Система диспетчерского планирования, контроля и управления газотранспортной системой (ГТС)

1. Система диспетчерского управления ГТС

Российский государственный университет нефти и газа
(национальный исследовательский университет) имени И.М. Губкина
Система диспетчерского управления ГТС
д.т.н., С.А.Сарданашвили
заведующий кафедрой П и ЭГНП
г. Москва – 11.02.2016 г.

2.

Состав технологических систем газоснабжения ЕСГ
Газодобывающие
комплексы
Газотранспортная
система
Скважинное
оборудование
Трубопроводные
системы
Трубопроводные
системы
Крановые
системы
Крановые
системы
Компрессорные
станции (КС)
Дожимные
компрессорные
станции (ДКС)
Другое
оборудование
Установки
предварительной
и комплексной
подготовки газа
(УКПГ)
Системы
подземного
хранения газа
Газораспределительные
системы
Трубопроводные
системы
Крановые
системы
ГРС

3.

Основные уровни управления систем газоснабжения ЕСГ

4.

Основные уровни диспетчерского управления систем
газоснабжения ЕСГ

5.

Структурные подразделения ЦПДД ПАО «Газпром»
ЦПДД ПАО «Газпром»
Диспетчерско-технологическое
управление
Оперативно-диспетчерское
управление
Управление балансов и поставок
газа
Технологический отдел
Отдел оптимизации режимов
Отдел системного анализа
поставок газа
Сектор технологических схем и
инженерной графики
Отдел по оперативному
управлению объектами добычи
и ПХГ
Отдел анализа, сопровождения
и защиты оперативнодиспетчерской информации
Смена №1
Смена №2
Отдел планирования поставок
газа
Отдел оперативного учета
Смена №3
Смена №4
Отдел балансов газа

6.

Информационное взаимодействие с ИУС
Департамент маркетинга,
переработки газа и
жидких углеводородов
(ИУС ПРУВ)
ООО «Газпром
экспорт»
(ИУС П Экспорт)
ГТО (ИУС П
Транспорт)
Финансово-экономический
департамент (ОБД НСИ,
КХД на базе КПЭ)
ЦПДД ПАО «Газпром» (М АСДУ ЕСГ)
ГДО (ИУС П
Добыча)
ООО «Газпром ПХГ»
(ИУС П ПХГ)
ООО «Газпром»
межрегионгаз»
(ЕИТП)
ООО «Газпром
переработка»
(ИУС П Переработка)

7.

Основные функции диспетчерского управления
Среднесрочное (трехлетнее, годовое)
Планирование
Оперативное
управление
Краткосрочное (квартал, месяц, сутки)
Оценка технической возможности доступа
независимых производителей и поставщиков газа
Оперативное управление штатными режимами
работы ГТС
Оперативное управление ГТС в аварийных и
нештатных ситуациях
Формирование фактических балансов газа
Диспетчерский
контроль
Контроль сроков выполнения ремонтных работ
Контроль и анализ поставок газа потребителям
Контроль основных плановых показателей
работы ЕСГ
Вспомогательные
бизнес-процессы
Ведение НСИ
Сопровождение карт и схем
Организация диспетчерского взаимодействия и
внедрение, эксплуатация и развитие АСДУ

8.

Основные задачи диспетчерского управления
обеспечение
наибольшего
оптимального
запаса
газа
в
системе
газоснабжения, соответствующего текущим задачам режима газоснабжения
(газопотребления);
обеспечение выполнения контрактных и договорных обязательств по
поставам газа потребителям;
обеспечение баланса поступления и распределения газа;
создание режимов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию объектов
газоснабжения;
обеспечение оптимальных режимов работы объектов добычи, транспорта и
хранения газа;
обеспечение условий для проведения ТОиР на
газоснабжения.
объектах системы

9.

Основные задачи диспетчерского управления
обеспечение
наибольшего
оптимального
запаса
газа
в
системе
газоснабжения, соответствующего текущим задачам режима газоснабжения
(газопотребления);
обеспечение выполнения контрактных и договорных обязательств по
поставам газа потребителям;
обеспечение баланса поступления и распределения газа;
создание режимов, обеспечивающих безопасную эксплуатацию объектов
газоснабжения;
обеспечение оптимальных режимов работы объектов добычи, транспорта и
хранения газа;
обеспечение условий для проведения ТОиР на
газоснабжения.
объектах системы

10.

Общая бизнес-модель диспетчерского управления

11.

Диаграмма подпроцесса среднесрочного (трехлетнего)
планирования

12.

Диаграмма подпроцесса среднесрочного (годового)
планирования

13.

Диаграмма
подпроцесса
разработки
целевых
ориентиров для
эксплуатирующих
обществ с
разбивкой по
кварталам

14.

Диаграмма подпроцесса квартального планирования с
разбивкой по месяцам

15.

Диаграмма подпроцесса
месячного планирования с
разбивкой по подсистемам
ЕСГ и режимов работы
оборудования

16.

Общая схема непрерывного оперативного
диспетчерского управления
Адаптивное управление
Поддержка управленческих
решений
Формирование
управления
Формирование
стратегии
управления
Реализация
управления
Функциональное моделирование
Модели
объекта
Интерпретация
информации
Анализ
информации
Интеллектуальный анализ
данных
Обработка
данных
Объект
управления

17.

Диаграмма подпроцесса
анализа фактических
режимов объектов и
подсистем ЕСГ
Анализ
фактических
режимов работы
объектов и
подсистем ЕСГ
Подготовлены
диспетчерские
задания для ЭО

18.

Диаграмма подпроцесса
анализа фактических
режимов объектов и
подсистем в зоне
ответственности ЭО
Анализ
фактических
режимов работы
объектов ЕСГ в зоне
ответственности ЭО
Выполнен анализ
диспетчерского
задания ЦПДД

19.

Диаграмма подпроцесса
оперативного управления
штатными режимами работы
систем газоснабжения
Анализ
фактических
режимов работы
объектов и
подсистем ЕСГ
Анализ
фактических
режимов работы
объектов ЕСГ в зоне
ответственности ЭО
Расчет и
формирование
управляющих
воздействий
Оперативный
контроль
реализации
диспетчерских
заданий

20.

Диаграмма подпроцесса
расчета и формирования
управляющих воздействий
Расчет и
формирование
управляющих
воздействий
Изменено состояние
технологического
оборудования ЕСГ

21.

Диаграмма подпроцесса
оперативного контроля
режимов работы объектов
и подсистем ЕСГ
Оперативный
контроль
реализации
диспетчерских
заданий
Обеспечена поставка
газа потребителям в
соответствии с
диспетчерскими
заданиями

22.

Диаграмма
подпроцесса
оперативного
управления
системами
газоснабжения
при аварийных и
нештатных
ситуациях

23.

Общая схема непрерывного оперативного
диспетчерского управления
Адаптивное управление
Поддержка управленческих
решений
Формирование
управления
Формирование
стратегии
управления
Реализация
управления
Функциональное моделирование
Модели
объекта
Интерпретация
информации
Анализ
информации
Интеллектуальный анализ
данных
Обработка
данных
Объект
управления

24.

Реализация прикладных режимно-технологических задач
СППДР, которые решаются на основе on-line данных
Система поддержки принятия диспетчерских
решений
Оперативное
планирование
on-line
режимов ГТС
Контроль
соответствия
параметров
режимов ГТС
диспетчерским
заданиям
On-line моделирование
вывода оборудования
в плановопредупредительный
(аварийный) ремонт.
Включение оборудования
в режим ГТС после ремонта
Краткосрочный прогноз
газопотребления и поставок газа в ГТС
Расчет параметров
состояния ГТС
(балансы и запас
газа,
ресурсные,
энергетические,
стоимостные
затраты)
Оперативный
прогноз
режимов ГТС
(что будет если…
произойдут те или
иные события или
реализованы
управления)
Численное математическое моделирование стационарных и штатных, нештатных (аварийных) нестационарных режимов
Система сбора
on-line данных
(дискретность
≤ 10 мин)
Фильтрация
случайных,
систематических
аномальных
погрешностей
замеров
Автоматический
выбор расчетной
модели
Оценка
непрерывной
динамики
замеряемых
параметров для
моделирования
нестационарных
режимов
Проверка
адекватности
расчетных
режимов ГТС
фактическим
on-line
режимам.
Анализ
возможных
факторов
неадекватно
сти модели
Адаптация
моделей
режимов ГТС
фактическим
on-line
режимам

25.

Категории неопределенности данных
Неточность on-line данных
Неточность самих
моделей расчетных
объектов и системы
в целом
Наличие человека в
контуре управления
Нечеткость
формализации
процесса принятия
решений в
многоуровневых
иерархических
системах
ВИДЫ
НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
Применение точечных
численных режимноэнергетических ограничений
Неточность паспортных
параметров расчетных
объектов
Неточность параметров
фактического состояния
расчетных объектов

26.

Стохастическая природа замеров on-line данных
Основные проблемы решения задачи адаптации моделей к замеряемым параметрам режима
1. Замеряемые параметры режима, получаемые СДКУ, представляют собой стохастические временные ряды p j ,
каждый из которых можно представить как сумму детерминированной pˆ j и хаотической j составляющей (невязкой).
При этом обычно хаотическую компоненту трактуют как случайный шум
где t j – момент времени j-го замера (j=1,...,n).
Однако существует и иной подход, в рамках которого компонента j трактуется как детерминированный
динамический хаос.
Оценка детерминированной компоненты pˆ j может быть получена различными методами, в частности в результате
регрессионного сглаживания временного ряда p j ; а также в результате численного моделирования процесса.
Невязка j может иметь следующие компоненты:

27.

Основные компоненты замеряемых данных
где
c .c . – случайный шум;
c .п . - систематическая погрешность, обусловленная многими факторами, в частности систематической
погрешностью замерных датчиков, погрешностью самой математической модели режима, применяемыми численными
методами;
к .з . - составляющая, обусловленная взаимной корреляцией замеряемых параметров, снятых в разных узлах
технологической системы. Например, корреляция замеров давления в начале и в конце трубопровода, на входе и выходе
НПС и так далее. В общем случае все замеряемые технологические параметры системы коррелированы между собой
технологическим процессом;
в .ф. – погрешность, зависящая от выбора сглаживающей функции или расчетной модели.
Предметом классического статистического анализа является случайная компонента c .c . .
Оценка и анализ остальных компонент невязок j (рассогласований) замеров p j и расчетных параметров
моделируемого режима требует применения иных методов факторного (ситуационного) анализа.

28.

Состав задач, направленных на повышение достоверности
on-line данных и адекватности результатов моделирования
режимов ГТС
1.
Фильтрация случайных и систематических погрешностей замеров параметров
газового потока, полученных системами телеизмерений посредством
регрессионного сглаживания временных рядов замеров.
2.
Фильтрация аномальных значений замеренных данных.
3.
Адаптация моделей к фактическим режимам, посредством идентификации
корректирующих параметров.
4.
Контроль адекватности моделей стационарным и нестационарным фактическим
режимам.
5.
Ситуационный анализ возможных факторов неадекватности модели.
6.
Автоматический выбор расчетной модели.
7.
Контроль фактических показателей режима, оценка состояния ГТС, агрегированных
показателей ее эффективности и необходимости проведения профилактических
работ.
8.
Оперативное прогнозирование поведения системы в штатных и нештатных
режимах.
9.
Планирование режимов (в том числе переходных), обеспечивающих выполнение
диспетчерских заданий ЦПДД.

29.

Процедура статистической обработки on-line данных
В соответствии с одним из требований СТО Газпром 8-005-2013
СППДР должны базироваться на автоматизированных процессах первичной обработки
диспетчерской информации.
Требование вызвано тем, что временные ряды замеряемых параметров, поступающих из АСУ ТП в
АСДУ, характеризуются следующими особенностями:
дискретность и фрагментарность on-line данных, получаемых в отдельные моменты времени со
значительными временными интервалами;
наличие случайных и систематических погрешностей;
наличие аномальных замеров, вызванных различными факторами, в том числе сбоями в каналах
передачи, человеческим фактором и др.;
возможное отсутствие замеров параметров на определённых временных промежутках и так
далее.

30.

Основные этапы фильтрации on-line данных на примере МГ СЕГ
Формирование временных рядов замеряемых параметров давления и расхода на
входе и выходе МГ СЕГ

31.

Основные этапы фильтрации on-line данных на примере МГ СЕГ
Построение доверительных интервалов замеров и результаты моделирования с
использованием адаптированной стационарной модели МГ

32.

Основные этапы фильтрации on-line данных на примере МГ СЕГ
Фильтрация случайных и систематических погрешностей замеров
регрессионным сглаживанием

33.

Основные этапы фильтрации on-line данных на примере МГ СЕГ
Результаты моделирования с применением нестационарной модели

34.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ