрессорного цеха газоперекачивающих агрегатов представляет, в соответствии с фиг.1, организованную перекачку природного газа со входа in КЦ к выходу out КЦ при помощи группы газоперекачивающих агрегатов и систем управления САУ ГПА, информационно взаимодействующих с САУ КЦ. Заданием для работы КЦ, или заданием по режиму, служит требование поддерживать на выходе out цеха определенное требуемое значение Pout, либо Qout. В существующих компрессорных цехах значение задания режима поддерживается человеком - оператором, который вводит задание частоты вращения нагнетателя в каждую САУ ГПА и контролирует со временем реакцию на выходе компрессорного цеха - Pout, либо Qout. При этом вводу задания по частоте вращения предшествует анализ оператором ряда измеряемых и вычисляемых каждой САУ ГПА важных технологических параметров, критически значимые изменения которых приводят к аварийным ситуациям. Для предотвращения таких изменений оператор опирается на предшествующий опыт, включающий знание реального технического состояния каждого ГПА и отдельных его составных частей, приблизительное знание зависимостей между изменением частоты вращения нагнетателя и изменением важных технологических параметров. Кроме перечисленных данных на выбор значений заданий влияют сведения, полученные от операторов соседних компрессорных цехов о возможном предстоящем изменении гидравлического режима Рin, либо Оin, а также знания о погрешностях и степени достоверности измерительной и рассчитываемой информации в САУ ГПА и САУ КЦ.The operation of the compressor shop of gas-pumping units is, in accordance with Fig. 1, an organized pumping of natural gas from the inlet to the CC to the out of the CC using a group of gas-pumping units and control systems of the automatic control system of the gas compressor unit, informationally interacting with the automatic control system of the control center. The task for the CC operation, or the task according to the mode, is the requirement to maintain at the output out of the workshop a certain required value P out or Q out . In the existing compressor workshops, the value of the mode setting is maintained by a person, the operator, who enters the compressor speed setting into each automatic control unit of the gas compressor unit and controls the reaction at the output of the compressor department, P out , or Q out . At the same time, the input of the task according to the rotation frequency is preceded by the analysis by the operator of a number of important technological parameters measured and calculated by each automatic control system of the gas compressor unit, critical changes of which lead to emergency situations. To prevent such changes, the operator relies on previous experience, including knowledge of the real technical condition of each gas compressor unit and its individual components, an approximate knowledge of the relationships between the change in the speed of the supercharger and the change in important technological parameters. In addition to the data listed, the choice of task values is influenced by information received from operators of neighboring compressor shops about a possible upcoming change in the hydraulic mode P in or О in , as well as knowledge about the errors and the degree of reliability of the measured and calculated information in the automatic control system of the gas compressor unit and the control system of the control center.

Значение задания по частоте вращения, внесенное в САУ ГПА, поступает в микропроцессорный модуль, который сравнивает его с текущим измеренным значением частоты и по разности между указанными значениями формирует управляющее воздействие на регулирующий клапан подачи топливного газа по ПИ-закону регулирования.The speed reference value entered in the automatic control system self-propelled guns enters the microprocessor module, which compares it with the current measured frequency value and forms the control action on the fuel gas supply control valve according to the PI control law by the difference between the indicated values.

Топливный газ, сгорая в камере сгорания, смешивается с воздухом, поступающим из регенератора, полученная газовоздушная смесь подается на лопатки турбины высокого давления. Часть энергии газовоздушной смеси отбирается турбиной высокого давления, остальная часть поступает на лопатки следующей турбины низкого давления. Отбор энергии турбиной сопровождается падением температуры и давления газовоздушной смеси. Турбина высокого давления и осевой компрессор имеют единый вал. Таким образом, отобранная ТВД часть энергии газовоздушной смеси расходуется на всасывание осевым компрессором атмосферного воздуха и перемещение этого воздуха через регенератор.Fuel gas, burning in the combustion chamber, is mixed with air coming from the regenerator, the resulting gas-air mixture is fed to the blades of a high pressure turbine. Part of the energy of the gas-air mixture is taken away by a high-pressure turbine, the rest is supplied to the blades of the next low-pressure turbine. Energy extraction by a turbine is accompanied by a drop in temperature and pressure of the gas-air mixture. The high pressure turbine and axial compressor have a single shaft. Thus, the part of the energy of the gas-air mixture selected by the HPT is spent on the absorption of atmospheric air by the axial compressor and the movement of this air through the regenerator.

ТНД объединена валом с нагнетателем, поэтому газовоздушная смесь, поданная на лопатки ТНД вращает одновременно и нагнетатель. На выходе ТНД газовоздушная смесь сохраняет все еще высокое значение тепловой энергии, которая в регенераторе передается закачиваемому атмосферному воздуху.The high pressure pump is connected by a shaft with a supercharger, so the gas-air mixture fed to the high pressure pump blades rotates the supercharger at the same time. At the outlet of the low pressure pump, the gas-air mixture retains a still high value of thermal energy, which is transferred to the injected atmospheric air in the regenerator.

Вращение центробежного нагнетателя ГПА приводит к засасыванию газа из шлейфа крана №1, приданию газу скорости, равной скорости вращения нагнетателя, и последующему сжатию газа в диффузоре нагнетателя. Сжатый газ поступает через кран №2 к выходу компрессорного цеха out.The rotation of the GPU centrifugal supercharger leads to gas suction from the loop of crane No. 1, giving the gas a speed equal to the supercharger rotation speed, and subsequent gas compression in the supercharger diffuser. Compressed gas flows through valve No. 2 to the outlet of the compressor department out.

В микропроцессорный модуль САУ ГПА поступает информация измеренных значений температур, давлений, частот вращения, расходов, значений вибраций и осевого сдвига, часть из перечисленных измерительных параметров показана на фиг.2. Собранная информация автоматически обрабатывается и участвует в алгоритмах САУ ГПА, по ней, в случае приближения некоторых из технологически важных параметров к предупредительным значениям, срабатывают ограничивающие регуляторы, которые могут блокировать задание оператора и изменять частоту вращения нагнетателя произвольно по ограничивающим алгоритмам управления, препятствующим возникновению аварийной ситуации. При этом режим компрессорного цеха, соответственно, имеет возможность изменяться неконтролируемо до выхода САУ ГПА на безопасно удаленный от ограничения режим. Не все технологически важные параметры, зависимые от изменения частот вращения участвуют в предупредительных алгоритмах САУ ГПА, но большинство из них при критическом изменении могут стать причиной аварийного останова. Поэтому анализ значений важных технологических параметров каждого ГПА представляет обязательную циклическую процедуру человека - оператора.The information on the measured values of temperatures, pressures, rotational speeds, flow rates, vibration values and axial shift is received in the microprocessor module of the automatic control system of the gas compressor unit, part of the listed measurement parameters is shown in figure 2. The collected information is automatically processed and participates in the algorithms of the automatic control system of automatic control systems, according to it, in the case of approaching some of the technologically important parameters to the warning values, limiting regulators are activated that can block the operator’s task and change the supercharger speed arbitrarily according to limiting control algorithms that prevent an emergency . At the same time, the mode of the compressor shop, respectively, has the ability to change uncontrollably until the ACS of the GPU reaches a safe mode remote from the restriction. Not all technologically important parameters that depend on changes in rotational speeds participate in the warning algorithms of the automatic control system of automatic control units, but most of them, during a critical change, can cause an emergency stop. Therefore, the analysis of the values of the important technological parameters of each gas compressor unit is a mandatory cyclic procedure of the human operator.

Обработка человеком всего перечня важной технологической информации невозможна в ситуациях, требующих экстренного принятия мер и при длительном переключении внимания. Поэтому человек не имеет возможности управлять режимом КЦ с необходимой точностью и быстродействием. Человек, без наличия соответствующего аппаратного и математического обеспечения, не в состоянии определить оптимальное соотношение нагрузок между ГПА КЦ и снизить тем самым потребление топливного газа цехом. В современных условиях усложнение газотранспортной сети, при которой работа компрессорных цехов объединена на один магистральный газопровод, требует объединение компрессорных цехов в единую систему межцехового управления компрессорной станции (КС).Human processing of the entire list of important technological information is impossible in situations requiring urgent action and long-term attention switching. Therefore, a person does not have the ability to control the CC mode with the necessary accuracy and speed. A person, without the availability of appropriate hardware and software, is not able to determine the optimal load ratio between the GPU CC and thereby reduce the consumption of fuel gas by the workshop. In modern conditions, the complication of the gas transmission network, in which the operation of the compressor shops is combined into one main gas pipeline, requires the combination of the compressor shops into a single inter-workshop control system of the compressor station (KS).

Исходя из ряда перечисленных причин на уровне компрессорного цеха, актуальна реализация автоматического управления режимом и распределения нагрузки между ГПА.Based on a number of the listed reasons at the compressor shop level, the implementation of automatic mode control and load balancing between gas compressor units is relevant.

Описание работы способа управления гидравлическим режимом компрессорного цеха с оптимальным распределением нагрузки между газоперекачивающими агрегатамиDescription of the operation of the method of controlling the hydraulic mode of the compressor shop with optimal load distribution between gas pumping units

На фиг.3 изображена работа способа автоматического управления компрессорного цеха. На рисунке выделены основные компоненты, управления компрессорным цехом, отличающие его от режима управления вручную оператором КЦ. Значение задания на режим выбирается и вводится в САУ КЦ либо оператором компрессорного цеха, либо вышестоящей системой управления компрессорной станции через информационные каналы связи. Полученное значение задания по параметру регулирования компрессорным цехом поступает в блок управления, который формирует опорный параметр регулирования цехом. Выбранный опорный параметр регулирования - один из ΣQпроизводительность цеха, ΣQкоммерч. производительность цеха или ΣωH подается в блок оптимизационного расчета либо, если оптимизация распределения нагрузки не включена, значение параметра попадает непосредственно в блок распределения нагрузки, в котором сохраняются соотношения нагрузок, запомненные на момент включения режима автоматического регулирования компрессорным цехом. Изменение соотношения распределенных нагрузок корректируется в четырех случаях:Figure 3 shows the operation of the method of automatic control of the compressor shop. The figure highlights the main components of the compressor shop control that distinguish it from the manual control mode by the CC operator. The value of the task for the mode is selected and entered into the control system ACS either by the operator of the compressor workshop, or by a higher-level control system of the compressor station via information communication channels. The obtained reference value for the control parameter of the compressor workshop enters the control unit, which forms the reference control parameter of the workshop. The selected control reference parameter is one of ΣQ workshop productivity , ΣQ commercial. the productivity of the workshop or Σω H is supplied to the optimization calculation unit or, if the load distribution optimization is not turned on, the parameter value goes directly to the load distribution unit, in which the load ratios stored at the time the automatic control was switched on by the compressor workshop are saved. The change in the ratio of distributed loads is adjusted in four cases:

- оператором путем выключения режима автоматического управления, последующего задания частот вращения нагнетателей в каждую САУ ГПА вручную и повторного включения регулятора режима;- by the operator by turning off the automatic control mode, subsequently setting the rotational speeds of the superchargers to each automatic control system automatic control unit and manually turning on the mode controller;

- блоком формирования допустимых границ работы ГПА, КЦ в случае, если в результате отработки задания ГПА приближается к максимально или минимально возможному значению регулирования;- a unit for the formation of acceptable limits for the operation of the gas compressor unit and the compressor center if, as a result of the task completion, the gas compressor unit approaches the maximum or minimum possible regulation value;

- введенным новым значением опорного параметра регулирования, в случае, когда сохранение текущего соотношения выводит ГПА за пределы максимально или минимально возможных значения регулирования сон;- introduced a new value of the reference parameter of regulation, in the case when maintaining the current ratio takes the GPA beyond the maximum or minimum possible values of the regulation of sleep;

- блоком оптимизации распределения нагрузки между ГПА.- a unit for optimizing the load distribution between the gas compressor units.

Блок формирования границ также передает исходную информацию о возможном изменении ωH относительно текущего значения до максимальной и минимальной границы, т.е. формируются две области значений от - ΔωH_i до +ΔωH_i. Далее для каждого значения этой области, с шагом 1 об/мин рассчитывается изменение кинетической, тепловой, газодинамической энергии и энергии потерь. Полученные значения энергий каждого шага суммируются и выражаются относительно текущего значения в изменении потребления топливного газа +ΔGтопливо_i и -ΔGтопливо_i, где i - одна из точек массива значений, соответствующих массиву частот в области (-ΔωH_i; +ΔωH_i). По функциональным зависимостям для каждого i-го шага рассчитывается изменение ±ΔQпроизводительность нагнетателя ГПА_i и ±Δρплотность газа на входе H_i. Полученные наборы относительных значений формируют массивы (±ΔGтопливо_i; ±ΔωH_i, ±ΔQпроизводительность нагнетателя ГПА_i, ±ΔQкоммерческая производительность нагнетателя ГПА_i). В зависимости от выбранного одного из трех опорного параметра регулирования выполняется переход от относительных значений к абсолютным значениям в наборах массива значений (Gтопливо_i, ωH_i) либо (Gтопливо_i, Qобъемная производительность нагнетателя ГПА_i), либо (Gтопливо_i, Qкоммерческая производительность нагнетателя ГПА_i). Выбранный набор массивов значений аппроксимируется.The boundary formation unit also transmits initial information about a possible change in ω H relative to the current value to the maximum and minimum boundaries, i.e. two ranges of values are formed from - Δω H_i to + Δω H_i . Further, for each value of this region, with a step of 1 rpm, the change in kinetic, thermal, gas-dynamic energy and loss energy is calculated. The obtained energies of each step are summed and expressed relative to the current value in the change in fuel gas consumption + ΔG fuel_i and -ΔG fuel_i , where i is one of the points in the array of values corresponding to the frequency array in the region (-Δω H_i ; + Δω H_i ). According to the functional dependences for each i-th step, the change ± ΔQ is calculated for the capacity of the GPA_i supercharger and ± Δρ is the gas density at the inlet H_i . The resulting sets of relative values form arrays (± ΔG fuel_i ; ± Δω H_i , ± ΔQ GPA_i supercharger productivity , ± ΔQ commercial GPA_i supercharger performance ). Depending on the selected one of the three reference control parameters, the transition from relative values to absolute values in sets of the array of values (G fuel_i , ω H_i ) or (G fuel_i , Q volumetric capacity of the GPA_i supercharger ), or (G fuel_i , Q commercial productivity of the supercharger GPA_i ). The selected set of arrays of values is approximated.

Процедура выполняется для каждого ГПА. Таким образом формируются нелинейные модельные зависимости параметра регулирования и потребления топливного газа для каждого ГПА. Полученные функциональные зависимости поступают в блок оптимизационного расчета, где при поиске решений дополнительно учитывается максимальная разность нагрузок между агрегатами. Полученные рассчитанные значения заданий попадают в блок распределения нагрузки. В связи с тем, что оптимизационный модуль рассчитывает задания в поле допустимых значений, блок распределения нагрузок не выполняет дополнительных корректировок рассчитанных оптимальных значений заданий.The procedure is performed for each GPU. Thus, nonlinear model dependencies of the regulation parameter and fuel gas consumption for each gas compressor unit are formed. The obtained functional dependencies go to the optimization calculation block, where, when searching for solutions, the maximum load difference between the units is additionally taken into account. The obtained calculated task values fall into the load distribution unit. Due to the fact that the optimization module calculates tasks in the field of permissible values, the load distribution unit does not perform additional adjustments to the calculated optimal task values.

Блок распределения нагрузки дополнительно проверяет выполнение условия соответствия заданий нагрузок их допустимым границам регулирования. В случае, если происходит выход за границу регулирования, задание на ГПА корректируется по максимально или минимально возможному значению. В этом случае разность между требуемым заданием ГПА и его предельно возможным значением распределяется между заданиями соседних ГПА по принципу сохранения соотношения нагрузок. В случае, если за границу регулирования выходит несколько ГПА, соответственно их нагрузка распределяется на оставшиеся с запасом регулирования ГПА. При исчерпании всеми ГПА запасов регулирования устанавливаются предельно возможные значения задания на каждый ГПА, происходит корректировка значения опорного параметра регулирования в соответствии с его предельно допустимым значением и подается соответствующая сигнализация - «КЦ достиг ограничения».The load distribution unit additionally verifies that the conditions for the assignment of the loads to their permissible control limits are met. In the event that there is going beyond the regulation border, the task for the gas compressor unit is adjusted at the maximum or minimum possible value. In this case, the difference between the required task of the gas compressor unit and its maximum possible value is distributed between the tasks of neighboring gas compressor units according to the principle of maintaining the load ratio. In the event that several gas treatment units go beyond the control border, their load is accordingly distributed to the remaining gas-compressor units. When all the gas control units have exhausted the regulatory reserves, the maximum possible task values for each gas compressor unit are established, the value of the reference regulation parameter is adjusted in accordance with its maximum permissible value, and the corresponding alarm is given - “CC reached the limit”.

Сформированные задания нагрузок ГПА при управлении по Qпроизводительности ГПА или Qкоммерч. производительности ГПА передается в ПИ-регулятор, поддерживающий выбранный параметр регулирования ГПА равным заданному через выдачу управляющих значений ωН.Generated tasks of GPU loads under control by QA of GPA productivity or Q commercial GPA performance is transferred to the PI controller, which maintains the selected GPA control parameter equal to the specified value through the issuance of control values of ω N.

Таким образом в САУ ГПА поступают значения задания частоты вращения нагнетателя ωН в автоматическом режиме регулирования компрессорным цехом.Thus, in the automatic control system of the gas compressor unit, the values for setting the frequency of rotation of the supercharger ω N in the automatic control mode by the compressor workshop are received.

Более подробно работу отдельных частей способа регулирования поясняют следующие фигуры.In more detail, the operation of the individual parts of the control method is illustrated by the following figures.

Формирование допустимых границ работы ГПА, КЦ пояснено примером на фиг.4. Общая нагрузка, выраженная в частотах вращения нагнетателей четырех агрегатов (фиг.4), разделена в поле допустимых решений по соотношению согласно положению точек А1, А2, A3, А4. На фиг.4 положение точки соответствует значению частоты вращения нагнетателя между значениями 3600-5100 об/мин.The formation of the acceptable boundaries of the GPU, CC is illustrated by the example in figure 4. The total load, expressed in rotational speeds of the blowers of the four units (Fig. 4), is divided into the field of feasible solutions according to the ratio according to the position of points A1, A2, A3, A4. In figure 4, the position of the point corresponds to the value of the rotational speed of the supercharger between 3600-5100 rpm.

Область допустимых режимов работы каждого агрегата определяется максимально допустимой частотой вращения ωHmax и минимально допустимой частотой ωHmin нагнетателя, полученных методом расчета допустимых частот (фиг.5) с учетом дополнительных параметров контроля.The range of permissible operating modes of each unit is determined by the maximum permissible rotation frequency ω Hmax and the minimum permissible frequency ω Hmin of the supercharger, obtained by calculating the permissible frequencies (Fig. 5) taking into account additional control parameters.

Метод расчета допустимых частот (МРДЧ) устанавливает функциональные зависимости между важными технологическими параметрами и ωH. Эта функциональная зависимость F(Δx)=ΔωH, где Δx - изменение значения технологического параметра от текущего значения до его предупредительного значения, соответствующего предаварийной ситуации.The method of calculating permissible frequencies (MPDF) establishes the functional relationships between important technological parameters and ω H. This functional dependence is F (Δx) = Δω H , where Δx is the change in the value of the process parameter from the current value to its warning value corresponding to the pre-emergency situation.

Полученные значения ΔωH прибавляются к текущему значению ωH для расчета верхней допустимой границы регулирования ωH_UP_CL и вычитаются для расчета нижней допустимой границы регулирования ωH_LO_CL. После расчета ряда значений границ выполняется процедура сравнения для обоих типов границ и выбирается наименьшее значение из набора значений максимально допустимых границ и наибольшее значение из набора значений минимально допустимых границ.The obtained values of Δω H are added to the current value of ω H for calculating the upper permissible control margin ω H_UP_CL and are subtracted to calculate the lower permissible control margin ω H_LO_CL . After calculating a number of boundary values, a comparison procedure is performed for both types of boundaries and the smallest value is selected from the set of values of the maximum allowable boundaries and the largest value from the set of values of the minimum allowable boundaries.

Полученные границы сформированы путем расчета функциональных зависимостей основных технологических параметров агрегата, определяющих индивидуальные границы его работы. В примере (фиг.4) верхние ограничения частот сформированы по параметру Тmах - «температура за турбиной низкого давления ТНД», а нижние границы сформированы значением минимально допустимой производительности нагнетателя. При других условиях работы ограничивающими параметрами могут стать любые другие участвующие в расчете допустимых границ регулирования ГПА. В случае, если ГПА имеет важные технологические параметры, не перечисленные в стандартном перечне, такой параметр добавляется и участвует в расчете границ регулирования ГПА. В случае, если ГПА имеет важные технологические параметры, не перечисленные в стандартном перечне, такой параметр добавляется и участвует в расчете границ регулирования ГПА.The obtained boundaries are formed by calculating the functional dependencies of the main technological parameters of the unit, which determine the individual boundaries of its operation. In the example (figure 4), the upper frequency limits are formed by the parameter Tmax - "temperature behind the low-pressure turbine low pressure turbine", and the lower boundaries are formed by the value of the minimum allowable blower performance. Under other operating conditions, the limiting parameters may be any other GPA that are involved in the calculation of the permissible limits of regulation. If the gas compressor unit has important technological parameters that are not listed in the standard list, such a parameter is added and participates in the calculation of the regulation boundaries of the gas compressor unit. If the gas compressor unit has important technological parameters that are not listed in the standard list, such a parameter is added and participates in the calculation of the regulation boundaries of the gas compressor unit.

Кроме перечисленных ограничений, которые определяют границы работы каждого агрегата согласно МРДЧ, формируются границы с учетом ограничений по максимально допустимой разнице нагрузок между нагнетателями цеха Δωmax, для параллельной схемы показаны на чертежах линиями х 1 и x 2.In addition to the listed restrictions, which determine the boundaries of each unit according to the MPDC, boundaries are formed taking into account restrictions on the maximum allowable load difference between the superchargers of the workshop Δω max , for a parallel circuit are shown in the drawings by lines x 1 and x 2.

Эти линии построены для минимальных MIN ωH (точка А1) и максимальных МАХ ωH (точка A3) из текущих частот вращения нагнетателей. Если выполняется условие для всех ГПА:These lines are constructed for the minimum MIN ω H (point A1) and maximum MAX ω H (point A3) from the current speeds of the superchargers. If the condition is met for all GPUs:

MIN ωH+ΔωmaxH_UP_CL, то ωH_UP_CL=MIN ωH+Δωmax.MIN ω H + Δω maxH_UP_CL , then ω H_UP_CL = MIN ω H + Δω max .

Если выполняется условие для всех ГПА:If the condition is met for all GPUs:

МАХ ωH-ΔωmaxH_UP_CL, то ωH_UP_CL=MAX ωH-Δωmax.MAX ω H -Δω maxH_UP_CL , then ω H_UP_CL = MAX ω H -Δω max .

Если условия не выполняются для ГПА, то границы этого ГПА ωH_UP_CL или ωH_LO_CL не корректируются.If the conditions are not satisfied for the GPA, then the boundaries of this GPU ω H_UP_CL or ω H_LO_CL are not adjusted.

То есть учет предельно допустимой разности нагрузки между ГПА является дополнительным ограничением для значений ωН_UP_CL и ωH_LO_CL индивидуальных границ ГПА.That is, taking into account the maximum permissible load difference between the gas compressor units is an additional restriction for the values of ω Н_UP_CL and ω H_LO_CL of the individual boundaries of the gas compressor unit .

Линия х 2 расположена выше температурных ограничений ГПА1-4, поэтому агрегаты не выйдут на ограничение х 2 по максимально допустимой разнице нагрузок на верхних границах. Линия х 1 находится выше ограничений по минимально допустимой производительности ГПА1-4, поэтому агрегаты не разгружаются до частоты вращения линии х 1, т.к. они при этом выйдут за границу допустимой разницы нагрузок. С учетом описанного, технологические границы совместной работы, рассчитанные МРДЧ, создадут поле допустимых режимов ГПА, которому соответствует фиг.6.The x 2 line is located above the GPA1-4 temperature limits, so the units will not reach the x 2 limit for the maximum allowable load difference at the upper boundaries. Line x 1 is above the restrictions on the minimum permissible capacity of GPA1-4, therefore, the units are not unloaded to the speed of line x 1, because they will go beyond the limits of the permissible difference in loads. Based on the described, the technological boundaries of collaboration calculated by the MDRC will create a field of acceptable GPA modes, which corresponds to Fig.6.

В указанной области имеется возможность задать новый режим, например В1, В2, В3, В4, человеком-оператором КЦ или автоматическим алгоритмом распределения нагрузки, который использует метод оптимизации топливных затрат. Если оператор введет новое задание, то он тем самым установит соотношение нагрузок, которое система запоминает и поддерживает с течением времени. В случае выхода на ограничитель работы САУ ГПА, поддержка значения регулируемого основного параметра цеха обеспечивается агрегатом (агрегатами), у которого запас по регулированию больше.In the indicated area, it is possible to set a new mode, for example, B1, B2, B3, B4, by the human operator of the control center or by an automatic load balancing algorithm that uses the method of optimizing fuel costs. If the operator introduces a new task, he will thereby establish the load ratio, which the system remembers and maintains over time. In the event that the automatic control system ACS reaches the operation limiter, the support of the adjustable main parameter of the workshop is supported by the unit (s), which has a larger margin for regulation.

На фиг.4 положение точек С1, С2, С3, С4 соответствует новому режиму работы ГПА, при котором точка С3 выходит за границы зоны допустимой роботы текущего режима А1, А2, А3, А4. Для работы оптимизационного метода важно оценивать все возможные варианты соотношения нагрузок, чтобы найти глобальный минимум топливных затрат. Поэтому работа МРДЧ в режиме оптимизации топливных затрат разделена на поиск оптимального соотношения нагрузок во всей области допустимых режимов ГПА и последующую оценку полученного соотношения нагрузок с учетом допустимой разности нагрузок, фиг.7.In figure 4, the position of points C1, C2, C3, C4 corresponds to the new GPU operation mode, in which point C3 goes beyond the boundaries of the zone of permissible robots of the current mode A1, A2, A3, A4. For the optimization method to work, it is important to evaluate all possible load ratios in order to find the global minimum fuel cost. Therefore, the operation of the MPDF in the mode of optimizing fuel costs is divided into the search for the optimal load ratio in the entire area of permissible GPA modes and the subsequent assessment of the resulting load ratio taking into account the allowable load difference, Fig.7.

Пояснение принципа нахождения оптимального соотношения нагрузок рассмотрено на примере фиг.8 и фиг.9. В соответствии с представленными фигурами режим компрессорного цеха задают два газоперекачивающих агрегата. Частоты вращения газоперекачивающих агрегатов могут изменяться в диапазоне: для ГПА №1 от ωН1 min до ωН2 max и для ГПА №2 от ωН2 min до ωH2 max. Поле возможных заданий частот вращения ограничено фигурой ABCDEF на плоскости координат частот вращения (ωH1, ωH2). В соответствии с фигурой ABCDEF, существует поверхность значений суммарной производительности обеих ГПА, равная Qпроизводительность цеха, ограниченная точками ABCDEF. Эта поверхность охватывает все возможные режимы работы каждого ГПА с учетом допустимой разности нагрузок между агрегатами. Допустимая разность нагрузок фигуры ограничивается участками кривых АВ и ED. При управлении режимом требуется поддерживать постоянное значение Qпроизводительность цеха, т.е. чтобы производительность была равна константе. Таким образом на поверхности возможных значений производительности цеха выделяется отрезок кривой линии L, точки которой соответствует условию Qпроизводительность цеха=const, а этому отрезку соответствуют различные сочетания частот вращения ωН1 и ωН2.An explanation of the principle of finding the optimal load ratio is considered on the example of Fig.8 and Fig.9. In accordance with the figures, the mode of the compressor shop is set by two gas pumping units. The frequencies of rotation of gas pumping units can vary in the range: for gas compressor unit No. 1 from ω Н1 min to ω Н2 max and for gas compressor unit No. 2 from ω Н2 min to ω H2 max . The field of possible tasks of rotation frequencies is limited by the figure ABCDEF on the plane of coordinates of rotation frequencies (ωH1, ω H2 ). In accordance with the figure of ABCDEF, there is a surface of values of the total productivity of both gas compressor units, equal to Q the productivity of the workshop , limited by points ABCDEF. This surface covers all possible modes of operation of each gas compressor unit, taking into account the allowable difference in loads between the units. The permissible load difference of the figure is limited by the sections of the curves AB and ED. When controlling the mode, it is required to maintain a constant value of Q workshop productivity , i.e. so that the performance is equal to a constant. Thus, on the surface of possible values of the workshop productivity, a segment of the curve of the line L is highlighted, the points of which correspond to the condition Q workshop productivity = const, and this segment corresponds to various combinations of rotation frequencies ω Н1 and ω Н2 .

Рассматривая работу агрегатов в координатах (ωН1, ωН2, ΣGтопливного газа), (фиг.9), кривой (Qпроизводительность цеха=соnst соответствует кривая ΣGтопливного газа с различными значениями, зависящими от особенностей работы каждого отдельного агрегата на определенных частотах вращения. Из всех значений данного отрезка ΣGтопливного газа существует значение, при котором ΣQтопливного газа имеет минимальное сочетание и соответствующее этому значению оптимальные значения ωН1 и ωН2 - на фиг 9, этому месту соответствует точка Gmin.Considering the operation of the units in the coordinates (ω Н1 , ω Н2 , ΣG of fuel gas ), (Fig. 9), the curve (Q workshop productivity = const corresponds to the curve ΣG of fuel gas with different values depending on the characteristics of each individual unit at certain rotation speeds Of all the values of this segment ΣG of fuel gas, there is a value at which ΣQ of fuel gas has a minimum combination and the optimal values of ω H1 and ω H2 corresponding to this value are in Fig. 9, this point corresponds to the point G min .

Работа оптимизационного метода представляет последовательное построение многомерных поверхностей в координатах (ωН1, ωН2,…ωHN, Qпроизводительность цеха) и (ωН1, ωН2,…ωHN, ΣGтопливного газа), формирование ограничений в виде соблюдения константы опорного параметра регулирования и ограничения на изменения частот в пределах диапазонов допустимой работы каждого ГПА, где N - количество агрегатов, работающих в КЦ. Полученная таким образом поверхность значений обрабатывается методом нелинейного программирования (самый простейший из которых - метод градиентного спуска). Завершением поиска метода оптимизации является набор значений заданий частот (ωH1, ωH2,…ωHN), которые поступают в блок распределения нагрузки регулятора режима компрессорного цеха.The work of the optimization method is the sequential construction of multidimensional surfaces in the coordinates (ω Н1 , ω Н2 , ... ω HN , Q productivity of the workshop ) and (ω Н1 , ω Н2 , ... ω HN , ΣG fuel gas ), the formation of restrictions in the form of observing the reference parameter constant regulation and restrictions on frequency changes within the ranges of permissible operation of each gas compressor unit, where N is the number of units operating in the CC. The surface of values thus obtained is processed by the nonlinear programming method (the simplest of which is the gradient descent method). The search for the optimization method ends with a set of frequency reference values (ω H1 , ω H2 , ... ω HN ) that enter the load distribution unit of the compressor shop mode controller.

Claims (1)

Способ распределения нагрузки при управлении гидравлическим режимом компрессорного цеха газоперекачивающих агрегатов (ГПА), заключающийся в том, что в каждом ГПА измеряют давление транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, температуру транспортируемого газа на входе и выходе нагнетателей, перепад давлений в нагнетателях, частоту вращения роторов нагнетателей, давления воздуха на входе и выходе осевых компрессоров, температуры воздуха на входе и выходе осевых компрессоров, а также температуры воздуха за рекуператорами, частоты вращения роторов компрессоров, расходы топливного газа турбин, температуры газовоздушной смеси в газоходах турбин, камер сгорания и рекуператорах, давления газовоздушной смеси в газоходах турбин, камер сгорания и рекуператорах, также измеряют значения основных параметров газа компрессорного цеха - давление газа на выходе цеха, объемную производительность компрессорного цеха, степень сжатия газа в компрессорном цехе, коммерческую производительность компрессорного цеха, которые сравнивают с заданными величинами основных параметров, и формируют управляющие воздействия в системы автоматического управления ГПА, входящих в состав компрессорного цеха, отличающийся тем, что заданные величины частот вращения роторов нагнетателей определяют по соотношению в области допустимых значений изменения нагрузки каждого ГПА с учетом ограничения максимально допустимой разности нагрузок между соседними ГПА, при этом заданное оператором произвольное соотношение нагрузок выбирают и вносят в расчет, либо по включенному методу оптимизации вычисляют соотношение нагрузок, соответствующее минимальному потреблению топливного газа, для расчета оптимального соотношения нагрузок применяют метод оптимизации многомерных моделей при ограничениях, поиск оптимального соотношения нагрузок нагнетателей производят на всем диапазоне допустимых значений частот нагнетателей, одновременно учитывая ограничения максимально возможной разности между нагрузками нагнетателей, в расчете изменение потребления агрегатом топливного газа (химической энергии) связывают с изменением в турбине энергий термического взаимодействия, механического взаимодействия и газодинамического взаимодействия рабочих сред (потока воздуха, потока топливного и перекачиваемого газа, потока газовоздушной смеси) согласно принципу сохранения энергии, а изменение указанных четырех видов энергии при помощи математических моделей выражают через изменение измеренных в системах автоматического управления ГПА параметров - температур рабочих сред, давлений рабочих сред, перепадов давлений рабочих сред и частот вращения валов турбин, таким образом, по измеренным данным и модельным зависимостям формируют основные модели энергетического взаимодействия в ГПА на текущих и ряде возможных режимах различных частот вращения ГПА, по модели энергетического взаимодействия рассчитывают соответствующие этим режимам значения объемной и коммерческой производительности ГПА, а также потребление топливного газа, полученные совокупности значений объемной и коммерческой производительности, расхода топливного газа и частот вращения формируют в статические зависимости, сформированные функциональные статические зависимости и ограничения обрабатывают методом оптимизационного расчета, в процессе которого рассчитывают задания частот вращения нагнетателей методом нелинейного программирования, задания частот подают в систему управления ГПА в качестве управляющего воздействия, при этом предельно допустимые границы работы каждого отдельного ГПА рассчитывают по функциональным зависимостям непрерывно, а формирование модельных зависимостей энергетического баланса для оптимизационного расчета выполняют однократно для оптимизационного расчета. The method of load distribution when controlling the hydraulic mode of the compressor shop of gas pumping units (GPU), which consists in the fact that in each GPU measure the pressure of the transported gas at the inlet and outlet of the superchargers, the temperature of the transported gas at the inlet and outlet of the superchargers, the pressure drop in the superchargers, the rotor speed blowers, air pressure at the inlet and outlet of axial compressors, air temperature at the inlet and outlet of axial compressors, as well as air temperature behind the recuperators, cha rotational speeds of compressor rotors, gas flow rates of turbines, air-gas mixture temperatures in turbine ducts, combustion chambers and recuperators, gas-air mixture pressure in turbine ducts, combustion chambers and recuperators, also measure the main gas parameters of the compressor shop - gas pressure at the outlet of the shop, volumetric the productivity of the compressor shop, the degree of gas compression in the compressor shop, the commercial productivity of the compressor shop, which is compared with the specified values of the main parameters ditch, and form the control actions in the automatic control systems of the gas compressor units included in the compressor shop, characterized in that the set values of the rotor speeds of the rotors of the superchargers are determined by the ratio in the range of permissible load changes of each gas compressor unit, taking into account the limitation of the maximum permissible load difference between neighboring gas compressor units, at the same time, the arbitrary load ratio specified by the operator is selected and entered into the calculation, or the load ratio is calculated using the included optimization method, respectively There is a minimum consumption of fuel gas, to calculate the optimal load ratio, the method of optimizing multidimensional models with restrictions is used, the search for the optimal load ratio of the blowers is carried out over the entire range of permissible frequencies of the blowers, while taking into account the limitations of the maximum possible difference between the loads of the blowers, in the calculation of the change in the consumption of fuel gas by the unit (chemical energy) is associated with a change in the turbine thermal interaction energies , mechanical interaction and gas-dynamic interaction of working media (air flow, fuel and pumped gas flow, air-gas mixture flow) according to the principle of energy conservation, and the change in these four types of energy using mathematical models is expressed through a change in the parameters measured in the automatic control systems of GPA - operating temperatures environments, working medium pressures, differential pressures of working environments and rotational speeds of turbine shafts, thus, according to measured data and model curves the main models of energy interaction in the gas compressor unit are formed at the current and a number of possible modes of various gas turbine engine rotation speeds, the model of energy interaction is used to calculate the volume and commercial gas generator capacity values corresponding to these modes, as well as the fuel gas consumption, the obtained sets of volume and commercial gas productivity, fuel consumption gas and rotational speeds form in static dependencies, the formed functional static dependencies and The values are processed by the method of optimization calculation, during which the task of the rotational speeds of the superchargers is calculated by non-linear programming, the frequency set is fed to the GPU control system as a control action, while the maximum allowable limits of the operation of each individual GPU are calculated continuously based on the functional dependencies, and the formation of model dependencies of the energy balance sheet for the optimization calculation is performed once for the optimization calculation.
RU2011105080/06A 2011-02-14 2011-02-14 Control method of hydraulic conditions of compressor shop with optimum load distribution between gas compressor units RU2454569C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105080/06A RU2454569C1 (en) 2011-02-14 2011-02-14 Control method of hydraulic conditions of compressor shop with optimum load distribution between gas compressor units

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011105080/06A RU2454569C1 (en) 2011-02-14 2011-02-14 Control method of hydraulic conditions of compressor shop with optimum load distribution between gas compressor units

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2454569C1 true RU2454569C1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46681929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011105080/06A RU2454569C1 (en) 2011-02-14 2011-02-14 Control method of hydraulic conditions of compressor shop with optimum load distribution between gas compressor units

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2454569C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786513C1 (en) * 2021-10-08 2022-12-21 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" Automated system for control and regulation of flow rate of fuel gas of gas-pumping unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4494006A (en) * 1982-09-15 1985-01-15 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for controlling a multicompressor station
RU2181854C1 (en) * 2001-06-18 2002-04-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Система-Сервис" Method for controlling operation of set of aggregates of compressor shop
RU2219375C1 (en) * 2002-11-11 2003-12-20 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Система-Сервис" Method to control operation of complex of gas-turbine compressor sets
US7676283B2 (en) * 2005-02-11 2010-03-09 Siemens Aktiengesellschaft Method for optimizing the functioning of a plurality of compressor units and corresponding device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4494006A (en) * 1982-09-15 1985-01-15 Compressor Controls Corporation Method and apparatus for controlling a multicompressor station
RU2181854C1 (en) * 2001-06-18 2002-04-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Система-Сервис" Method for controlling operation of set of aggregates of compressor shop
RU2219375C1 (en) * 2002-11-11 2003-12-20 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Система-Сервис" Method to control operation of complex of gas-turbine compressor sets
US7676283B2 (en) * 2005-02-11 2010-03-09 Siemens Aktiengesellschaft Method for optimizing the functioning of a plurality of compressor units and corresponding device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2786513C1 (en) * 2021-10-08 2022-12-21 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" Automated system for control and regulation of flow rate of fuel gas of gas-pumping unit
RU2817202C1 (en) * 2023-05-18 2024-04-11 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Ухта" Diagnostic algorithm for reverse spinning of gas compressor unit supercharger rotor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7610745B2 (en) Combustion control device for gas turbine
WO2020093264A1 (en) Design method for optimizing aero-engine transition state control law
US7610746B2 (en) Combustion control device for gas turbine
CN104885024B (en) Coordinated sensorless control system
CN110425685A (en) Air conditioner system control method, device and air-conditioning system
JP2009203943A (en) Gas turbine control method and device
EP2333281B1 (en) Systems and methods for unchoked control of gas turbine fuel gas control valves
JP5550592B2 (en) Gas turbine control device
CN104895820A (en) Energy-saving optimization control method of moving-blade-adjustable axial flow fan variable-frequency energy-saving system
JP2006266644A (en) Control method of pump for heat source machine, and air-conditioning heat source system
RU2675965C2 (en) Method for determining emissions mode
US9810156B2 (en) Systems and methods for controlling mode transfers of a combustor
US20240026830A1 (en) Gas Turbine Firing Temperature Control With Air Injection System
RU2754490C1 (en) Method for controlling gas turbine, controller for gas turbine, gas turbine, and machine-readable data storage medium
US20150142188A1 (en) Automated Commissioning of a Gas Turbine Combustion Control System
RU2294460C2 (en) Method of optimization of operation of assemblage of compressor sets of natural gas compressor station
RU2454569C1 (en) Control method of hydraulic conditions of compressor shop with optimum load distribution between gas compressor units
Hao et al. Off-design performance of 9F gas turbine based on gPROMs and BP neural network model
US9632011B2 (en) System and method for testing a gas turbine
JP2023531454A (en) Method and system for monitoring and controlling a hybrid gas turbine system
CN104420991A (en) Two-shaft gas turbine
RU2754621C1 (en) Method for controlling gas turbine, controller for gas turbine, gas turbine, and machine-readable data storage medium
CN104246179A (en) Method for determining at least one firing temperature for controlling a gas turbine and gas turbine for performing the method
CN113050450B (en) Parallel variable frequency pump distribution system simulation module compiling method
US20150113997A1 (en) Method and system for gas turbine power augmentation using steam injection