RU2820047C1 - Method for optimal control of large-scale pipeline systems of power engineering using artificial intelligence technology - Google Patents

Method for optimal control of large-scale pipeline systems of power engineering using artificial intelligence technology Download PDF

Info

Publication number
RU2820047C1
RU2820047C1 RU2023134093A RU2023134093A RU2820047C1 RU 2820047 C1 RU2820047 C1 RU 2820047C1 RU 2023134093 A RU2023134093 A RU 2023134093A RU 2023134093 A RU2023134093 A RU 2023134093A RU 2820047 C1 RU2820047 C1 RU 2820047C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
power engineering
parameters
real time
calculations
Prior art date
Application number
RU2023134093A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Анатольевич Кисленко
Александр Вячеславович Белинский
Александр Соломонович Казак
Дмитрий Вячеславович Горлов
Елена Владимировна Фомина
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт экономики и организации управления в газовой промышленности" (ООО "НИИгазэкономика")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт экономики и организации управления в газовой промышленности" (ООО "НИИгазэкономика") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт экономики и организации управления в газовой промышленности" (ООО "НИИгазэкономика")
Application granted granted Critical
Publication of RU2820047C1 publication Critical patent/RU2820047C1/en

Links

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering systems and can be used to form control actions on equipment of a large-scale pipeline system (LPS) of power engineering in general in real time, taking into account the declared supply of the product and minimization of energy costs. Method for optimal control of power engineering LPS using artificial intelligence technology includes creation of information control system (ICS) and equipping it with measuring instruments for remote control of parameters of operating modes of the main process equipment of pipeline transport. ICS receives data from measuring instruments, parameters of the processes are transmitted through the ADMS to the simulation and optimization system based on neural networks, designed to perform multivariate calculations and optimize operating modes in accordance with the dispatcher's task, where the most efficient scenario is selected, which is realized under control of a dispatcher by generating in ADMS and subsequent transmission of corresponding control commands to equipment. Optimization criterion can be expenditures of fuel and energy resources for transport needs in natural or value terms, transportation of goods, use of gas stock accumulated in pipelines of the system (for gas transportation systems).
EFFECT: intellectualization of power engineering LPS control by using a simulation system to determine optimal controls in real time, which will make it possible to significantly increase quality of made decisions on system control, including to control distribution of product flows so as to minimize energy costs for transportation, and, as a result, operating costs.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области трубопроводных систем энергетики и направлено на усовершенствование подходов к поиску оптимальных управляющих воздействий в крупномасштабных трубопроводных системах (КТС) энергетики. В частности, изобретение может быть применено к крупномасштабным газотранспортным системам.The invention relates to the field of energy pipeline systems and is aimed at improving approaches to finding optimal control actions in large-scale energy pipeline systems (LPS). In particular, the invention can be applied to large-scale gas transmission systems.

Известен метод [US007587326B1], который представляет собой балансовую модель всей газотранспортной системы. Метод позволяет решать задачу определения количества газа и распределения газа одновременно и систематизировано по всей газотранспортной сети. Изобретение относится к газотранспортным системам и позволяет сохранять баланс газа, поступающего в газотранспортную сеть и исходящего из нее. Предполагается, что в газотранспортной системе появляются логические точки (пулы), где возможно добавлять или отбирать газ из системы. Пулы не являются физическими точками, поэтому там не может оставаться газ к концу моделируемого периода.There is a known method [US007587326B1], which represents a balance model of the entire gas transportation system. The method allows you to solve the problem of determining the amount of gas and gas distribution simultaneously and systematically throughout the gas transportation network. The invention relates to gas transportation systems and allows maintaining the balance of gas entering and leaving the gas transmission network. It is assumed that logical points (pools) appear in the gas transportation system where it is possible to add or remove gas from the system. Pools are not physical points, so no gas can remain there at the end of the simulation period.

Известен метод оптимизации [US006829566B2], позволяющий производить оптимизацию по заданным критериям. Демонстрируется способ на примере водопроводной сети. Способ позволяет определять требования к пиковому расходу каждой трубы и учитывает эксплуатационные критерии сети.There is a known optimization method [US006829566B2], which allows optimization according to specified criteria. The method is demonstrated using the example of a water supply network. The method makes it possible to determine the peak flow requirements of each pipe and takes into account the operating criteria of the network.

Известен способ автоматической оптимизации работы системы транспортировки природного газа [RU2007116343A], с помощью которого можно определять значения непрерывно изменяющихся переменных (давление и расход газа в любой точке системы) и дискретных величин (состояние запуска компрессоров, состояние открытия компрессорных станций, состояние открытия регулирующих вентилей, состояние обводных элементов компрессорных станций, состояние обводных элементов регулирующих вентилей, ориентация компрессорных станций и ориентация регулирующих вентилей). Способ характеризуется тем, что в качестве исходного состояния оптимизации выбирают интервалы значений непрерывно изменяющихся переменных и наборы значений дискретных переменных.There is a known method for automatically optimizing the operation of a natural gas transportation system [RU2007116343A], with which you can determine the values of continuously changing variables (pressure and gas flow at any point in the system) and discrete values (state of starting compressors, state of opening compressor stations, state of opening control valves, condition of compressor station bypass elements, condition of control valve bypass elements, orientation of compressor stations and orientation of control valves). The method is characterized by the fact that intervals of values of continuously changing variables and sets of values of discrete variables are selected as the initial state of optimization.

Известен способ автоматической оптимизации газотранспортной сети [EP1852820A1], включающие определение значений для непрерывных переменных, таких как давление и расход во всех точках газотранспортной сети, и определение значений для дискретных переменных, например, состояние открытия регулирующих кранов и т.д. Способ отличается тем, что диапазоны значений для непрерывных переменных и наборы значений для дискретных переменных выбираются в качестве начального состояния оптимизации.There is a known method for automatic optimization of a gas transmission network [EP1852820A1], including determining values for continuous variables, such as pressure and flow at all points of the gas transmission network, and determining values for discrete variables, for example, the opening state of control valves, etc. The method differs in that ranges of values for continuous variables and sets of values for discrete variables are selected as the initial state of optimization.

Известна полезная модель единой системы управления трубопроводной системы [RU140620U1], использующаяся для комплексного непрерывного управления и контроля трубопроводных систем энергетики.There is a known useful model of a unified control system for a pipeline system [RU140620U1], which is used for integrated continuous management and monitoring of energy pipeline systems.

Недостатком известных способов является невозможность учитывать гидравлическую составляющую при моделировании режима работы КТС. Как следствие, указанный недостаток приводит к невозможности создания достаточно точных способов управления и, следовательно, существенной погрешности при управлении технологическими процессами. В частности, на сегодняшний день отсутствует эффективный способ управления КТС, позволяющий учитывать физические процессы транспорта продукта.The disadvantage of the known methods is the inability to take into account the hydraulic component when modeling the operating mode of the CTS. As a consequence, this drawback leads to the impossibility of creating sufficiently accurate control methods and, consequently, to a significant error in the control of technological processes. In particular, today there is no effective method for managing the CTS that allows taking into account the physical processes of product transport.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предполагаемое техническое решение, является повышение эффективности управления КТС энергетики, в том числе обеспечение оптимального распределения потоков продукта по трубопроводной системе согласно выбранному критерию оптимизации.The technical result, which the proposed technical solution is aimed at achieving, is to increase the efficiency of management of the power supply system, including ensuring the optimal distribution of product flows through the pipeline system according to the selected optimization criterion.

Сущность предполагаемого способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.

Указанный технический результат достигается тем, что Способ оптимального управления КТС энергетики с применением технологии искусственного интеллекта включает создание и оснащение информационно-управляющей системы (ИУС) оборудованием, обеспечивающим дистанционный контроль за заданными параметрами транспорта продукта (объемы транспортировки, распределение давления по системе, управляющие воздействия на КС), моделируя в режиме реального времени процесс транспорта продукта и выполняя многовариантные расчеты режимов работы трубопроводной системы, управляя расчетами в режиме реального времени (real-time), осуществляя выбор режима работы системы на основе задания и критерия управления, а также формирование и передачу управляющих команд в автоматизированную систему диспетчерского управления для визуального контроля персонала и лица принимающего решение (фиг. 1).The specified technical result is achieved by the fact that the Method for optimal control of the CTS of the energy industry using artificial intelligence technology includes the creation and equipping of an information and control system (ICS) with equipment that provides remote control over the specified parameters of product transport (transportation volumes, pressure distribution throughout the system, control actions on KS), modeling in real time the process of product transport and performing multivariate calculations of operating modes of the pipeline system, managing calculations in real time (real-time), selecting the operating mode of the system based on the task and control criterion, as well as the formation and transfer of control commands into an automated dispatch control system for visual control of personnel and the decision maker (Fig. 1).

В настоящее время практически все КТС оснащены автоматизированными системами управления диспетчерского управления (АСДУ), которые работают под управлением диспетчерского персонала и обеспечивают контроль параметров процессов транспортировки продукта и дистанционное управление режимами работы трубопроводной системы и оборудования. Если оснащение АСДУ не обеспечивает контроль и управление в требуемом объеме для адекватного моделирования и оптимизации процессов транспортировки продукта, то систему дооснащают.Currently, almost all PTS are equipped with automated dispatch control systems (ADCS), which operate under the control of dispatch personnel and provide control of the parameters of product transportation processes and remote control of the operating modes of the pipeline system and equipment. If the equipment of the automated control system does not provide control and management to the required extent for adequate modeling and optimization of product transportation processes, then the system is retrofitted.

На фиг. 1 представлена схема информационно-управляющей системы (ИУС), на фиг. 2 изображена схема объединения нейронных сетей подсистем, на фиг. 3 отражена принципиальная схема объединения нейронных сетей подсистем в общую нейронную сеть согласно топологии ГТС ЕСГ.In fig. 1 shows a diagram of the information management system (IMS), Fig. 2 shows a diagram of the integration of neural networks of subsystems, Fig. Figure 3 shows a schematic diagram of the integration of neural networks of subsystems into a common neural network according to the topology of the UGSS GTS.

На указанных фигурах приведены следующие обозначения:The following symbols are shown in these figures:

1.1 - измерительное оборудование;1.1 - measuring equipment;

1.2 - автоматизированная система диспетчерского моделирования (АСДУ);1.2 - automated dispatch modeling system (ASDS);

1.3 - система моделирования и оптимизации с применением нейронных сетей;1.3 - modeling and optimization system using neural networks;

1, 2, 3 - номера подсистем.1, 2, 3 - subsystem numbers.

Способ предполагает создание ИУС, включающей в себя систему моделирования и оптимизации, которая основана на использовании нейросетевой модели.The method involves the creation of a computer system that includes a modeling and optimization system, which is based on the use of a neural network model.

Параметры процессов транспортировки продукта контролируют с помощью измерительного оборудования (1.1). Результаты измерений попадают в АСДУ (1.2), откуда передаются в систему моделирования и оптимизации с применением нейронных сетей (1.3), которая представляет из себя программный комплекс.В системе моделирования и оптимизации происходит моделирование работы системы, с учетом поступающих данных о параметрах процессов транспорта, которые дают информацию о текущем состоянии системы, рассчитываются в режиме реального времени возможные сценарии работы трубопроводной системы с учетом всех ограничений работы оборудования и подсистем. По заданному алгоритму в автоматическом режиме происходит управление расчетами и на основе заданных целевых функций выбирается наиболее эффективный сценарий с учетом плана по транспортировке продукта и других ограничивающих факторов. Найденные оптимальные варианты управляющих воздействий поступают диспетчеру, который их контролирует, корректирует в случае необходимости и далее посредством АСДУ управления передаются на технологическое оборудование.The parameters of the product transportation processes are monitored using measuring equipment (1.1). The measurement results enter the ASDU (1.2), from where they are transferred to the modeling and optimization system using neural networks (1.3), which is a software complex. In the modeling and optimization system, the operation of the system is simulated, taking into account incoming data on the parameters of transport processes, which provide information about the current state of the system, possible scenarios for the operation of the pipeline system are calculated in real time, taking into account all restrictions on the operation of equipment and subsystems. According to a given algorithm, calculations are automatically managed and, based on the specified objective functions, the most effective scenario is selected, taking into account the product transportation plan and other limiting factors. The found optimal options for control actions are sent to the dispatcher, who monitors them, corrects them if necessary, and then transfers them to the process equipment using the automated control system.

В основе моделирования трубопроводных систем энергетики лежит теория гидравлических цепей [А.П.Меренков, В.Я.Хасилев. Теория гидравлических цепей. Москва «Наука», 1985.]. В каждой гидравлической системе выделяются основные составляющие: источники давления или расхода (например, компрессорные станции (КС), аккумулирующие емкости и т.д.), гидравлическая сеть (взаимосвязанные трубопроводы, воздуховоды и т.д.) и потребители. Ранее к гидравлическим системам применялись классические методы гидравлического расчета, однако, рассматриваемое изобретение предполагает использование «гибридных» моделей - совокупность гидравлических и нейросетевых моделей для каждой подсистемы трубопроводной системы.The modeling of energy pipeline systems is based on the theory of hydraulic circuits [A.P. Merenkov, V.Ya. Khasilev. Theory of hydraulic circuits. Moscow "Science", 1985]. In each hydraulic system, the main components are distinguished: sources of pressure or flow (for example, compressor stations (CS), storage tanks, etc.), a hydraulic network (interconnected pipelines, air ducts, etc.) and consumers. Previously, classical methods of hydraulic calculation were applied to hydraulic systems, however, the invention under consideration involves the use of “hybrid” models - a set of hydraulic and neural network models for each subsystem of the pipeline system.

Способ предполагает, что трубопроводная система является совокупностью смежных подсистем, в качестве которых могут выступать либо активные и пассивные элементы (трубы, пункты редуцирования давления (РД), КС или насосные станции), либо фрагменты трубопроводной системы из нескольких таких элементов. Каждая подсистема оборудована измерительными устройствами диспетчерского управления. Данные, поступающие с датчиков, установленных на объектах системы, передаются в базу данных в систему диспетчерского управления, где подвергаются обработке и далее используются для проведения многовариантных расчетов.The method assumes that the pipeline system is a set of adjacent subsystems, which can be either active and passive elements (pipes, pressure reduction points (PRP), compressor stations or pumping stations), or fragments of a pipeline system consisting of several such elements. Each subsystem is equipped with supervisory control measuring devices. Data coming from sensors installed at system facilities are transferred to a database in the dispatch control system, where they are processed and then used to carry out multivariate calculations.

Нейросетевая модель создается отдельно для каждой подсистемы (если подсистемы - элементы, то для каждого типа объектов (КС, ЛУ и т.д.). На первом этапе производится сбор информации, поступающей с оборудования и измерительных приборов. Параметры режимов работы, поступают с датчиков в режиме реального времени. Размерность задачи может быть понижена с помощью агрегации некоторых элементов (объединение потребителей между двумя соседними КС, модель КС в целом, а не отдельных цехов и т.д.).A neural network model is created separately for each subsystem (if subsystems are elements, then for each type of object (CS, LU, etc.). At the first stage, information coming from equipment and measuring instruments is collected. Operating mode parameters are received from sensors in real time. The dimension of the problem can be reduced by aggregating some elements (unification of consumers between two neighboring CS, model of the CS as a whole, rather than individual workshops, etc.).

Оптимизационная модель оценивает все критерии управления, формирует задачу по установленному диспетчером критерию, решает задачу и предлагает оптимальный сценарий управления КТС в текущем состоянии, используемый диспетчером для изменения параметров работы системы. Решается задача эффективного потокораспределения продукта по системе в целом, отличающаяся тем, что ИУС с системой моделирования формируют на основе нейросетевой модели трубопроводной системы, являющейся объединением нейросетевых моделей ее подсистем, представляющих собой дифференцируемые функции, снабжают автоматизированную систему управления технологическим процессом и ИУС диспетчерского управления, создают базу данных для системы моделирования с заданными значениями параметров в виде предельных значений контролируемых режимно-технологических параметров, данные измерений поступают в автоматизированную систему управления технологическим процессом, в которой достоверную информацию о данных измерения из ИУС диспетчерского управления передают в систему моделирования, который в режиме реального времени осуществляет оптимизационные расчеты с использованием полученной достоверной информации о данных измерения посредством математической модели, которая определяет режим работы с учетом заданного критерия управления трубопроводной системой, позволяет с высокой степенью детализации и точности определять изменение режима работы КТС большой размерности, в том числе распределения потоков, давлений и температур транспортируемого продукта, параметров производственных мощностей, вследствие изменения управлений или внешних условий, позволяет для КТС большой размерности определять оптимальные управляющие воздействия, обеспечивающие минимизацию (максимизацию) заданного критерия при обеспечении необходимых поставок потребителям и выполнении технологических ограничений, в том числе по давлениям, объемам и температурам транспортируемого флюида, а также параметрам производственных мощностей. Представленное техническое решение является элементом системы диспетчерского управления.The optimization model evaluates all control criteria, generates a task according to the criterion set by the dispatcher, solves the problem and offers an optimal scenario for controlling the CTS in the current state, which is used by the dispatcher to change the operating parameters of the system. The problem of efficient flow distribution of the product throughout the system as a whole is solved, characterized in that the ICS with a modeling system is formed on the basis of a neural network model of the pipeline system, which is a combination of neural network models of its subsystems, which are differentiable functions, supply an automated process control system and a dispatch control ICS, create a database for a modeling system with specified parameter values in the form of limit values of controlled operating and technological parameters, the measurement data enters an automated process control system, in which reliable information about the measurement data from the dispatch control information system is transferred to the modeling system, which in real time carries out optimization calculations using the obtained reliable information about measurement data through a mathematical model, which determines the operating mode taking into account the specified control criterion of the pipeline system, allows, with a high degree of detail and accuracy, to determine changes in the operating mode of large-scale PTS, including the distribution of flows, pressures and temperatures of the transported product, parameters of production facilities, due to changes in controls or external conditions, allows for large-scale CTS to determine optimal control actions that ensure minimization (maximization) of a given criterion while ensuring the necessary supplies to consumers and fulfilling technological restrictions, including pressures, volumes and temperatures of the transported fluid, as well as production capacity parameters. The presented technical solution is an element of the dispatch control system.

Постановка задачи поиска оптимального управления КТС с помощью системы моделирования ИУС.Statement of the problem of searching for optimal control of the CTS using an ICS modeling system.

Постановка задачи показана на примере минимизации энергетических затрат на транспортировку газа.The problem statement is shown using the example of minimizing energy costs for gas transportation.

Расчетная схема подсистемы формируется экспертом с учетом результатов анализа характерных режимов работы в рассматриваемом сезоне. В модель для каждой подсистемы введены функции затрат топливно-энергетических ресурсов на собственные технологические нужды (СТН), запаса газа аккумулированного в трубах подсистемы и вектор-функция потребляемой мощности на КС подсистемы, которые имеют видThe design diagram of the subsystem is formed by an expert taking into account the results of the analysis of characteristic operating modes in the season under consideration. The model for each subsystem includes functions of the cost of fuel and energy resources for its own technological needs (STN), the gas reserve accumulated in the pipes of the subsystem and the vector function of power consumption at the CS of the subsystem, which have the form

а также каждая подсистема характеризуется вектором распределения потоков в стыковых узлах i-ой подсистемыand also each subsystem is characterized by a vector of flow distribution at the joint nodes of the i-th subsystem

где - функция затрат ТЭР на СТН i-ой подсистемы ГТС; вектор распределения давлений в узлах i-ой подсистемы, которые являются входными для подсистемы; значение давления в узлах (являющимися входами i-ой подсистемы); вектор распределения давлений в узлах i-ой подсистемы, которые являются выходными для подсистемы; значение давления в узлах (являющимися выходами i-ой подсистемы); стыковые узлы i-ой подсистемы, количество стыковых узлов i-ой подсистемы; - вектор степеней сжатия КС i-ой подсистемы; - вектор характеристик i-ой подсистемы; - запас газа, аккумулированный в трубах i-ой подсистемы; - вектор-функция потребляемой мощности на КС i-ой подсистемы ГТС; вектор распределения потоков в стыковых узлах i-ой подсистемы, значение расхода в узлах i-ой подсистемы.Where - function of fuel and energy resources costs for STN of the i-th GTS subsystem; pressure distribution vector in the nodes of the i-th subsystem, which are input to the subsystem; pressure value in nodes (which are the inputs of the i-th subsystem); pressure distribution vector in the nodes of the i-th subsystem, which are the output for the subsystem; pressure value in nodes (which are the outputs of the i-th subsystem); butt nodes of the i-th subsystem, number of joint nodes of the i-th subsystem; - vector of compression ratios of the CS of the i-th subsystem; - vector of characteristics of the i-th subsystem; - gas reserve accumulated in the pipes of the i-th subsystem; - vector function of power consumption at the CS of the i-th GTS subsystem; vector of flow distribution in the junction nodes of the i-th subsystem, flow value in nodes of the i-th subsystem.

Выборка режимов работы для обучения каждой подсистемы формируется путем расчета функций для различных комбинаций , что дает возможность после обучения нейронной сети определить вектор-функции видаA selection of operating modes for training each subsystem is formed by calculating functions for various combinations , which makes it possible, after training the neural network, to determine vector functions of the form

(1)(1)

которые представлены глубокими нейронными сетями, связывающими между собой входные параметры модели подсистем ГТС и соответствующие им величины объема транспортируемого газа и потребления ТЭР.which are represented by deep neural networks that connect the input parameters of the GTS subsystem model and the corresponding values of the volume of transported gas and consumption of fuel and energy resources.

Управлениями для системы в целом являются параметры работы активных элементов системы - степени сжатия на КС. В результате решения оптимизационной задачи для каждого стыкового узла подсистем в соответствии с оптимальными управляющими воздействиями определяется давление газа, а для каждой подсистемы - потоки и другие моделируемые характеристики подсистемы.Controls for the system as a whole are the operating parameters of the active elements of the system - the compression ratio at the compressor station. As a result of solving the optimization problem, the gas pressure is determined for each joint node of the subsystems in accordance with the optimal control actions, and the flows and other simulated characteristics of the subsystem are determined for each subsystem.

Технологический расчет для системы выполняется с соблюдением ограничений в виде равенств - нелинейных уравнений баланса газа в стыковых узлах: Technological calculations for the system are carried out in compliance with restrictions in the form of equalities - nonlinear equations of gas balance in butt joints:

(3) (3)

где - множество всех стыковых узлов; - множество подсистем, для которых узел k является стыковым; - расход газа по i-ой -ой подсистеме через стыковой узел k; ( - разница между локальным поступлением газа в k-ый стыковой узел и его распределением (невязка),; давление в k-ом стыковом узле, если k-ый узел является выходным узлом i-ой подсистемы; давление в k-ом стыковом узле, если k -ый узел является входным узлом j-ой подсистемы.Where - the set of all butt joints; - a set of subsystems for which node k is a butt node; - gas flow through the i-th subsystem through the butt joint k; ( - the difference between the local gas supply to the k-th butt joint and its distribution (residual), ; pressure in the k-th joint node, if the k-th node is the output node of the i-th subsystem; pressure in the k-th joint node, if the k-th node is the input node of the j-th subsystem.

В рассматриваемой задаче для всей системы искомые переменные - величины давления газа в стыковых узлах и значения степеней сжатия КС, на которые наложены ограничения-неравенства вида:In the problem under consideration for the entire system, the required variables are gas pressure values in butt joints and the values of the degrees of compression of the CS, on which inequality restrictions of the form are imposed:



(4)(4)
(5)(5) (6)(6)

где - множество КC рассматриваемой ГТС.Where - set of CS of the considered GTS.

Кроме того, аналогичным (4) способом должны быть заданы условия на узлах, которые не являются стыковыми узлами подсистем в количестве, достаточном для получения однозначного решения.In addition, in a similar way to (4), conditions must be specified on nodes that are not interface nodes of subsystems in an amount sufficient to obtain a unique solution.

Условие (3) обеспечивается построением объединенной нейросетевой модели системы. Она формируется так:Condition (3) is ensured by constructing a unified neural network model of the system. It is formed like this:

- входной слой состоит из нейронов, на которые подаются значения ;- the input layer consists of neurons to which values are supplied ;

- входной слой соединен с входными слоями нейросетей для подсистем в соответствии с (3) для давлений в стыковых узлах, и тождественно для остальных параметров;- the input layer is connected to the input layers of the neural networks for the subsystems in accordance with (3) for pressures in joint nodes, and identically for other parameters;

- выходной слой агрегирует данные выходных слоев моделей подсистем.- the output layer aggregates data from the output layers of subsystem models.

Пример построения объединенной нейросетевой модели для простой системы из 3 подсистем с одним стыковым узлом представлен на фиг. 2 и фиг. 3. Для каждой нейросетевой модели имеется набор входных и выходных параметров . При объединении (фиг. 2) выполняются равенства:An example of constructing a combined neural network model for a simple system of 3 subsystems with one interface node is presented in Fig. 2 and fig. 3. For each neural network model there is a set of input and output parameters . When combining (Fig. 2), the following equalities are satisfied:

, ,

, ,

,. ,.

условие баланса расхода (2) в этом случае примет видthe flow balance condition (2) in this case will take the form

На фиг. 3 представлена принципиальная схема объединения нейронных сетей, на которой представлено как значение давление в стыковом узле ( передается на вход нейронной сети.In fig. Figure 3 shows a schematic diagram of the integration of neural networks, which shows the pressure in the joint node as a value ( transmitted to the input of the neural network.

Целевая функция для модели системы имеет вид:The objective function for the system model has the form:

(7)(7)

где весовой коэффициент.Where weight coefficient.

Совокупность (1), (2), (4), (5), (6), (7) представляет собой оптимизационную задачу, сформированную с применением гладких дифференцируемых функций. Такая постановка задачи позволяет использовать оптимизационные пакеты на основе градиентных методов, позволяющие использовать автоматическую дифференцируемость таких функций. Качество получаемых оптимальных управленческих решений зависит от применяемого оптимизационного пакета.The set (1), (2), (4), (5), (6), (7) is an optimization problem formed using smooth differentiable functions. This formulation of the problem allows the use of optimization packages based on gradient methods, which make it possible to use the automatic differentiability of such functions. The quality of the resulting optimal management decisions depends on the optimization package used.

Изобретение может быть применено к различным трубопроводным системам энергетики при использовании соответствующей терминологии.The invention can be applied to various energy pipeline systems using appropriate terminology.

Предполагаемое изобретение может быть использовано при разработке ИУС с использованием системы моделирования и оптимизации на основе нейронных сетей, которые позволят интеллектуализировать управление потоками газа в КТС с автоматизацией процесса принятия решения о выборе параметров работы системы в режиме реального времени, обеспечив поставки продукта потребителям и оптимальное решение с приемлемой точностью.The proposed invention can be used in the development of an integrated control system using a modeling and optimization system based on neural networks, which will make it possible to intellectualize the control of gas flows in the CTS with automation of the decision-making process on the selection of system operating parameters in real time, ensuring delivery of the product to consumers and the optimal solution with acceptable accuracy.

Предполагаемое изобретение способствует повышению энергоэффективности трубопроводной системы.The proposed invention improves the energy efficiency of the pipeline system.

Способ может быть использован при планировании режимов трубопроводных систем с использованием нелинейных критериев (критерий минимума энергетических или стоимостных затрат топливно-энергетических ресурсов на нужды транспорта и т.д.)The method can be used when planning the modes of pipeline systems using nonlinear criteria (criterion for the minimum energy or cost of fuel and energy resources for transport needs, etc.)

Способ отличается быстрым и эффективным решением задачи оптимизации за счет использования дифференцируемости нейронных сетей.The method is characterized by a fast and efficient solution to the optimization problem by using the differentiability of neural networks.

Изобретение позволяет сбалансировать систему и подобрать оптимальный режим работы, согласно выбранному критерию оптимизации.The invention allows you to balance the system and select the optimal operating mode, according to the selected optimization criterion.

Claims (1)

Способ оптимального управления крупномасштабными трубопроводными системами (КТС) энергетики с применением технологии искусственного интеллекта, включающий создание и оснащение информационно-управляющей системы (ИУС) оборудованием, обеспечивающим дистанционный контроль за заданными параметрами процессов транспортировки, и дистанционное управление режимами работы трубопроводной системы, моделируя в режиме реального времени процесс транспорта продукта, сбор замеренных данных с оборудования ИУС, выполнение многовариантных расчетов режимов работы КТС энергетики, управление расчетами в режиме реального времени, осуществляя выбор режима работы, формирование и передачу управляющих команд на ИУС диспетчерского управления для изменения режима работы, систему моделирования с программно-аппаратным комплексом, входящую в состав ИУС, осуществление измерения заданных параметров посредством измерительных устройств, расположенных с возможностью их измерения и передачи, осуществление передачи данных измерений в режиме реального времени с возможностью их визуального контроля диспетчерским персоналом и с возможностью многовариантных прогнозных расчетов в системе моделирования, осуществление в системе моделирования в режиме реального времени многовариантных расчетов с возможностью выбора режима работы трубопроводной системы энергетики с учетом технологических ограничений работы объектов системы, отличающийся тем, что ИУС с системой моделирования формируют на основе нейросетевой модели трубопроводной системы, являющейся объединением нейросетевых моделей её подсистем, представляющих собой дифференцируемые функции, снабжают автоматизированной системой управления технологическим процессом и ИУС диспетчерского управления, создают базу данных для системы моделирования с заданными значениями параметров в виде предельных значений контролируемых режимно-технологических параметров, данные измерений поступают в автоматизированную систему управления технологическим процессом, в которой достоверную информацию о данных измерения из автоматизированной системы диспетчерского управления передают в систему моделирования, который в режиме реального времени осуществляет оптимизационные расчеты с использованием полученной достоверной информации о данных измерения посредством математической модели, которая определяет режим работы с учетом заданного критерия управления трубопроводной системой, позволяет с высокой степенью детализации и точности определять изменение режима работы КТС большой размерности, в том числе распределения потоков, давлений и температур транспортируемого продукта, параметров производственных мощностей, вследствие изменения управлений или внешних условий, позволяет для КТС большой размерности определять оптимальные управляющие воздействия, обеспечивающие минимизацию (максимизацию) заданного критерия при обеспечении необходимых поставок потребителям и выполнении технологических ограничений, в том числе по давлениям, объёмам и температурам транспортируемого продукта, а также параметрам производственных мощностей.A method for optimal control of large-scale pipeline systems (LPS) in the energy sector using artificial intelligence technology, including the creation and equipping of an information management system (IMS) with equipment that provides remote control over the specified parameters of transportation processes, and remote control of the operating modes of the pipeline system, simulating in real mode time process of product transport, collection of measured data from the ICS equipment, performing multivariate calculations of operating modes of power engineering equipment, managing calculations in real time, selecting the operating mode, generating and transmitting control commands to the dispatch control ICS to change the operating mode, modeling system with software - a hardware complex included in the IMS, measuring specified parameters using measuring devices located with the ability to measure and transmit them, transmitting measurement data in real time with the possibility of their visual control by dispatch personnel and with the possibility of multivariate forecast calculations in the modeling system, implementation in the modeling system in real time of multivariate calculations with the ability to select the operating mode of the energy pipeline system, taking into account the technological limitations of the operation of system objects, characterized in that the IMS with the modeling system is formed on the basis of a neural network model of the pipeline system, which is a combination of neural network models of its subsystems representing are differentiated functions, supply an automated process control system and a supervisory control system, create a database for a modeling system with specified parameter values in the form of limit values of controlled operating and technological parameters, measurement data enters an automated process control system, in which reliable information about measurement data from the automated dispatch control system is transferred to the modeling system, which in real time carries out optimization calculations using the received reliable information about the measurement data through a mathematical model that determines the operating mode taking into account the specified control criterion of the pipeline system, allows for a high degree of detail and accurately determine changes in the operating mode of large-dimensional CTS, including the distribution of flows, pressures and temperatures of the transported product, production capacity parameters, due to changes in controls or external conditions, allows for large-dimensional CTS to determine optimal control actions that ensure minimization (maximization) of a given criterion at ensuring the necessary supplies to consumers and meeting technological restrictions, including pressure, volume and temperature of the transported product, as well as production capacity parameters.
RU2023134093A 2023-12-20 Method for optimal control of large-scale pipeline systems of power engineering using artificial intelligence technology RU2820047C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2820047C1 true RU2820047C1 (en) 2024-05-28

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007116343A (en) * 2006-05-05 2008-11-10 Газ Де Франс (Fr) METHOD FOR AUTOMATIC OPTIMIZATION OF WORK OF NATURAL GAS TRANSPORTATION SYSTEM
RU2798646C1 (en) * 2022-05-17 2023-06-23 Открытое акционерное общество "Севернефтегазпром" Method for control of gas production in a multilayer field and a system for its implementation

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2007116343A (en) * 2006-05-05 2008-11-10 Газ Де Франс (Fr) METHOD FOR AUTOMATIC OPTIMIZATION OF WORK OF NATURAL GAS TRANSPORTATION SYSTEM
RU2798646C1 (en) * 2022-05-17 2023-06-23 Открытое акционерное общество "Севернефтегазпром" Method for control of gas production in a multilayer field and a system for its implementation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Arsene et al. Decision support system for water distribution systems based on neural networks and graphs theory for leakage detection
CN113129164B (en) Calculation method of natural gas flow pressure scheduling decision index of natural gas pipe network
CN110287509B (en) Flexible analysis and structural defect diagnosis and positioning method and system for urban heat supply network
WO2019237316A1 (en) Knowledge-transfer-based modeling method for blast furnace coal gas scheduling system
Mehta et al. Design of optimal water distribution systems using WaterGEMS: a case study of Surat city
Okeya et al. Online modelling of water distribution system using data assimilation
Moradzadeh et al. A secure federated deep learning-based approach for heating load demand forecasting in building environment
Pascual et al. Operational predictive optimal control of Barcelona water transport network
CN111626003B (en) Heating system heat load layered prediction method, storage medium and prediction equipment
Kofinas et al. Daily multivariate forecasting of water demand in a touristic island with the use of artificial neural network and adaptive neuro-fuzzy inference system
CN112862065A (en) Power grid branch parameter identification method based on multitask graph neural network
CN112113146A (en) Synchronous self-adaptive check method for roughness coefficient and node water demand of water supply pipe network pipeline
CN115062534A (en) Method and device for calculating gas supply reliability of natural gas pipeline system
RU2820047C1 (en) Method for optimal control of large-scale pipeline systems of power engineering using artificial intelligence technology
CN117574662A (en) Detection method and system for fluid pipe network
Zheng et al. Digital twin modeling for district heating network based on hydraulic resistance identification and heat load prediction
CN113505492A (en) Scheduling method of cross-basin water transfer project based on digital twin technology
CN117034808A (en) Natural gas pipe network pressure estimation method based on graph attention network
Zhe et al. Water distribution network modeling based on NARX
CN113959071B (en) Centralized water chilling unit air conditioning system operation control optimization method based on machine learning assistance
Arsene et al. Decision support system for water distribution systems based on neural networks and graphs
Liu et al. Wiener model of pressure management for water distribution network
Ramsami et al. Neural network frameworks for electricity forecasting in mauritius and rodrigues Islands
Mollaiy Berneti A hybrid approach based on the combination of adaptive neuro-fuzzy inference system and imperialist competitive algorithm: oil flow rate of the wells prediction case study
Petrova Monitoring the Gas Balance in the Regional Gas Transmission Network Using Intelligent Methods