OPTYMALNE STEROWANIE SIECIĄ

OPTYMALNE STEROWANIE SIECIĄ
Celem algorytmu optymalnego sterowania siecią gazową jest minimalizacja kosztów zużycia
paliwa przez agregaty sprężające gaz w określonym przedziale czasowym. Jest to
zdecydowanie najtrudniejsze zadanie do rozwiązania i dlatego też powinno być ostatnim
etapem na drodze budowania oprogramowania użytkowego.
Funkcja celu w tym przypadku jest postaci:
S 
  p ( t)  β − 1   
 

J = ∫  ∑ k ⋅ M ( t) ⋅   T  − 1   ⋅ dt
  pS ( t) 
 

t0  s= 1

  s
 
tk
gdzie:
t0 ,tk - czas początkowy i końcowy przedziałuoptymalizacji
S
- liczba jednocześnie pracujących maszyn
β = (γ-1)/γ,
γ = Cp / Cv
Cp - ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu,
Cv - ciepło właściwe przy stałej objętości.
M
- masowy przepływ przez tłocznię.
Problemy
optymalnego
sterowania
jako
bardzo
skomplikowane
obliczeniowo
i czasochłonne, rozwiązuje się poprzez dekompozycję i koordynację. Czasami, stosuje się
również
metody
programowania
kwadratowego.
W
I-szym
przypadku
system
optymalizowany jest dekomponowany na podsystemy w których dokonuje się optymalizacji
lokalnej a następnie stosując metody koordynacji wyznaczane jest globalne optimum tzn.
parametry optymalne dla całego systemu, w zadanym przedziale czasowym. W II-gim
przypadku nieliniowa funkcja celu jest aproksymowana funkcjami przedziałami
kwadratowymi, co znacznie upraszcza zadanie. Podobnie jak w przypadku optymalizacji
statycznej występujące tutaj ograniczenia dzieli się na równościowe, nierównościowe i
nieliniowe. Ograniczenia równościowe to równanie stanu utworzone w oparciu o równania
nieustalonego przepływu gazu w rurociągu. Oznacza to, że posiadanie algorytmu symulacji
dynamicznej znacznie ułatwi opracowanie algorytmu optymalizacji dynamicznej.
Według danych British Gas, koszty paliwa sprężarek pracujących w systemie
przesyłowym Wielkiej Brytanii wynoszą rocznie ponad 40 mln. funtów co stanowi 80 %
całkowitych kosztów energii zużywanej przez B.Gas. Dane American Gas Association
mówią, że koszty pracy sprężarek stanowią do 50% kosztów eksploatacji przeciętnego
przedsiębiorstwa transportu gazu. To wyjaśnia celowość stosowania algorytmów
optymalizacji.
Oddzielną grupę stanowią algorytmy optymalnego projektowania sieci - podstawowe
narzędzie projektanta. Służą one najczęściej w przypadku znanych struktur sieci, do
określania odpowiednich średnic rurociągów w taki sposób aby zminimalizować pewną
funkcję celu charakteryzującą koszty budowy i eksploatacji sieci. W procesie poszukiwania
wartości minimalnych wskaźnika jakości pamiętać należy o ograniczeniach których
spełnienie gwarantuje odpowiednią jakość eksploatacji sieci. Inny wariant algorytmu
optymalnego projektowania sieci to wybór miejsc instalowania elementów typu zawór,
stacja redukcyjna, tłocznia, z punktu widzenia minimalizacji strat energii zawartej w
transportowanym strumieniu gazu.