RU2600835C2

RU2600835C2 - Method and device for controlling and/or regulating fluid conveyor for conveying fluid within fluid line

Info

Publication number: RU2600835C2
Application number: RU2013147825/06A
Authority: RU
Inventors: Конрад ДРЕБИНГЕР
Original assignee: Сименс Акциенгезелльшафт
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2016-10-27
Also published as: CA2842914A1; WO2013013974A3; DE102011079732A1; CA2842914C; RU2013147825A; EP2673508A2; DE102011079732B4; WO2013013974A2

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: method is intended to control/regulate fluid conveyor (112) for conveying fluid (118) inside fluid line (114, 116). Method comprises receiving information (128) regarding a setpoint flow rate of fluid within fluid line; determining energy consumption of fluid conveyer during operation within working range (240) of fluid conveyer; controlling fluid conveyer (112), with regard to a generated flow of fluid (118), on basis of information (128) regarding setpoint flow rate of fluid (118) within fluid line (114, 116) in such a way that, setpoint flow rate of fluid is attained and energy consumption required for this is minimised, wherein it is taken into consideration that working range (240) of fluid conveyer is bounded by non-linear boundary (246, 248, 250, 252). Also described is a corresponding device.

EFFECT: reduced power consumption.

14 cl, 2 dwg

Description

Данное изобретение относится к способу и устройству для управления/регулирования транспортера текучей среды для транспортировки текучей среды внутри трубопровода для текучей среды, при этом текучая среда может быть газом или нефтью, а транспортер текучей среды может быть компрессором или насосом.This invention relates to a method and apparatus for controlling / regulating a fluid conveyor for transporting a fluid inside a fluid conduit, the fluid may be gas or oil, and the fluid conveyor may be a compressor or pump.

За счет дерегуляризации газового рынка во многих странах возникла оживленная и динамичная торговля газом. Газ продается в настоящее время аналогично ценным бумагам. Эта динамика торговли газом (наряду с влияниями погоды) привела, среди прочего, к тому, что часто операторам трубопроводов ежедневно необходимо вновь планировать расход газа для непосредственно следующего дня. В качестве другого следствия дерегуляризации, в настоящее время операторы газовой сети конкурируют друг с другом. Для оптимизации расходов и одновременно прибыли, операторы газовой сети стремятся возможно более полно использовать пропускную способность трубопроводов, соблюдать обещанные в договорах значения теплоты сгорания и величин расхода газа, соблюдать ограничения для рабочих полей компрессоров и одновременно удерживать возможно более низкой стоимость транспортировки газа.Due to the deregulation of the gas market, a vibrant and dynamic gas trade has emerged in many countries. Gas is currently being sold similarly to securities. This dynamics of gas trade (along with the effects of weather) has led, among other things, to the fact that often pipeline operators need to re-plan their gas consumption daily for the very next day. As another consequence of deregularization, gas network operators are currently competing with each other. To optimize costs and at the same time profit, the gas network operators strive to make the fullest possible use of the pipeline capacity, comply with the promised values of the calorific value and gas flow rates, comply with the restrictions on the compressor working fields and at the same time keep the gas transportation cost as low as possible.

В US 7 676 283 В2 раскрыт способ оптимизации работы множества компрессорных блоков, при этом компрессорные блоки можно включать и выключать по отдельности, при этом оптимизируется расход энергии.US 7,676,283 B2 discloses a method for optimizing the operation of a plurality of compressor units, wherein the compressor units can be turned on and off individually, and energy consumption is optimized.

Задачей данного изобретения является создание способа и устройства для управления, соответственно, регулирования транспортера текучей среды, в частности компрессора или насоса, для добычи или транспортировки текучей среды, в частности газа или нефти, при этом улучшается работа трубопроводной системы для текучей среды, в частности относительно расхода энергии, и она надежно работает, в частности, при изменяющихся требованиях.The objective of the present invention is to provide a method and device for controlling, respectively, regulating a fluid conveyor, in particular a compressor or pump, for producing or transporting a fluid, in particular gas or oil, while improving the operation of the pipeline system for a fluid, in particular with respect to energy consumption, and it works reliably, in particular, with changing requirements.

Эта задача решена с помощью предметов независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты выполнения данного изобретения указанны в зависимых пунктах формулы изобретения.This problem is solved using the objects of the independent claims. Preferred embodiments of the invention are indicated in the dependent claims.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения предлагается способ управления (что может содержать также регулирование, при этом может выдаваться регулирующая переменная, например, для управления транспортером, и может считываться (с помощью обратной связи) соответствующий потоку текучей среды сигнал) средством добычи текучей среды или транспортером текучей среды (в частности, насосом или компрессором) для добычи или транспортировки (в частности, для сжатия, соответственно, транспортировки) текучей среды (в частности, газа или нефти) внутри трубопровода для текучей среды (в частности, газопровода или нефтепровода, соответственно, системы газопроводов, соответственно, системы нефтепроводов). При этом способ содержит получение (например, с помощью электрического сигнала, который соединен с источником информации) информации (в частности, в электронном виде) о заданной величине потока (в частности, подлежащей достижению величине потока или скорости потока и, не обязательно, о подлежащем достижению заданном давлении) текучей среды внутри трубопровода для текучей среды, при этом эта информация, в частности заданная величина потока текучей среды, может быть задана в нескольких местах (и/или в нескольких моментах времени) внутри трубопровода для текучей среды. Кроме того, способ содержит определение (в частности, включая моделирование, расчеты или оценки) расхода энергии транспортера текучей среды при работе транспортера текучей среды внутри рабочего диапазона транспортера текучей среды, при этом рабочий диапазон транспортера текучей среды можно задавать с помощью различных рабочих параметров транспортера текучей среды. Кроме того, способ содержит управление и регулирование (в частности, посредством подачи электрического сигнала, в частности, одной или нескольких регулирующих переменных, таких как, например, скорость вращения) транспортера текучей среды относительно потока (и, в частности, не обязательно, создаваемого давления) текучей среды (при этом транспортер текучей среды при работе транспортирует текучую среду с созданием давления или с помощью импульсной передачи в соответствии с потоком текучей среды) на основе информации о заданной величине потока текучей среды внутри трубопровода для текучей среды так, что достигается заданная величина потока текучей среды (в частности, во многих местах, в которых задана величина потока текучей среды), и минимизируется требуемый для этого расход энергии (который требуется для транспортера текучей среды), при этом при управлении (в частности, при регулировании) учитывается, что рабочий диапазон транспортера текучей среды ограничен нелинейными ограничениями. При этом рабочий диапазон транспортера текучей среды задается с помощью множества пар (в частности, n-кратных комплексов) величины потока и соотношения давления на входе и выходе транспортера текучей среды, при этом количество пар ограничено по меньшей мере одной изогнутой кривой.According to one embodiment of the present invention, there is provided a control method (which may also include regulation, in which case a control variable can be provided, for example, to control the conveyor, and a signal corresponding to the flow of the fluid can be read out) using the fluid production means or conveyor fluid (in particular, a pump or compressor) for production or transportation (in particular, for compression, respectively, transportation) of a fluid (in particular gas or oil) inside a pipeline for a fluid medium (in particular, a gas pipeline or oil pipeline, respectively, a gas pipeline system, respectively, an oil pipeline system). The method includes obtaining (for example, using an electrical signal that is connected to a source of information) information (in particular, in electronic form) about a given flow rate (in particular, the flow rate or flow rate to be achieved and, optionally, about the achievement of a given pressure) of the fluid inside the pipeline for the fluid, while this information, in particular the set value of the fluid flow, can be set in several places (and / or at several points in time) inside the pipes fluid lines. In addition, the method comprises determining (in particular, including modeling, calculating or estimating) the energy consumption of the fluid conveyor during operation of the fluid conveyor within the operating range of the fluid conveyor, while the operating range of the fluid conveyor can be set using various operating parameters of the fluid conveyor Wednesday. In addition, the method comprises controlling and regulating (in particular, by applying an electrical signal, in particular one or more control variables, such as, for example, rotation speed) of the fluid conveyor relative to the flow (and, in particular, not necessarily the pressure generated ) fluid (in this case, the fluid conveyor during operation transports the fluid with the creation of pressure or using impulse transmission in accordance with the fluid flow) based on information about a given value fluid inside the fluid pipe so that a predetermined amount of fluid flow is achieved (in particular, in many places where a fluid flow value is set), and the energy expenditure required for this (which is required for the fluid conveyor) is minimized, in this case, when controlling (in particular, when regulating), it is taken into account that the working range of the fluid conveyor is limited by nonlinear constraints. In this case, the working range of the fluid conveyor is set using a plurality of pairs (in particular, n-fold complexes) of the flow rate and the pressure ratio at the inlet and outlet of the fluid conveyor, while the number of pairs is limited by at least one curved curve.

Таким образом, способ может содержать управляющие составляющие для выдачи регулирующих переменных, а также регулировочные составляющие для создания регулирующих переменных с применением обратной связи.Thus, the method may contain control components for issuing regulatory variables, as well as regulatory components for creating regulatory variables using feedback.

В частности, информация может указывать также заданное давление.In particular, the information may also indicate a predetermined pressure.

Величина потока может быть выражена, например, в нормальных кубических метрах, при этом учитывается качество газа, с целью обеспечения возможности соотнесения нормальных кубических метров с определенным содержанием энергии. Величина потока может быть выражена, например, величиной потока энергии, за счет чего достигается поставка заданного количества энергии за счет поставки определенного количества нормальных кубических метров, при этом количество зависит от качества газа. В зависимости от качества колеблется содержание энергии в одном нормальном кубическом метре. Содержание энергии может быть задано в Btu (British Thermal unit=британская тепловая единица). Для определенного количества энергии в виде газа необходимо при более низком содержании энергии поставлять больше нормальных кубических метров, чем при более высоком содержании энергии.The magnitude of the flow can be expressed, for example, in normal cubic meters, while taking into account the quality of the gas, in order to ensure the possibility of correlation of normal cubic meters with a certain energy content. The magnitude of the flow can be expressed, for example, by the magnitude of the energy flow, whereby the delivery of a given amount of energy is achieved by supplying a certain amount of normal cubic meters, and the amount depends on the quality of the gas. Depending on the quality, the energy content in one normal cubic meter varies. The energy content can be set in Btu (British Thermal unit = British Thermal Unit). For a certain amount of energy in the form of gas, it is necessary to supply more normal cubic meters with a lower energy content than with a higher energy content.

При этом может быть задано нелинейное ограничение с помощью изогнутой кривой, которая тем самым не является прямой. За счет учета нелинейных ограничений рабочего диапазона транспортера текучей среды (в частности, компрессора в случае, в котором текучая среда является газом), регулирование транспортера текучей среды может быть улучшено, в частности, относительно расхода энергии. Кроме того, заданную величину потока (в частности, также заданное давление) можно обеспечивать с высокой точностью, поскольку можно с высокой точностью моделировать характеристики текучей среды внутри транспортера для текучей среды. Таким образом, за счет этого обеспечивается возможность более точного и более надежного определения одной или нескольких регулирующих переменных, которые выдаются в транспортер текучей среды для управления, соответственно, регулирования транспортера текучей среды.In this case, a nonlinear restriction can be set using a curved curve, which is thus not a straight line. By taking into account the nonlinear limitations of the operating range of the fluid conveyor (in particular, the compressor in the case in which the fluid is a gas), the regulation of the fluid conveyor can be improved, in particular with respect to energy consumption. In addition, a predetermined flow rate (in particular, also a predetermined pressure) can be provided with high accuracy, since it is possible to simulate with high accuracy the characteristics of the fluid inside the conveyor for the fluid. Thus, due to this, it is possible to more accurately and more reliably determine one or more control variables, which are issued to the fluid conveyor to control, respectively, regulate the fluid conveyor.

В частности, допустимый рабочий диапазон транспортера текучей среды может задавать диапазон транспортера текучей среды, в котором может работать транспортер без повреждения. В частности, должна предотвращаться работа транспортера текучей среды вне рабочего диапазона, с целью защиты транспортера текучей среды от повреждения или даже разрушения. В зависимости от варианта выполнения рабочий диапазон может быть задан также другим образом с помощью множества точек, например, посредством задания скорости вращения, транспортируемого количества, лишь давления на входе и/или лишь давления на выходе транспортера текучей среды. В любом случае рабочий диапазон ограничен изогнутыми кривыми, которые тем самым не могут быть представлены исключительно с помощью одной или нескольких прямых. При этом форма кривой учитывается при управлении, соответственно, регулировании. Таким образом, может быть дополнительно улучшено регулирование транспортера текучей среды.In particular, the allowable operating range of the fluid conveyor may specify a range of the fluid conveyor in which the conveyor can operate without damage. In particular, the operation of the fluid conveyor outside the operating range must be prevented in order to protect the fluid conveyor from damage or even destruction. Depending on the embodiment, the operating range can also be set in a different way using many points, for example, by setting the rotation speed, the transported quantity, only the inlet pressure and / or only the pressure at the outlet of the fluid conveyor. In any case, the operating range is limited by curved curves, which thereby cannot be represented solely by one or more straight lines. In this case, the shape of the curve is taken into account in the management, respectively, regulation. Thus, the regulation of the fluid conveyor can be further improved.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения способ дополнительно содержит получение информации о действительном давлении (действительно имеющемся в определенное время давления) и действительной величины потока (действительно имеющейся в определенное время величины потока) текучей среды внутри трубопровода для текучей среды, при этом управление, соответственно, регулирование транспортера текучей среды дополнительно базируется на информации о действительном давлении и действительной величине потока текучей среды внутри трубопровода для текучей среды.According to one embodiment of the present invention, the method further comprises obtaining information about the actual pressure (actually available at a certain time of the pressure) and the actual value of the flow (actually available at a certain time of the flow value) of the fluid inside the fluid pipe, with control, respectively, regulation the fluid conveyor is additionally based on information about the actual pressure and the actual value of the fluid flow inside and fluid piping.

При этом информацию о действительном давлении и действительной величине потока текучей среды можно определять с помощью одного или нескольких измерений в одном или нескольких местах вдоль или внутри трубопровода для текучей среды. В частности, информацию о действительном давлении и действительной величине потока можно получать непрерывно или с регулярными интервалами (например, каждую секунду, каждую минуту, каждый час).In this case, information about the actual pressure and the actual value of the fluid flow can be determined using one or more measurements in one or more places along or inside the pipeline for the fluid. In particular, information about the actual pressure and the actual value of the flow can be obtained continuously or at regular intervals (for example, every second, every minute, every hour).

В частности, информацию о заданной величине потока, а также информацию о действительном давлении и действительной величине потока можно получать через сеть (по кабелю или без кабеля). С помощью информации о действительном давлении и действительной величине потока текучей среды можно дополнительно улучшать способ управления.In particular, information about a given value of the flow, as well as information about the actual pressure and the actual value of the flow can be obtained through the network (via cable or without cable). Using information on the actual pressure and the actual value of the fluid flow, the control method can be further improved.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения способ дополнительно содержит моделирование (в частности, содержащее имитацию с помощью физических уравнений динамики потока, в частности, дифференциальных уравнений, в частности, с учетом температуры текучей среды, свойств стенки трубопровода для текучей среды, плотности текучей среды и т.п.) потока (в частности, движения) текучей среды через трубопровод для текучей среды и давления текучей среды внутри трубопровода для текучей среды, при этом управление, соответственно, регулирование транспортера текучей среды базируется дополнительно на моделировании потока текучей среды через трубопровод для текучей среды (и, в частности, давления текучей среды внутри трубопровода для текучей среды).According to one embodiment of the present invention, the method further comprises modeling (in particular, comprising simulating flow dynamics using physical equations, in particular differential equations, in particular, taking into account the temperature of the fluid, the properties of the wall of the pipeline for the fluid, the density of the fluid, and t .p.) the flow (in particular, the movement) of the fluid through the fluid conduit and the fluid pressure inside the fluid conduit, while controlling, respectively, regulating Maintenance fluid conveyor further based on modeling the fluid through the conduit to fluid flow (and, in particular, the fluid within the fluid pipeline pressure).

В частности, моделирование потока текучей среды через трубопровод для текучей среды (и, в частности, давления текучей среды внутри трубопровода для текучей среды) содержит учет трения между внутренней стенкой трубопровода для текучей среды и текучей средой, которое может быть описано, в частности, с помощью нелинейного уравнения. Трение между текучей средой и трубопроводом для текучей среды, соответственно, трение между отдельными составляющими текучей среды приводит к уменьшению потока и/или к уменьшению давления текучей среды внутри трубопровода для текучей среды. В частности, поток текучей среды и/или давление текучей среды может уменьшаться тем больше, чем дальше удалена текучая среда внутри трубопровода для текучей среды от транспортера текучей среды. Учет трения текучей среды со стенкой трубопровода для текучей среды и учет внутреннего трения текучей среды может улучшать управление, соответственно, регулирование транспортера текучей среды так, что достигается заданная величина потока в одном или нескольких местах внутри трубопровода для текучей среды при одновременной минимизации расхода энергии.In particular, modeling the flow of a fluid through a fluid conduit (and, in particular, the pressure of the fluid inside the fluid conduit) comprises taking into account friction between the inner wall of the fluid conduit and the fluid, which can be described in particular with using a nonlinear equation. Friction between the fluid and the fluid conduit, respectively, friction between the individual components of the fluid leads to a decrease in flow and / or to a decrease in the pressure of the fluid within the fluid conduit. In particular, the fluid flow and / or the pressure of the fluid can decrease the more the further the fluid is removed inside the fluid conduit from the fluid conveyor. Taking into account the friction of the fluid with the wall of the pipeline for the fluid and taking into account the internal friction of the fluid can improve the control, respectively, the regulation of the conveyor of the fluid so that a predetermined flow value is achieved in one or more places inside the pipeline for the fluid while minimizing energy consumption.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения моделируют поток текучей среды через трубопровод для текучей среды и давление текучей среды внутри трубопровода для текучей среды с использованием системы парциальных нелинейных дифференциальных уравнений. С помощью парциальных дифференциальных уравнений можно моделировать весь трубопровод, включая трение. Таким образом, может быть описано или моделировано, соответственно, имитировано трение текучей среды с поверхностью стенки трубопровода для текучей среды, с целью улучшения управления, соответственно, регулирования транспортера текучей среды.According to one embodiment of the present invention, a fluid flow through a fluid conduit and a fluid pressure inside a fluid conduit are simulated using a system of partial non-linear differential equations. Using partial differential equations, you can simulate the entire pipeline, including friction. Thus, friction of the fluid with the wall surface of the fluid pipe can be described or simulated, respectively, simulated, in order to improve control, respectively, control of the fluid conveyor.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения управление, соответственно, регулирование транспортера текучей среды базируется дополнительно на разнице величины потока между заданной величиной потока и действительной величиной потока (в частности, в нескольких местах трубопровода для текучей среды). Разница величины потока может представлять сигнал погрешности величины потока, при этом управление, соответственно, регулирование транспортера текучей среды выполняется так, что минимизируются сигналы погрешности. Тем самым может быть упрощено и улучшено регулирование транспортера текучей среды.According to one embodiment of the invention, the control or regulation of the fluid conveyor is further based on the difference in the flow rate between the predetermined flow rate and the actual flow rate (in particular, at several points in the fluid pipe). The difference in the flow value may represent an error signal of the flow quantity, while control, respectively, the regulation of the fluid conveyor is performed so that the error signals are minimized. Thereby, the regulation of the fluid conveyor can be simplified and improved.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения определение расхода энергии транспортера текучей среды содержит определение (или учет) расхода энергии транспортера текучей среды при включении и/или выключении.According to one embodiment of the invention, the determination of the energy consumption of the fluid conveyor comprises determining (or accounting) the energy consumption of the fluid conveyor when it is turned on and / or off.

В частности, расход энергии транспортера текучей среды при включении и/или выключении учитывается при минимизации требуемого расхода энергии. При этом тем самым может учитываться действительное или мгновенное состояние транспортера текучей среды (включен или выключен). Если, например, устанавливается, что выключение и последующее включение приводит к большему расходу энергии, чем продолжение работы транспортера текучей среды при меньшей производительности или меньшей мощности, то транспортер текучей среды можно эксплуатировать при меньшей мощности, без его выключения и последующего включения. Тем самым обеспечивается возможность дальнейшего улучшения управления, соответственно, регулирования транспортера текучей среды, в частности, относительно минимизации расхода энергии, при этом одновременно обеспечивается сохранение заданной величины потока.In particular, the energy consumption of the fluid conveyor when turned on and / or off is taken into account while minimizing the required energy consumption. Thus, the actual or instantaneous state of the fluid conveyor (on or off) can be taken into account. If, for example, it is established that turning off and then turning on leads to a greater energy consumption than continuing the operation of the fluid conveyor with lower productivity or lower power, then the fluid conveyor can be operated at lower power without turning it off and then turning it back on. This makes it possible to further improve control, respectively, regulation of the fluid conveyor, in particular with respect to minimizing energy consumption, while maintaining a predetermined flow value.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения учитывается расстояние между транспортером текучей среды и местом вдоль трубопровода для текучей среды, в котором должна достигаться заданная величина потока, с целью управления/регулирования транспортера текучей среды. Чем больше расстояние, тем большие запаздывания могут возникать (например, разница во времени между выдачей регулирующей переменной в транспортер и соответствующей установкой измененного потока текучей среды). Учет этих запаздываний, которые могут возникать, может улучшать способ управления/регулирования, с целью, в частности, действительного достижения заданной величины потока.According to one embodiment of the invention, the distance between the fluid conveyor and the location along the fluid conduit at which a predetermined flow rate is to be reached is taken into account in order to control / regulate the fluid conveyor. The greater the distance, the greater the delay can occur (for example, the time difference between the output of the control variable in the conveyor and the corresponding installation of the changed fluid flow). Taking into account these delays that may occur can improve the control / regulation method, with the aim, in particular, of actually achieving a given flow value.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения учитывается по меньшей мере одно дополнительное условие из множества дополнительных условий при управлении/регулировании транспортера текучей среды, при этом множество дополнительных условий содержит: предотвращение давления в трубопроводе для текучей среды, которое лежит выше максимального давления трубопровода (с целью, в частности, предотвращения повреждения трубопровода для текучей среды); предотвращение давления в транспортере текучей среды, которое лежит выше максимального давления транспортировки (с целью, в частности, предотвращения повреждения транспортера текучей среды); и удерживание на расстоянии рабочей точки (рабочей точки, в которой работает транспортер текучей среды, в частности, задаваемой с помощью скорости вращения, коэффициента пропускания или создаваемого соотношения давлений на входе, соответственно, на выходе транспортера текучей среды) от линии ограничения рабочего диапазона, которая ограничивает, в частности, рабочий диапазон величин потока, которые лежат ниже рабочего диапазона (т.е. имеют меньшие величины потока, чем рабочий диапазон).According to one embodiment of the present invention, at least one additional condition is taken out of the many additional conditions for controlling / regulating the fluid conveyor, and the many additional conditions include: preventing a pressure in the pipeline for the fluid, which lies above the maximum pressure of the pipeline (for the purpose, in particular, preventing damage to the fluid pipe); preventing a pressure in the fluid conveyor that lies above the maximum transport pressure (in order, in particular, to prevent damage to the fluid conveyor); and holding at a distance of the operating point (the operating point at which the fluid conveyor operates, in particular, set using the rotation speed, transmittance or created pressure ratio at the inlet, respectively, at the output of the fluid conveyor) from the working range limiting line, which limits, in particular, the operating range of flow values that lie below the operating range (i.e., have lower flow values than the operating range).

Тем самым предотвращается, в частности, приближение к линии ограничения, которая задает переход к диапазону пульсации. Пульсация может возникать, если выходное давление компрессора относительно потока через компрессор является слишком высоким. Поток может быстро сильно изменяться, когда возникает внезапное изменение нагрузки, с которым должен справляться компрессор. Если пульсацию не предотвращать, то компрессор может быть разрушен. Обычно при грозящей пульсации автоматически открываются клапаны. За счет регулирования транспортера текучей среды, согласно этому варианту выполнения изобретения, можно предотвращать критические рабочие условия транспортера текучей среды тем, что транспортер текучей среды работает лишь в допустимом рабочем диапазоне. Тем самым может быть улучшено и упрощено регулирование транспортера текучей среды, без опасности повреждения транспортера текучей среды.This prevents, in particular, approaching the limit line, which sets the transition to the ripple range. Ripple may occur if the output pressure of the compressor relative to the flow through the compressor is too high. The flow can quickly change dramatically when a sudden change in load occurs that the compressor must handle. If pulsation is not prevented, the compressor may be destroyed. Typically, with impending pulsation, the valves automatically open. By adjusting the fluid conveyor according to this embodiment of the invention, it is possible to prevent critical operating conditions of the fluid conveyor by the fact that the fluid conveyor only operates within an acceptable operating range. Thereby, the regulation of the fluid conveyor can be improved and simplified without the risk of damage to the fluid conveyor.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения способ дополнительно содержит получение другой информации о другой заданной величине потока текучей среды, при этом заданная величина потока отличается от другой заданной величины потока, при этом управление/регулирование транспортера текучей среды дополнительно базируется на другой заданной величине потока.According to one embodiment of the invention, the method further comprises obtaining other information about a different predetermined flow rate of the fluid, wherein the predetermined flow rate is different from the other predetermined flow rate, wherein the control / regulation of the fluid conveyor is further based on another predetermined flow rate.

В частности, заданная величина потока может задавать первое заданное состояние, а другая заданная величина потока может задавать второе заданное состояние. Тем самым регулирование транспортера текучей среды обеспечивает возможность перехода из первого заданного состояния во второе заданное состояние. При этом первое заданное состояние и второе заданное состояние заданы каждое с помощью определенных заданных величин потока во множестве пунктах поставки текучей среды. Таким образом, достигается динамически изменяющаяся конфигурация потока и конфигурация давления внутри трубопровода для текучей среды за счет соответствующего управления, соответственно, регулирования транспортера текучей среды (или, в частности, множества транспортеров текучей среды).In particular, a predetermined flow value may define a first predetermined state, and another predetermined flow value may define a second predetermined state. Thus, the regulation of the fluid conveyor enables the transition from the first predetermined state to the second predetermined state. In this case, the first predetermined state and the second predetermined state are each set using certain predetermined flow values at a plurality of fluid delivery points. In this way, a dynamically changing flow configuration and a pressure configuration within the fluid conduit are achieved by appropriate control, respectively, regulation of the fluid conveyor (or, in particular, the plurality of fluid conveyors).

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения текучая среда является газом, а транспортер текучей среды является компрессором. При этом компрессор может приводиться в действие с помощью электродвигателя или, в частности, газовой турбины (которая, например, приводится в действие с помощью текучей среды, при этом привод с помощью текучей среды учитывается в расходе энергии транспортера текучей среды). Таким образом, обеспечивается способ регулирования для управления/регулирования одного или нескольких компрессоров системы газопроводов.According to one embodiment of the invention, the fluid is a gas and the fluid conveyor is a compressor. In this case, the compressor can be driven by an electric motor or, in particular, a gas turbine (which, for example, is driven by a fluid, while the drive by the fluid is taken into account in the energy consumption of the fluid conveyor). Thus, a control method is provided for controlling / regulating one or more compressors of a gas pipeline system.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения текучая среда является нефтью, а транспортер текучей среды является насосом, в частности, электронасосом, за счет чего обеспечивается способ управления/регулирования насоса системы нефтепроводов.According to one embodiment of the invention, the fluid is oil and the fluid conveyor is a pump, in particular an electric pump, thereby providing a method for controlling / regulating a pump of an oil pipeline system.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения получение информации о заданной величине потока текучей среды внутри трубопровода для текучей среды содержит получение (в частности, с помощью электрического сигнала, например, через беспроводную или проводную сеть) информации о заданной величине потока текучей среды в множестве мест внутри или на трубопроводе для текучей среды, в частности, в множестве различных моментов времени.According to one embodiment of the present invention, obtaining information about a predetermined amount of fluid flow inside a fluid conduit comprises obtaining (in particular, using an electrical signal, for example, via a wireless or wired network) information about a predetermined amount of fluid flow at a plurality of places inside or on a fluid conduit, in particular at many different points in time.

Тем самым может быть более точно определено заданное состояние. При этом способ дополнительно содержит определение расхода энергии по меньшей мере одного другого транспортера текучей среды (или множества других транспортеров текучей среды) при работе внутри другого рабочего диапазона (или множества других рабочих диапазонов) другого транспортера текучей среды; и управление/регулирование транспортера текучей среды и/или по меньшей мере одного другого транспортера текучей среды (или множества других транспортеров текучей среды) относительно создаваемого давления и потока текучей среды на основании информации о заданной величине потока текучей среды в множестве мест трубопровода для текучей среды так, что достигается заданная величина потока во множестве мест и минимизируется требуемый для этого расход энергии, который вызывается транспортером текучей среды и по меньшей мере одним другим транспортером текучей среды. Таким образом, обеспечивается возможность оптимальной относительно общего расхода энергии эксплуатации комплексной системы трубопроводов для текучей среды за счет управления/регулирования множества транспортеров текучей среды.Thereby, a predetermined state can be more accurately determined. The method further comprises determining the energy consumption of at least one other fluid conveyor (or a plurality of other fluid conveyors) when operating within another operating range (or a plurality of other operating ranges) of another fluid conveyor; and controlling / regulating the fluid conveyor and / or at least one other fluid conveyor (or a plurality of other fluid conveyors) with respect to the generated pressure and fluid flow based on information about a predetermined amount of fluid flow at a plurality of locations of the fluid conduit so that a predetermined flow value is achieved in a variety of places and the energy consumption required for this, which is caused by the fluid conveyor and at least one other transport, is minimized a fluid distributor. Thus, it is possible optimal relative to the total energy consumption of the operation of an integrated system of pipelines for the fluid due to the control / regulation of many fluid conveyors.

Для специалистов в данной области техники очевидно, что признаки, которые раскрыты, описаны или используются отдельно или в любой комбинации в связи со способом управления/регулирования транспортера текучей среды, можно использовать также (по отдельности или в любой комбинации) для устройства для управления/регулирования транспортера текучей среды, согласно одному варианту выполнения данного изобретения, или наоборот.It will be apparent to those skilled in the art that features that are disclosed, described, or used separately or in any combination in connection with a control / regulation method of a fluid conveyor can also be used (individually or in any combination) for a control / regulation device a fluid conveyor according to one embodiment of the present invention, or vice versa.

Согласно одному варианту выполнения данного изобретения предлагается устройство для управления/регулирования транспортера текучей среды для транспортировки текучей среды внутри трубопровода для текучей среды, при этом устройство содержит: вход для получения информации о заданной величине потока текучей среды внутри трубопровода для текучей среды; определяющий модуль для определения расхода энергии транспортера текучей среды при работе внутри рабочего диапазона транспортера текучей среды; и управляющий модуль для управления/регулирования транспортера текучей среды относительно создаваемого давления и потока текучей среды на основании информации о заданной величине потока текучей среды внутри трубопровода для текучей среды так, что достигается заданная величина потока текучей среды и минимизируется требуемый для этого расход энергии, при этом при управлении учитывается ограничение рабочего диапазона транспортера текучей среды нелинейными ограничениями. При этом рабочий диапазон транспортера текучей среды может задаваться с помощью множества пар (в частности, n-кратных комплексов) величины потока и соотношения давления на входе и выходе транспортера текучей среды, при этом количество пар ограничено по меньшей мере одной изогнутой кривой (см. фиг. 2).According to one embodiment of the present invention, there is provided a device for controlling / regulating a fluid conveyor for transporting a fluid inside a fluid pipe, the device comprising: an input for receiving information about a predetermined amount of a fluid stream inside a fluid pipe; a determining module for determining an energy flow rate of the fluid conveyor when operating within the operating range of the fluid conveyor; and a control module for controlling / regulating the fluid conveyor with respect to the generated pressure and the fluid flow based on the information about the predetermined amount of the fluid flow inside the fluid conduit so that the predetermined amount of the fluid flow is achieved and the required energy consumption is minimized, while the control takes into account the limitation of the working range of the fluid conveyor by nonlinear constraints. In this case, the working range of the fluid conveyor can be set using a number of pairs (in particular, n-fold complexes) of the flow and the pressure ratio at the inlet and outlet of the fluid conveyor, while the number of pairs is limited by at least one curved curve (see Fig. . 2).

Кроме того, предлагается система транспортировки текучей среды, которая имеет трубопровод для текучей среды, транспортер текучей среды и устройство для управления/регулирования транспортера текучей среды. При этом устройство для управления/регулирования транспортера текучей среды может быть расположено удаленно от трубопровода для текучей среды и транспортера текучей среды, при этом связь между устройством для управления/регулирования транспортера текучей среды и транспортером текучей среды может осуществляться через сеть, и значения измерения измерительных датчиков на трубопроводе для текучей среды можно также передавать через сеть в устройство для управления/регулирования транспортера текучей среды.In addition, a fluid transport system is provided that has a fluid conduit, a fluid conveyor, and a device for controlling / regulating the fluid conveyor. In this case, the device for controlling / regulating the fluid conveyor can be located remotely from the pipeline for the fluid and the conveyor of the fluid, while the connection between the device for controlling / regulating the fluid conveyor and the fluid conveyor can be through the network, and the measurement values of the measuring sensors on the fluid pipe, it is also possible to transmit via a network to a device for controlling / regulating a fluid conveyor.

Следует отметить, что описание вариантов выполнения изобретения приведено относительно различных предметов изобретения. В частности, описание некоторых вариантов выполнения изобретения дано в относящихся к устройству пунктах формулы изобретения, а других вариантов выполнения изобретения - в относящихся к способу пунктах формулы изобретения. Однако для специалистов в данной области техники при чтении данной заявки понятно, что если явно не указано другое, то дополнительно к комбинации признаков, которые относятся к одному типу предмета изобретения, возможны также любые комбинации признаков, которые относятся к различным типам предмета изобретения.It should be noted that the description of embodiments of the invention is given relative to various objects of the invention. In particular, a description of some embodiments of the invention is given in the claims related to the device, and other embodiments of the invention in the claims related to the method. However, for specialists in this field of technology when reading this application it is clear that unless otherwise indicated, then in addition to a combination of features that relate to one type of subject of the invention, any combination of features that relate to different types of subject of the invention are also possible.

Другие преимущества и признаки данного изобретения следуют из приведенного ниже в качестве примера описания предпочтительных в настоящее время вариантов выполнения. Отдельные фигуры данной заявки следует рассматривать лишь в качестве схемы и без соблюдения масштаба.Other advantages and features of the present invention result from the following, as an example of a description of the currently preferred embodiments. Individual figures of this application should be considered only as a diagram and without respecting scale.

Ниже приводится пояснение вариантов выполнения изобретения, при этом изобретение не ограничивается иллюстрированными и поясненными вариантами выполнения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:The following is an explanation of embodiments of the invention, while the invention is not limited to the illustrated and explained embodiments, with reference to the accompanying drawings, which depict:

фиг. 1 - схема системы транспортировки текучей среды, которая содержит устройство для управления/регулирования транспортера текучей среды согласно одному варианту выполнения, а также систему трубопроводов для текучей среды с множеством транспортеров текучей среды и измерительных датчиков;FIG. 1 is a diagram of a fluid transport system that comprises a device for controlling / regulating a fluid conveyor according to one embodiment, as well as a piping system for a fluid with a plurality of fluid conveyors and measuring sensors;

фиг. 2 - график для задания рабочего диапазона транспортера текучей среды согласно одному варианту выполнения данного изобретения.FIG. 2 is a graph for defining an operating range of a fluid conveyor according to one embodiment of the present invention.

На фиг. 1 показана система транспортировки текучей среды, в частности система транспортировки газа, которая имеет устройство 100 для управления/регулирования транспортера текучей среды, согласно одному варианту выполнения данного изобретения, а также газопроводную систему 110 с множеством компрессоров 112, которыми управляет устройство 100 для управления/регулирования транспортера текучей среды. Устройство 100 для управления/регулирования транспортера текучей среды можно называть также нелинейным основанным на моделировании предиктивным регулятором с предварительно включенной интегральной составляющей.In FIG. 1 shows a fluid transport system, in particular a gas transport system, which has a device 100 for controlling / regulating a fluid conveyor according to one embodiment of the present invention, as well as a gas pipeline system 110 with a plurality of compressors 112 controlled by a device 100 for controlling / regulating fluid conveyor. A device 100 for controlling / regulating a fluid conveyor may also be called a nonlinear simulation-based predictive controller with a pre-integrated component.

Газопроводная система 110 содержит множество участков 114 трубопровода для текучей среды и ответвлений 116, которые ответвляются от участков 114 трубопровода для текучей среды, с целью подачи протекающей в газопроводной системе 110 текучей среды или газа 118 в различные пункты 120 поставки. В частности, текучая среда 118, в частности газ, подлежит доставке в пунктах 120 поставки в определенное время с определенной величиной потока или скоростью потока.The gas system 110 includes a plurality of fluid pipe sections 114 and branches 116 that branch off from the fluid pipe sections 114 to supply fluid or gas 118 flowing in the gas pipeline system 110 to various delivery points 120. In particular, fluid 118, in particular gas, is to be delivered at delivery points 120 at a specific time with a specific flow rate or flow rate.

Для обеспечения заданных величин потока в местах 120 поставки в заданные моменты времени, газопроводная система 110 снабжена множеством компрессоров 112, которые транспортируют газ 118 посредством воздействия давлением через участки 114 трубопровода, соответственно, ответвления 116, с целью достижения пунктов 120 поставки. При этом осуществляется управление компрессорами 112 через линии 122 передачи данных от нелинейного, основанного на моделировании предиктивного регулятора 100.In order to provide the desired flow values at the supply points 120 at predetermined points in time, the gas pipeline system 110 is provided with a plurality of compressors 112 that transport gas 118 by means of pressure through sections of the pipeline 114, respectively, of branch 116, in order to reach the points of delivery 120. In this case, the compressors 112 are controlled via data transfer lines 122 from a non-linear, simulation-based predictive controller 100.

В конце газопроводов 114, 116 (т.е. перед пунктами 120 поставки) нет необходимости в расположении компрессоров или насосов.At the end of gas pipelines 114, 116 (i.e., in front of delivery points 120), there is no need for arrangement of compressors or pumps.

В противоположность этому, в пункте 122 ввода (в котором вводится газ) расположен (непосредственно или вблизи) компрессор 112, поскольку в пунктах ввода необходимо нагружать газ давлением.In contrast, in paragraph 122 of the input (in which the gas is introduced), the compressor 112 is located (directly or in the vicinity), since gas must be pressurized at the points of entry.

Кроме того, газопроводная система 110 содержит множество датчиков потока, датчиков давления и температурных датчиков 124, которые измеряют действительную величину потока, действительное давление и действительную температуру газа 118 в пунктах 120 поставки или же в других точках или местах вдоль или в газопроводе 114, 116 и выдают электрические сигналы через линии 126 передачи сигналов.In addition, the gas pipeline system 110 includes a plurality of flow sensors, pressure sensors, and temperature sensors 124 that measure the actual value of the flow, the actual pressure, and the actual temperature of the gas 118 at points 120 of delivery or at other points or places along or in the pipeline 114, 116 and provide electrical signals via signal transmission lines 126.

Через линию 126 передачи данных в предиктивный регулятор 100, который показан на фиг. 1, передается информация о действительной величине потока, действительном давлении и действительной температуре во множестве пунктов 120 поставки. Кроме того, в предиктивный регулятор 100 подается через линию 129 передачи данных, соответственно, вход 129 информация 128 о заданной величине потока (не обязательно, также о заданном давлении) газа 118 во множестве пунктов 120 поставки.Via data link 126 to predictive controller 100, which is shown in FIG. 1, information is provided on the actual flow rate, actual pressure, and actual temperature at a plurality of delivery points 120. In addition, the predictive controller 100 is supplied via the data transmission line 129, respectively, the input 129 information 128 about a given flow rate (not necessarily, also about a given pressure) of gas 118 in a variety of delivery points 120.

На основании подводимой через входы 126, 128 информации предиктивный регулятор 100 создает сигнал разницы величины потока между заданной величиной потока и действительной величиной потока и подает эти разницы в интегрирующий элемент 130. Интегральные составляющие (для каждого пункта поставки) можно вводить в модель предиктивного регулятора 100 в качестве дополнительных состояний. Интегрирующий элемент 130 может быть также расположен в другом месте обработки сигналов. Интегрирующий элемент 130 интегрирует, соответственно, суммирует сигнал разницы давления и/или сигнал разницы потока в течение определенного интервала времени, с целью получения суммы разниц давления и/или сумм разниц величины потока. Эти суммарные сигналы затем подают в математический процессор 132 моделирования трубопровода, в котором может использоваться алгоритм динамической оптимизации 134 (для минимизации расхода энергии и задания рабочего диапазона компрессоров 112).Based on the information supplied through the inputs 126, 128, the predictive controller 100 generates a signal of the difference in the flow magnitude between the specified flow magnitude and the actual flow magnitude and provides these differences to the integrating element 130. The integral components (for each delivery point) can be introduced into the predictive regulator model 100 in as additional states. The integrating element 130 may also be located at another place in the signal processing. The integrating element 130 integrates, respectively, sums the signal of the pressure difference and / or the signal of the difference of the flow for a certain period of time, in order to obtain the sum of the differences of pressure and / or the sums of the differences of the magnitude of the flow. These summed signals are then fed to a pipeline modeling mathematical processor 132, in which a dynamic optimization algorithm 134 can be used (to minimize power consumption and specify the operating range of compressors 112).

Кроме того, в процессоре 132 используются различные критерии оптимизации и дополнительные условия, которые запрашиваются из памяти 136, которая может содержать, в частности, характеристические кривые компрессора, включая линии пульсации, максимальные рабочие давления, договорные условия поставки, коэффициенты эквивалентности и др.In addition, the processor 132 uses various optimization criteria and additional conditions that are requested from the memory 136, which may contain, in particular, compressor characteristic curves, including ripple lines, maximum operating pressures, contractual delivery conditions, equivalence coefficients, etc.

В частности, рабочий диапазон 240 могут задавать дополнительные условия 136, как показано в виде графика на фиг. 2 и поясняется подробно ниже.In particular, the operating range 240 may specify additional conditions 136, as shown in graph form in FIG. 2 and is explained in detail below.

Предиктивный регулятор 100 затем вычисляет одну или несколько регулирующих переменных, таких как скорость вращения компрессора 112, и выдает их через выход 138, который соединен с линиями 122 ввода данных компрессора 112. Таким образом, регулирующие переменные осуществляют управление/регулирование множества компрессоров 112 через линии 122 передачи данных, с целью обеспечения работы газопроводной системы 110 для достижения заданных состояний в пунктах 120 поставки при минимизации расхода энергии.The predictive controller 100 then calculates one or more control variables, such as the speed of the compressor 112, and outputs them through an output 138, which is connected to the data input lines 122 of the compressor 112. Thus, the control variables control / regulate the plurality of compressors 112 via lines 122 data transmission, in order to ensure the operation of the gas pipeline system 110 to achieve the specified conditions in points 120 of delivery while minimizing energy consumption.

Показанная на фиг. 1 система транспортировки текучей среды может быть выполнена для добычи, соответственно, транспортировки нефти или газа. В случае нефти компрессоры 112 заменяются насосами.Shown in FIG. 1, a fluid transport system may be configured to produce, respectively, transport oil or gas. In the case of oil, compressors 112 are replaced by pumps.

На фиг. 2 показан график с абсциссой 242, на которой обозначена величина потока газа 118 в компрессоре 112, и ординатой 244, которая отражает отношение давлений (отношение давления на входе и на выходе) компрессора 112. Рабочий диапазон 240, который задает допустимый диапазон работы компрессора 112, ограничен ограничительными линиями 246, 248, 250 и 252. В частности, ограничительная линия 252 проходит вдоль максимальной скорости вращения компрессора 112. Другая линия 253 проходит вдоль меньшей скорости вращения, линия 254 проходит вдоль еще меньшей скорости вращения компрессора 112, и ограничительная линия 248 рабочего диапазона 240 проходит вдоль минимальной скорости вращения компрессора 112.In FIG. 2 shows a graph with an abscissa 242, which indicates the magnitude of the gas flow 118 in the compressor 112, and an ordinate 244, which reflects the pressure ratio (pressure ratio at the inlet and outlet) of the compressor 112. The operating range 240, which sets the allowable range of operation of the compressor 112, limited by the boundary lines 246, 248, 250 and 252. In particular, the boundary line 252 runs along the maximum rotation speed of the compressor 112. Another line 253 runs along a lower speed of rotation, line 254 runs along an even lower speed of rotation of the comp the spring 112, and the restriction line 248 of the operating range 240 runs along the minimum rotation speed of the compressor 112.

Диапазон 256 вне ограничительной линии 246 представляет не стабильный диапазон работы компрессора 112 (или диапазон пульсаций) и должен предотвращаться. Точка 258 представляет оптимальную рабочую точку с наилучшим коэффициентом полезного действия компрессора 112. Линии 260 и 262 представляют линии одинакового коэффициента полезного действия, при этом коэффициент полезного действия, который относится к линии 260, больше коэффициента полезного действия, который относится к линии 262. Согласно одному варианту выполнения данного изобретения выдерживается расстояние Δ от ограничительных линий 246, 248, 250, 252 при работе компрессора 112. В частности, тем самым компрессор 112 работает лишь в нижней части 264 рабочего диапазона 240, с целью предотвращения опасности повреждения компрессора. Отношение площади нижней части 264 и рабочего диапазона 240 может составлять между 0,8 и 0,99.A range 256 outside the boundary line 246 represents an unstable range of operation of the compressor 112 (or a ripple range) and should be prevented. Point 258 represents the optimum operating point with the best efficiency of compressor 112. Lines 260 and 262 represent lines of the same efficiency, with the efficiency that relates to line 260 being greater than the efficiency that relates to line 262. According to one an embodiment of the invention, a distance Δ is maintained from the boundary lines 246, 248, 250, 252 when the compressor 112 is operating. In particular, thereby the compressor 112 only operates in the lower part 264 range 240, in order to prevent the risk of compressor damage. The ratio of the area of the lower part 264 and the working range 240 may be between 0.8 and 0.99.

Компрессоры 112 (включая ограничения рабочего диапазона 240) и трение в самом трубопроводе имеют нелинейные характеристики, и трубопровод может иметь относительно давления и пропускной способности характеристики запаздывания. Для регулирования, с одной стороны, расхода энергии компрессоров 112 при одновременном учете нелинейных ограничений рабочего диапазона 240, используется многосвязной регулятор 100, который оптимизирует расход энергии с учетом ограничения рабочего диапазона компрессора (и максимального рабочего давления) и может эффективно справляться с временем запаздывания. Нелинейные регуляторы МРС (Modell Predictive Control=основанное на моделировании управление) могут эффективно решать эту задачу.Compressors 112 (including operating range limitations 240) and friction in the pipe itself have non-linear characteristics, and the pipe may have delay characteristics relative to pressure and throughput. To regulate, on the one hand, the energy consumption of compressors 112 while taking into account the nonlinear limitations of the operating range 240, a multiply connected controller 100 is used, which optimizes the energy consumption taking into account the limitations of the compressor operating range (and maximum operating pressure) and can effectively cope with the delay time. Non-linear regulators MPC (Modell Predictive Control = simulation-based control) can effectively solve this problem.

В противоположность обычным линейным регуляторам МРС, можно за счет применения нелинейного регулятора МРС эксплуатировать трубопровод более точно и ближе к желаемым пограничным значениям.In contrast to conventional linear regulators MPC, it is possible to use the pipeline more accurately and closer to the desired boundary values due to the use of a non-linear regulator MPC.

Представленная здесь концепция МРС-регулятора 100 базируется на нелинейной модели трубопровода 114, 116 и компрессора 112. Ограничения компрессора 112 не линеаризируются, а отображаются с помощью нелинейных функций. Описание трубопровода 114, 116 может быть выполнено с помощью нелинейных парциальных дифференциальных уравнений (например, Weimann: Modelierung und Simulation der Dynamik Gasverteilnetzen im Hinblick auf Gasnetzfuehrung und Gasnetzueberwachung, Dissertation TU Muenchen, Fachbereich Elektrotechnik, 1978) или в комбинации с компрессором в виде модели Винера-Хаммерштайна (например, Wellers: Nichlineare Modellgestuetzte Praedikative Regelung auf Basis von Wiener- und Hammerstein-Modellen, VDI Verlag, Fortschrittberichte, Reihe 8, Nr. 742, 1998).The concept of MPC controller 100 presented here is based on a non-linear model of pipe 114, 116 and compressor 112. The limitations of compressor 112 are not linearized, but displayed using non-linear functions. Pipeline 114, 116 can be described using non-linear partial differential equations (e.g. Weimann: Modelierung und Simulation der Dynamik Gasverteilnetzen im Hinblick auf Gasnetzfuehrung und Gasnetzueberwachung, Dissertation TU Muenchen, Fachbereich Elektrotechnik, 1978) or in combination with a compressor as a Wiener model Hammerstein (e.g. Wellers: Nichlineare Modellgestuetzte Praedikative Regelung auf Basis von Wiener- und Hammerstein-Modellen, VDI Verlag, Fortschrittberichte, Reihe 8, Nr. 742, 1998).

Собственно критерий оптимизации содержит по существу расход энергии отдельных компрессоров. Дополнительными условиями 136 могут быть:The optimization criterion itself contains essentially the energy consumption of individual compressors. Additional terms 136 may include:

расстояние Δ компрессора до границ пульсации (Surge line). Таким образом, направленное против пульсации регулирование может быть заменено предохранительными выключателями и клапанами;distance Δ of the compressor to the ripple boundaries (Surge line). Thus, anti-ripple control can be replaced by safety switches and valves;

максимальное рабочее давление (MAOP=Maximum Operating Pressure) трубопровода иthe maximum working pressure (MAOP = Maximum Operating Pressure) of the pipeline and

допустимые давления и пропускные способности в пунктах 120 поставки, интегрированные в проект регулятора.allowable pressures and flow rates in points 120 of delivery integrated into the design of the regulator.

Для удерживания в границах объема вычислений, можно работать с конечными предиктивными горизонтами. Для предотвращения проблем нестабильности в этих моделях используется способ с гарантированной стабильностью. Для предотвращения отклонений регулирования в пунктах поставки, указанный МРС-регулятор 100 снабжен интегральными составляющими 130.To keep the scope of calculations within limits, one can work with finite predictive horizons. To prevent instability problems, these models use a method with guaranteed stability. To prevent regulatory deviations at points of delivery, said MPC regulator 100 is provided with integral components 130.

Для достижения уменьшения расхода энергии компрессоров 112, отдельные компрессоры должны работать в рабочих точках с наивысшим коэффициентом полезного действия. Поскольку обычно несколько компрессоров устанавливаются в одной компрессорной станции, необходимо дополнительно принимать решение, в какой конфигурации работают компрессоры (т.е. какие компрессоры включаются, соответственно, выключаются). Для стационарного состояния и переходного состояния (т.е. в переходе от одной рабочей точки к следующей рабочей точке) можно использовать МРС-регулятор 100. Указанный здесь нелинейный МРС-регулятор 100 закрывает этот пробел тем, что в каждой стадии считывания определяет оптимальную совокупность компрессоров (т.е. какие компрессоры включаются и выключаются) и оптимальные рабочие точки включенных компрессоров. Такие системы можно называть также гибридными, поскольку они имеют как бинарные, так и аналоговые переменные, соответственно, состояния. При этом учитывается, что включение и выключение компрессоров 112 требует больше энергии, чем собственно работа. Энергия для включения и выключения компрессоров включается в качестве дополнительных членов в критерий оптимизации.To achieve a reduction in the energy consumption of compressors 112, individual compressors must operate at operating points with the highest efficiency. Since usually several compressors are installed in one compressor station, it is necessary to additionally decide in what configuration the compressors work (i.e. which compressors are turned on, respectively, turned off). For the stationary state and the transition state (that is, in the transition from one operating point to the next operating point), the MPC controller 100 can be used. The non-linear MPC controller 100 indicated here closes this gap by the fact that in each reading stage it determines the optimal combination of compressors (i.e. which compressors are turned on and off) and the optimal operating points of the included compressors. Such systems can also be called hybrid, since they have both binary and analog variables, respectively, states. This takes into account that turning on and off the compressors 112 requires more energy than the actual operation. The energy for turning compressors on and off is included as additional terms in the optimization criterion.

Для компенсации неточностей моделирования и явлений старения, нелинейный МРС-регулятор 100 выполнен адаптивным.To compensate for inaccuracies in modeling and the phenomena of aging, the nonlinear MPC-regulator 100 is made adaptive.

Компрессоры для газа приводятся в действие, как правило, либо с помощью электродвигателей, либо газовых турбин. Представленный принцип можно применять для обоих вариантов привода. При приводе с помощью газовых турбин необходимо при создании модели и оптимизировании лишь учитывать, что часть транспортируемого по трубопроводу газа используется для привода.Gas compressors are usually driven either by electric motors or gas turbines. The presented principle can be applied to both drive variants. When driving with gas turbines, it is only necessary to take into account when creating the model and optimizing that part of the gas transported through the pipeline is used for the drive.

Указанный основанный на моделировании предиктивный регулятор вычисляет заданные значения для отдельных приводов и передает их в локальные регуляторы станций. Местные станционные регуляторы и регуляторы приводов, включая логику управления и регулирования, необходимы для реагирования на быстрые события, такие как, например, отказы. На основании большого объема вычислений основанные на моделировании предиктивные регуляторы не пригодны или лишь ограниченно пригодны для регулирования быстрых процессов или реагирования на быстрые события.The specified predictive controller based on the simulation calculates the setpoints for the individual drives and transfers them to the local station controllers. Local station controllers and drive controllers, including control and regulation logic, are needed to respond to fast events, such as, for example, failures. Based on the large amount of computation, simulation-based predictive controllers are not suitable or only limitedly suitable for controlling fast processes or responding to fast events.

Применение гибридного нелинейного, основанного на моделировании предиктивного регулятора 100 с интегральными составляющими и интегрированным противопульсационным регулированием в нефтяном или газовом трубопроводе может обеспечивать следующие преимущества:The use of a hybrid nonlinear simulation-based predictive controller 100 with integrated components and integrated anti-surge control in an oil or gas pipeline can provide the following advantages:

за счет учета нелинейности достигается лучшая оптимизация и тем самым больше уменьшается расход энергии при заданных ограничениях, чем при линейных способах МРС. Поскольку линейные ограничения можно учитывать без линеаризации регулятора, то можно сократить предохранительные расстояния до ограничений и тем самым достигать при некоторых обстоятельствах улучшенные результаты оптимизации.by taking into account non-linearity, better optimization is achieved and, thereby, energy consumption is reduced more under specified constraints than with linear methods of MPC. Since linear constraints can be taken into account without linearizing the controller, it is possible to reduce the safety distances to the constraints and thereby achieve, under certain circumstances, improved optimization results.

За счет ввода интегральных составляющих предотвращаются отклонения регулирования в пунктах поставки.By introducing integral components, control deviations at points of delivery are prevented.

Интеграция функции защиты от пульсаций в способ МРС позволяет отказаться от регулирования пульсаций и заменить его предохранительными клапанами и предохранительными выключателями.The integration of the ripple protection function in the MPC method allows you to refuse to regulate the ripple and replace it with safety valves and safety switches.

Совокупность компрессоров подвергаются оптимизации не только в стационарном состоянии, но также в переходном состоянии. За счет этого дополнительно уменьшается расход энергии компрессорной станции.The set of compressors are optimized not only in a stationary state, but also in a transitional state. Due to this, the energy consumption of the compressor station is further reduced.

Не требуется отдельного внешнего устройства оптимизации для совокупности компрессоров.No separate external optimization device is required for a combination of compressors.

Выше приведено описание возможности применения изобретения в газопроводах. В принципе это относится также к нефтепроводам. Вместо компрессоров в этом случае используются нефтяные насосы. Поэтому указанный выше регулятор 100 можно применять также в нефтепроводах, когда свойства компрессоров заменяются характеристиками насосов. В нефтепроводах в противоположность газопроводам необходимо учитывать не только характеристики насосов, но также различные свойства текучей среды.The above is a description of the possibility of applying the invention in gas pipelines. In principle, this also applies to oil pipelines. Instead of compressors, oil pumps are used in this case. Therefore, the aforementioned regulator 100 can also be used in oil pipelines when the properties of the compressors are replaced by the characteristics of the pumps. In oil pipelines, in contrast to gas pipelines, it is necessary to take into account not only the characteristics of the pumps, but also the various properties of the fluid.

Claims

1. A method for controlling a fluid conveyor (112) for transporting a fluid (118) inside a fluid pipe (114, 116), the method comprising:
obtaining information (128) about a given value of the fluid flow (118) inside the pipeline (114, 116) for the fluid;
determining the energy consumption of the fluid conveyor (112) when operating within the operating range (240) of the fluid conveyor;
controlling the fluid conveyor (112) with respect to the generated fluid stream (118) based on information (128) about a predetermined amount of fluid stream (118) inside the fluid pipe (114, 116) so that a predetermined amount of fluid flow is achieved and the energy consumption required for this is minimized, while controlling it takes into account that the operating range (240) of the fluid conveyor is limited by a nonlinear restriction (246, 248, 250, 252),
the working range (240) is set using a plurality of pairs of flow and pressure ratios at the inlet and outlet of the fluid conveyor, and the number of pairs is limited by at least one curved curve (246, 248, 250, 252).

2. The method of claim 1, further comprising:
obtaining information (126) about the actual value of the fluid flow (118) inside the pipeline (114, 116) for the fluid, while the control is additionally based on information about the actual value of the fluid flow at points of delivery inside the pipeline for the fluid.

3. The method of claim 2, further comprising:
modeling the fluid flow through the fluid line and the pressure of the fluid inside the fluid line, and the control of the fluid conveyor is further based on the modeling of the fluid flow through the fluid line.

4. The method of claim 3, wherein the fluid flow through the fluid conduit is modeled using a non-linear differential equation.

5. The method according to any one of paragraphs. 3 or 4, in which the control of the fluid conveyor (112) is further based on the difference in flow rate between a predetermined flow rate and an actual flow rate.

6. The method according to p. 5, in which information about a given value of the flow is obtained during the time interval and information about the actual pressure and the actual value of the flow is obtained during the time interval, wherein the pressure difference and / or the difference in the value of the flow is summarized (130) in time interval, in order to obtain the sum of the pressure differences and / or the sum of the differences in the flow value, while the control of the fluid conveyor is additionally based on the sum of the pressure differences and / or the sum of the differences in the flow value.

7. The method according to claim 1, in which the determination of the energy consumption of the fluid conveyor comprises determining the energy consumption of the fluid conveyor when turned on and / or off.

8. The method according to claim 1, which takes into account the distance (d) between the fluid conveyor and the location along the fluid conveyor, in which a predetermined flow value is to be achieved.

9. The method according to p. 1, which takes into account at least one additional condition from a variety of additional conditions, while many additional conditions include:
preventing pressure in the fluid pipe, which lies above the maximum pressure of the pipe;
preventing pressure in the fluid conveyor that lies above the maximum pressure of the conveyor;
keeping at a distance (D) the working point of the fluid conveyor from the working range restriction line (240), which limits, in particular, the working range of flow values that lie below the working range.

10. The method according to p. 1 or 9, further comprising:
obtaining other information about another predetermined amount of fluid flow, wherein the predetermined amount of flow is different from another predetermined amount of flow,
wherein the control of the fluid conveyor is further based on another predetermined flow rate.

11. The method of claim 1, wherein the fluid is gas (118), and the fluid conveyor is a compressor that is driven, in particular, by a gas turbine or electric motor, or the fluid is oil, and the fluid conveyor is a pump , in particular an electric pump.

12. The method according to claim 1, wherein obtaining information about a predetermined amount of fluid flow inside a fluid pipeline comprises obtaining information about a predetermined amount of fluid flow at a plurality of locations (120) within a fluid conduit, in particular at a plurality of points time
wherein the method further comprises:
determining the energy expenditure of at least one other fluid conveyor when operating within another operating range of another fluid conveyor;
controlling a fluid conveyor and / or at least one other fluid conveyor with respect to the generated fluid stream based on information about a predetermined amount of fluid flow at a plurality of locations (120) of the fluid pipe so that a predetermined flow rate at a plurality of locations is achieved and The energy consumption required for this is minimized.

13. The method according to p. 1, in which the fluid flow is expressed by the magnitude of the energy flow.

14. A device for controlling / regulating a fluid conveyor for transporting a fluid inside a fluid pipe, the device comprising:
an input (129) for obtaining information (128) about a predetermined amount of fluid flow inside the fluid pipe;
a determining module (134) for determining the energy consumption of the fluid conveyor when operating within the operating range of the fluid conveyor; and
a control module (132) for controlling the fluid conveyor with respect to the generated fluid flow based on information (128) about a predetermined amount of fluid flow (118) inside the fluid conduit (114, 116) so that a predetermined amount of fluid flow is achieved and the energy consumption required for this is minimized, while the control takes into account the limitation of the working range (240) of the fluid conveyor to non-linear restrictions, while the working range of the fluid conveyor can be set with using a plurality of pairs, the magnitude of the flow and the pressure ratio at the inlet and outlet of the fluid conveyor, while the number of pairs is limited by at least one curved curve (246, 248, 250, 252).