Спосіб оптимізації роботи кількох компресорних агрегатів і пристрій для його здійснення

1. Спосіб керування компресорною установкою (1), що містить принаймні два окремо під'єднуваних і/або від'єднуваних компресорних агрегати (і=1, ..., N), кілька пристроїв для зміни робочої потужності компресорних агрегатів (і=1, ..., N) і керуючий пристрій (10), який відрізняється тим, що при попередньому встановленні нового заданого значення чи при зміні поточного стану компресорної установки (1) за допомогою оптимізаційного обчислення із поточної перемикальної конфігурації (Si,t-1) компресорних агрегатів (і=1, ..., N) вираховують оптимальну з точки зору загального енергоспоживання (EG) компресорної установки (1) нову перемикальну конфігурацію (Si,t), а також тим, що нову перемикальну конфігурацію (Si,t) автоматично встановлюють через керуючий пристрій (10). 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що прогнози за допомогою оптимізаційного обчислення визначають для принаймні одного, переважно для кількох майбутніх моментів часу (t). 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що оцінюють специфічні для компресорних агрегатів набори даних і/або специфічні для компресорних агрегатів характеристики (20) і для окремих компресорних агрегатів (і=1, ..., N) визначають робочі точки (22), які залежать від попередньо заданих чи змінених значень масопотоку (m) і питомої роботи подачі (у), причому робочі точки (22) встановлюють таким чином, що досягають оптимального загального енергоспоживання (EG) компресорної установки (1). 2 (19) 1 3 88045 4 - бібліотеку (26) моделей усієї компресорної установки (1), і/або - поточну питому роботу подачі (уi,t-1) окремих компресорних агрегатів (і=1, ..., N), і/або - поточну питому роботу подачі (уi,t-1) компресорної установки (1), і/або - поточний масопотік (mi,t-1) через окремий компресорний агрегат (i=1, ..., N), зокрема через окремий компресор, і/або - поточний масопотік (mg,t-1) через компресорну установку (1), і/або - поточну перемикальну конфігурацію (Si,t-1), і/або - тиск всмоктування (рg,E) на вході (Е) компресорної установки (1), і/або - тиск всмоктування (рi,E) на вході окремого компресорного агрегату, і/або - кінцевий тиск (рg,А) на виході (А) компресорної установки (1), і/або - кінцевий тиск (рі,А) на виході окремого компресорного агрегату (i=1, ..., N), і/або - температуру (Тg,А) на виході (А) компресорної установки (1), і/або - температуру (Тg,Е) на вході (Е) компресорної установки (1), і/або - температуру (Ті,А) на виході окремого компресорного агрегату (i=1, ..., N), і/або - температуру (Ті,E) на вході окремого компресорного агрегату (i=1, ..., N), і/або - поточні значення частот обертання роторів компресорних агрегатів. 13. Спосіб за одним із пп. 1-12, при якому шляхом оптимізаційного обчислення за принципом модельно-прогнозного регулювання за допомогою прогнозних обчислень мінімізують загальну потребу в енергії, очікувану у майбутній момент часу (t). 14. Спосіб за одним із пп. 1-13, який відрізняється тим, що при оптимізаційному обчисленні враховують енергію (ES), споживану в процесі перемикання. 15. Спосіб за п. 14, який відрізняється тим, що енергію (ES), споживану в процесі перемикання, вираховують із наборів даних і/або із характеристик (20) компресорних агрегатів (i=1, ..., N). 16. Спосіб за одним із пп. 1-15, який відрізняється тим, що питому роботу (уg) подачі компресорної установки (1) для регулювального циклу (R) приймають сталою, зокрема у разі паралельного з'єднання компресорних агрегатів (і=1, ..., N). 17. Спосіб за одним із пп. 1-15, який відрізняється тим, що масопотік (mg) компресорної установки (1) для регулювального циклу (R) приймають ста лим, зокрема у разі послідовного з'єднання компресорних агрегатів (і=1, ..., N). 18. Спосіб за одним із пп. 1-17, при якому активний компресорний агрегат (Si=1) експлуатують принаймні з мінімальним попередньо задаваним або попередньо заданим потоком (mi min). 19. Спосіб за одним із пп. 1-18, при якому оптимізаційне обчислення здійснюють за допомогою алгоритму "гілок і границь" (Branch-and-Bound). 20. Спосіб за п. 19, при якому граничне значення (G) для алгоритму "гілок і границь" визначають шляхом вирішення спрощеної задачі за допомогою послідовно-квадратичного програмування. 21. Спосіб за одним із пп. 1-20, при якому в ході оптимізаційного обчислення за допомогою динамічного програмування вирішують часткову задачу, зокрема при послідовному з'єднанні. 22. Керуючий пристрій (10) для керування компресорною установкою (1), що містить принаймні два окремо під’єднуваних і/або від'єднуваних компресорних агрегати (і=1, ..., N), кілька пристроїв для зміни робочої потужності компресорних агрегатів (і=1, ..., N) і керуючий пристрій (10), який відрізняється тим, що він містить оптимізаційний модуль (11), виконаний зі здатністю шляхом оптимізаційного обчислення за новими заданими значеннями або за зміною поточного стану компресорної установки із поточного перемикального стану (Si,t-1) компресорних агрегатів (i=1, ..., N) вираховувати оптимальну з точки зору загального енергоспоживання (EG) нову перемикальну конфігурацію (Si,t), і виконавчий модуль (S), виконаний зі здатністю автоматичного встановлення нової перемикальної конфігурації (Si,t). 23. Керуючий пристрій (10) за п. 22, який відрізняється тим, що оптимізаційний модуль (11) розміщений у просторі на відстані від керуючого пристрою (10), зокрема на відстані кількох кілометрів. 24. Керуючий пристрій (10) за одним із пп. 22-23, який відрізняється тим, що оптимізаційний модуль (11) виконаний зі здатністю враховування енергоспоживання (ES) процесу перемикання. 25. Керуючий пристрій (10) за одним із пп. 22-24, який відрізняється тим, що оптимізаційний модуль (11) виконаний зі здатністю виконання оптимізаційного обчислення для кількох керуючих пристроїв кількох компресорних станцій. 26. Придатний для машинного зчитування носій даних, що містить записаний у ньому комп'ютерний програмний продукт з програмним забезпеченням для здійснення способу за одним із пунктів 1-21. Винахід стосується способу керування компресорною установкою, що містить принаймні два окремо під'єднуваних і/або від'єднуваних компресорних агрегати, кілька пристроїв для зміни робочої потужності компресорних агрегатів і керуючий пристрій. Крім того, винахід стосується керуючого пристрою для керування компресорною установкою, яка містить принаймні два окремо під'єднуваних і/або від'єднуваних компресорних агрегати і кілька пристроїв для зміни робочої потужності компресорних агрегатів. Компресорні установки, наприклад, газокомпресорні установки для транспортування і/або накопичення природного газу, є суттєвим обладнанням у смислі національного і міжнародного забезпечення енергією. Газотранспортна система складається із великої кількості компресорних установок, кожна з яких може складатися із кількох компресорних агрегатів. Задачею компресорних 5 агрегатів є надання транспортованому матеріалові достатньої механічної енергії для компенсації втрат на тертя і забезпечення необхідного робочого тиску. Компресорні агрегати часто мають дуже різні приводи і робочі колеса, оскільки вони можуть бути розраховані, наприклад для основного навантаження чи для пікового навантаження. Компресорний агрегат містить принаймні один привід і принаймні один компресор. Автоматизація установки має велике значення зокрема для забезпечення оптимального з точки зору витрат режиму роботи. Здатність системи автоматизації керувати процесом і здійснювати оптимізацію режиму роботи компресорної установки під час експлуатації надає вирішальні економічні переваги. Часто компресори компресорної установки приводяться у дію турбінами, які покривають свою потребу у пальному безпосередньо із газотранспортної труби. Альтернативно компресори можуть приводитися в дію електричними двигунами. Оптимальна з точки зору витрат експлуатація означає мінімізацію споживання енергії турбінами чи електродвигунами при заданих потужності компресора, продуктивності і/або об'ємному потоці. Корисний робочий діапазон компресорів обмежується негативними проявами внутрішніх потокових процесів. Цим визначаються експлуатаційні межі, наприклад, температурні обмеження, перевищення локальної швидкості звуку (компресійний удар), циркуляційне зривання потоку на лопатному колесі або межа помпажу. Першою задачею системи автоматизації компресорної установки є реалізація вказаного центральним диспетчерським пунктом заданого значення, яким може бути на вибір кількість газу, що проходить через станцію чи кінцевий тиск на виході, як дійсного значення. При цьому не можуть бути перевищені попередньо задані граничні значення тиску всмоктування на вході, кінцевого тиску на виході і кінцевої температури на виході установки. Із публікації WO 03/036096 А1 відомий спосіб оптимізації експлуатації кількох компресорних агрегатів компресорної станції для природного газу. Згідно з цим способом після запуску другого чи наступного компресорного агрегату частоти обертання роторів працюючих компресорних агрегатів підтримують у попередньо визначеному і записаному жорсткому співвідношенні відносно записаних для кожного компресорного агрегату даних характеристик. Для реалізації першого етапу зменшення енергоспоживання після запуску додаткового компресорного агрегату частоти обертання роторів усіх працюючих агрегатів змінюють шляхом пропорційного регулювання продуктивності доти, поки не будуть закриті клапани захисту від помпажу газокомпресорної станції. Лише після цього робочі точки компресорних агрегатів на сімействах характеристик виводять, наскільки можливо, на криву максимального коефіцієнта корисної дії. Із публікації ЕР 0 769 624 В1 відомий спосіб вирівнювання навантаження між кількома компресорами і керування робочою потужністю компре 88045 6 сорів з метою підтримання попередньо заданого співвідношення між усіма компресорами, коли робочі точки усіх компресорів віддалені від межі помпажу далі, ніж задане у специфікації значення. Із публікації ЕР 0 576 238 В1 відомий спосіб і пристрій для розподілу навантаження. Один компресор, призначений ведучим, формується сигнал регулювання, використовуваний для решти компресорів як опорна величина. Описані вище способи не можуть забезпечити задовільного зниження енергоспоживання усієї компресорної установки. В основі винаходу лежить задача розробки способу і пристрою для подальшої оптимізації енергоспоживання при експлуатації кількох компресорних агрегатів компресорної установки. Згідно з винаходом ця задача вирішена тим, що при попередньому встановленні заданого значення чи зміні поточного стану компресорної установки за допомогою оптимізаційного обчислення із поточної перемикальної конфігурації компресорних агрегатів з точки зору оптимального загального споживання енергії вираховують нову перемикальну конфігурації, а також тим, що нову перемикальну конфігурації автоматично встановлюють за допомогою керуючого пристрою. Перевагою винаходу є те, що оптимізація режимів роботи усіх компресорних агрегатів, наявних у компресорній установці чи готових до експлуатації, може бути здійснена незалежно від їх експлуатаційного чи перемикального стану. Зокрема результатом відповідної винаходові оптимізації є - на противагу відомим системам керування компресорними установками - автоматичне під'єднання досі не задіяного компресорного агрегату або повне від'єднання працюючого компресорного агрегату. При цьому "автоматично" означає зокрема "online", тобто "автоматично" може означати, наприклад, що зміна перемикальної конфігурації здійснюється без ручного втручання обслуговуючого персоналу компресорної установки, переважно у реальному часі. "Реальний час" означає, що результат обчислень гарантовано отримується протягом певного інтервалу часу, тобто досягається до закінчення певного інтервалу часу. При цьому оптимізаційне обчислення може бути здійснене на окремому пристрої обробки даних, який автоматично передає вирахувані дані на керуючий пристрій. Винахід виходить із відомої послідовної концепції, яка передбачає, що після запуску додаткового агрегату спочатку слід добитися закривання клапанів захисту від помпажу, а після цього оптимізувати робочі точки компресорних агрегатів з точки зору їх коефіцієнтів корисної дії. Згідно з винаходом переважно під час кожного оптимізаційного обчислення розглядається уся компресорна установка і вираховується перемикальна конфігурація компресорної установки, тобто враховується перемикальний стан окремих компресорних агрегатів. Закривання усіх клапанів захисту від помпажу може бути забезпечене встановленням мінімального потоку газу через компресорні агрегати при оптимізації. Також перший запуск компресорної установки може бути 7 здійснений уже зі сприятливою перемикальною конфігурацією, оптимізованою з точки зору загальної потреби в енергії. Під - переважно електрично змінюваною - перемикальною конфігурацією компресорної установки мають на увазі певну кількість перемикальних станів окремих компресорних агрегатів. Перемикальна конфігурація представляється перемикальними станами "0" (вимкнено) і "1" (увімкнено), які записуються, наприклад, бітами у цілочисленній змінній. Під процесом перемикання розуміють перехід із одного, переважно електричного, перемикального стану в інший. За допомогою оптимізаційного обчислення визначають прогноз для принаймні одного, переважно для кількох майбутніх моментів часу. Оскільки спосіб допускає прогнози до певного моменту часу, є можливість використати знання про нормальне функціонування станції, тобто звичайне навантаження, для мінімізації частоти перемикання компресорних агрегатів. Згідно з винаходом специфічні для компресорних агрегатів набори даних і/або специфічні для компресорних агрегатів характеристики оцінюють і для окремих компресорних агрегатів визначають робочі точки, які залежать від попередньо заданих чи змінених значень масопотоку і питомої роботи з транспортування газу, причому робочі точки встановлюють таким чином, що досягається оптимізація загального енергоспоживання компресорної установки. У переважній формі виконання винаходу набори даних і/або характеристики задаються як функція від масопотоку і питомої роботи подачі окремих компресорних агрегатів. У переважній формі виконання винаходу при здійсненні оптимізаційного обчислення додатково до перемикальної конфігурації вираховують і у разі потреби змінюють розподіл навантаження між компресорними агрегатами, тобто співвідношення між частотами обертання роторів. Суттєва перевага полягає у тому, що додаткові обмеження для оптимізації, наприклад, межа помпажу, можуть бути враховані уже при обчисленні оптимальних з точки зору коефіцієнта корисної дії заданих значень частот обертання роторів окремих компресорних агрегатів. У доцільній формі виконання винаходу оптимізаційне обчислення здійснюють під час регулювального циклу, запуск якого здійснюється переважно автоматично. Як вихідні параметри оптимізаційного обчислення у кожному регулювальному циклі формуються і передаються на керуючий пристрій задані значення частот обертання роторів і/або нова перемикальна конфігурація. У доцільній формі виконання винаходу на час тривалості регулювального циклу, який зокрема кратний тривалості часу циклу блоку регулювання керуючого пристрою, задані значення частот обертання роторів і/або перемикальну конфігурацію підтримують сталими. У спеціальній формі виконання винаходу задані значення частот обертання роторів масшта 88045 8 бують за допомогою спільного коефіцієнта і використовують як задане значення для регулятора компресорного агрегату. Подальше підвищення ефективності експлуатації установки досягнуте тим, що у разі зміни перемикальної конфігурації за допомогою керуючого пристрою ще до закінчення поточного регулювального циклу ініціюють фазу розігрівання досі не задіяного компресорного агрегату для пізнішого залучення його до експлуатації. У спеціальній формі виконання винаходу по закінченні фази розігрівання керуючий пристрій повідомляє про готовність компресорного агрегату до прийняття навантаження у наступному регулювальному циклі. Коли частота обертання ротора підготовлюваного до запуску компресорного агрегату достатньо висока і фаза розігрівання турбіни закінчилася, формується сигнал готовності до прийняття навантаження. Це означає, що компресорний агрегат бере участь у розподілі навантаження і оптимізаційним обчисленням врахований для найоптимальнішого розподілу навантаження між компресорними агрегатами, що перебувають у експлуатації. У наступній переважній формі виконання винаходу як вхідні параметри для оптимізаційного обчислення використовують: - модель окремого компресорного агрегату і/або - бібліотеку моделей усієї компресорної установки і/або - поточну питому роботу подачі окремих компресорних агрегатів і/або - поточну питому роботу подачі компресорної установки і/або - поточний масопотік через окремий компресорний агрегат, зокрема через окремий компресор і/або - поточний масопотік через компресорну установку і/або - поточну перемикальну конфігурацію і/або - тиск всмоктування на вході компресорної установки і/або - тиск всмоктування на вході окремого компресорного агрегату і/або - кінцевий тиск на виході компресорної установки і/або - кінцевий тиск на виході окремого компресорного агрегату і/або - температуру на виході компресорної установки і/або - температуру на вході компресорної установки і/або - температуру на виході окремого компресорного агрегату і/або - температуру на вході окремого компресорного агрегату і/або - поточні значення частот обертання роторів компресорних агрегатів. У доцільній формі виконання шляхом оптимізаційного обчислення за принципом модельнопрогнозного регулювання за допомогою прогнозних обчислень мінімізують загальну потребу в енергії, очікувану у майбутній момент часу (t). 9 У наступній переважній формі виконання при здійсненні оптимізаційного обчислення враховують витрату енергії на процес перемикання. Енергоспоживання на процес перемикання обчислюють із наборів даних і/або із характеристик компресорних агрегатів. Знання внеску енергоспоживання на процес перемикання уможливлює здійснення точного визначення мінімального загального енергоспоживання компресорної установки. У переважній формі виконання винаходу питому роботу подачі компресорної установки для регулювального циклу приймають сталою, зокрема у разі паралельного з'єднання компресорних агрегатів. У альтернативній формі виконання винаходу масопотік компресорної установки для регулювального циклу приймають сталим, зокрема у разі послідовного з'єднання компресорних агрегатів. У доцільній формі виконання винаходу активний компресорний агрегат експлуатують принаймні з мінімальним попередньо задаваним або попередньо заданим потоком. У переважній формі виконання винаходу оптимізаційне обчислення здійснюють за допомогою алгоритму "гілок і границь" (Branch-and-Bound). У наступній переважній формі виконання винаходу граничне значення для алгоритму "гілок і границь" визначають шляхом вирішення спрощеної задачі за допомогою послідовно-квадратичного програмування. Подальше підвищення ефективності способу обчислення досягають тим, що в ході оптимізаційного обчислення за допомогою динамічного програмування вирішують часткову задачу, зокрема при послідовному з'єднанні. Стосовно пристрою задача вирішена у вказаному вище керуючому пристрої, що містить оптимізаційний модуль, виконаний зі здатністю шляхом оптимізаційного обчислення за новими заданими значеннями або за зміною поточного стану компресорної установки із поточного перемикального стану компресорних агрегатів вираховувати оптимальну з точки зору загального енергоспоживання нову перемикальну конфігурацію, і виконавчий модуль , виконаний зі здатністю автоматичного встановлення нової перемикальної конфігурації. Оптимізаційний модуль для оптимізації енергоспоживання призначений зокрема для того, щоб у комбінації з керуючим пристроєм і/або центральним диспетчерським пунктом попередньо задане загальне навантаження таким чином розподілити між окремими компресорними агрегатами, щоб задані значення дотримувалися при якомога нижчому споживанні енергії, тобто з максимальним загальним коефіцієнтом корисної дії. Для цього здійснюється як прийняття рішення про те, які компресорні агрегати мають бути активними і які неактивними, так і встановлення вкладу кожного активного агрегату у загальну потужність, тобто попереднє встановлення розподілу навантаження. У спеціальній формі виконання винаходу оптимізаційний модуль розміщений у просторі на відстані від керуючого пристрою, зокрема на відстані кількох кілометрів. 88045 10 У доцільній формі виконання винаходу оптимізаційний модуль виконаний зі здатністю враховування енергоспоживання процесу перемикання. У іншій формі виконання винаходу оптимізаційний модуль виконаний зі здатністю виконання оптимізаційного обчислення для кількох керуючих пристроїв кількох компресорних станцій. Винахід стосується також комп'ютерного програмного продукту, що містить програмне забезпечення для здійснення способу за одним із пунктів 1-21. За допомогою придатних для машинного зчитування програмних кодів на носії даних пристрої для обробки даних можуть бути вигідно переобладнані у оптимізаційний модуль. Нижче винахід докладніше пояснюється з використанням прикладу виконання, представленого на ілюстраціях. На них схематично зображено: - Фіг.1. Блок-схема способу оптимізації експлуатації компресорної установки, - Фіг.2. Характеристика компресорного агрегату, - Фіг.3. Керуючий пристрій для керування компресорною установкою, - Фіг.4. Схема послідовності виконання стадій способу. Поведінка кожного окремого компресорного агрегату 3, 4, 5 моделюється характеристикою 20 (параметричною поверхнею). Характеристика 20 описує його коефіцієнт корисної дії і частоту обертання ротора як функцію робочої точки 22. Робоча точка 22 описується за допомогою змінної стану т, яка описує масопотік через компресорний агрегат, і питомої роботи подачі, що визначається формулою 1: y= 2 k -1 é ù c 2 - cE k + g × ( z A - zE ) (1) RTE Z ê(p A / pE ) k - 1ú + A k -1 2 ê ú ë û де R означає питому газову сталу, k означає ізоентропний показник степеню, Z означає реальний газовий фактор, сЕ, сА означають швидкість на вході і виході компресорного агрегату, zA, zЕ означають різницю висот, рЕ означає тиск всмоктування, рА означає кінцевий тиск ТЕ означає вхідну температуру. Характеристики 20 не надаються закритою формулою. Шляхом вимірювання отримують криві 21 характеристики подачі і криві 23 коефіцієнтів корисної дії. При сталій частоті обертання ротора визначають залежність роботи подачі і коефіцієнта корисної дії hі, від об'ємного потоку Vі або масопотоку m в опорних точках. Для моделювання поведінки компресорного агрегату 3, 4, 5 слід додатково задати експлуатаційні обмеження, як, наприклад, межу 36 помпажу 36, зумовлену настанням певних потокових явищ у компресорі, у залежності від частоти обертання. Із цих опорних точок і відповідних значень для різних частот обертання за допомогою придатного методу, такого як, наприклад кусково-поліномна інтерполяція або базова поліномна криволінійна інтерполяція, будують характеристики 20 як функцію 11 88045 масопотоку mi, і питомої роботи подачі уi та область їх визначення. У разі послідовно з'єднаних компресорних агрегатів 3, 4, 5 сумарну робота подачі оптимально з точки зору енергії розподіляють між окремими компресорними агрегатами 3З, 4, 5, причому масопотік через компресори приймають сталим. Для формулювання проблеми мінімізації, зокрема при послідовному з'єднанні, дійсне рівняння 2; N & y i,tmg,t + d å (Si,t - Si,t -1)2 (2) min = å å Si,t & hi (mg,t , y i,t ) t ³ 0 i =1 t >0 Для застосування математичного програмування рівняння 3 розглядають як рівняння додаткової умови: - Послідовне з'єднання полягає у тому, що сума питомих робіт подачі компресорів у кожен момент часу має дорівнювати роботі подачі станції: N & & y g,t = å yi,t , Si,t ymin(mg,t ) £ yi,t £ Si,t ymax (mg,t ) (3) i,t i,t i=1 При паралельному з'єднання компресорів загальний потік слід розділити між окремими компресорними агрегатами 3, 4, 5, причому питома робота подачі компресорної установки для оптимізаційного циклу R вважається заданою. Для формулювання проблеми мінімізації, зокрема при послідовному з'єднанні дійсне рівняння 4: N & y g,tmi,t min = å å Si,t + d å (Si,t - Si,t -1)2 (4) & hi (mi,t , y g,t ) t ³ 0 i =1 t >0 Для застосування математичного програмування рівняння 5 розглядають як рівняння додаткової умови: - У разі паралельного з'єднання сума окремих потоків у кожен момент часу повинна дорівнювати загальному потоку: N & & & i,t & & i,t mg,t = å mi,t , Si,tmmin ( yg,t ) £ mi,t £ Si,tmmax ( yg,t ) (5) i=1 Оскільки має бути мінімізоване загальне споживання енергії, проблема мінімізації виражається як сума споживаної енергії усіх компресорних агрегатів 3, 4, 5. Наступна складова адитивно пов'язана з проблемою мінімізації, яка представляє цільову функцію. Вона враховує витрати на перемикання, тобто енергоспоживання процесу перемикання. При заданому тискові ps всмоктування, кінцевому тискові рЕ, температурі Т і масопотоку m із характеристик може бути вирахуване енергоспоживання для процесу перемикання компресорного агрегату 3, 4, 5. При оптимізації цільової функції витримуються такі додаткові умови нерівності: - Для того, щоб не перетнути межу помпажу, активний компресорний агрегат повинен підтримувати мінімальний потік, зокрема мінімальний масопотік mi,tmin. Цей мінімальний потік залежить від миттьового значення роботи подачі компресорної установки. Так само масопотік повинен бути меншим від максимально припустимого значення mi,tmax. - Цілком аналогічно до масопотоку у разі послідовного з'єднання компресорів мають бути до 12 тримані верхня і нижня межі питомої роботи подачі уi,tmax, уi,tmax. Керування компресорною установкою з паралельно і послідовно з'єднаними агрегатами реалізується уніфіковано і не потребує цілком відмінних формулювань проблеми мінімізації. Рішення витікає безпосередньо із математичного формулювання як проблема оптимізації. На Фіг.1 представлена блок-схема способу оптимізації експлуатації компресорної установки. Компресорна установка дуже схематично представлена трьома компресорними агрегатами 3, 4 і 5. Для них прийнята схема паралельного з'єднання. Керування і регулювання компресорних агрегатів 3, 4 і 5 здійснюється через керуючий пристрій 10. Керуючий пристрій 10 містить блок 12 регулювання, перший регулятор 13 компресорного агрегату, другий регулятор 14 компресорного агрегату і третій регулятор 15 компресорного агрегату. Оптимізаційний модуль 11 має двоспрямований зв'язок з керуючим пристроєм 10. За допомогою оптимізаційного модуля 11 вирішується задача нелінійної змішано-цілочисленної оптимізації. Математичне формулювання задачі оптимізації втілене у оптимізаційному модулі 11. Із застосуванням рівняння 4 з кількістю компресорних агрегатів N=3 і рядом вхідних величин 33 оптимізаційний модуль 11 формує для блоку 12 регулювання вихідні величини 32, оптимізовані з точки зору оптимального загального енергоспоживання. Вхідні величини 33 отримуються із бібліотеки 26 моделей, за допомогою моделі 24а, 24b, 24с для кожного компресорного агрегату 3, 4, 5 а також як експлуатаційні параметри компресорної установки. Як дійсні значення 30 і задані значення 31 блок 12 регулювання керуючого пристрою 10 отримує такі параметри окремих компресорних агрегатів 3, 4, 5: - поточна температура Тg,A на виході компресорної установки, - поточна температура Тg,Е на вході компресорної установки, - поточний кінцевий тиск рg,А на виході компресорної установки, - поточний тиск всмоктування pg,E на вході компресорної установки, - поточний об'ємний потік Vi для і=1...3 з температурами Тi,Е і Тi,А на вході і на виході відповідного компресорного агрегату, - поточний тиск рi,E, рі,А. Задані значення або граничні значення 31 для блока 12 регулювання керуючого пристрою 10 складаються із максимальної температури Тg,A,max, тиску pg,A(Soll) і об'ємного потоку Vg(Soll) на виході компресорної установки, а також максимального значення тиску pg,E(mах) всмоктування чи кінцевого тиску pg,А(mах) компресорної установки. Вхідні величини 33 для оптимізаційного модуля 11 доповнюються дійсними значеннями 30 як експлуатаційними параметрами і рівнянням (1). У оптимізаційному модулі 11 вираховується мінімальне загальне енергоспоживання. Для паралельно з'єднаних компресорних агрегатів 3, 4 і 5 задача мінімізації вирішується за допомогою алгоритму "гілок і границь" (Branch-and-Bound) [L.A. 13 Wolsey, "Integer programming", John Wiley & Sons, New York, 1998], при якому здійснюють перебирання дискретних змінних у двійковому дереві. Для уникнення необхідності оцінки усіх гілок пошукового дерева визначають нижню границю G для мінімуму шляхом вирішення спрощеної проблеми з використанням послідовно-квадратичного програмування [P. E. Gill, W. Murray, М. Н. Wright, "Practical Optimization", Academic Press, London, 1995]. Крім того, у оптимізаційному модулі 11 реалізовані спеціальні класи проблем і узгоджені формулювання проблем, а також ефективні алгоритми, описані у таких публікаціях: Т. Jenicek, J. Kralik, "Optimized Control of Generalized Compressor Station"; S. Wright, M. Somani, C. Ditzel, "Compressor Station Optimization", Pipeline Simulation Interest Group, Denver, Colorado, 1998; K. Ehrhardt, M. С Steinbach, "Nonlinear Optimization in Gas Networks", ZIB-Report 03-46, Berlin, 2003 і R. G. Carter, "Compressor Station Optimization: Computational Accuracy and Speed", 1996. Виходячи із безперервного режиму роботи компресорної установки, робочі точки 22 на характеристиках 20 (див. Фіг.2) компресорних агрегатів 3, 4 і 5 утримуються у їх оптимальному діапазоні. При зміні об'ємного потоку Vg(soll) компресорної установки за допомогою оптимізаційного обчислення у оптимізаційному модулі 11 із поточної перемикальної конфігурації Si,t-1 компресорних агрегатів 3, 4 і 5 вираховують нову перемикальну комбінацію Si,t, оптимізовану з точки зору загального енергоспоживання компресорної установки. Результатом зменшення об'ємного потоку Vg(soll) компресорної установки на половину є оптимізаційне обчислення, яке формує нову перемикальну конфігурацію: компресорний агрегат 5 виводиться із експлуатації шляхом формування команди S5,t=0. Оскільки встановлений об'ємний потік компресорної установки тепер може бути забезпечений двома із трьох компресорних агрегатів, компресорний агрегат 5 вимкнений. Компресорні агрегати 3 і 4, що перебувають у експлуатації, безперервно працюють доти, доки зміна об'ємного потоку чи відхилення від заданих значень знову не викличуть потреби у оптимізаційному обчисленні з наступною зміною перемикальної конфігурації. Безперервний режим роботи означає, що компресорні агрегати, які перебувають у експлуатації, працюють з оптимальним розподілом навантаження і з оптимізованим встановленням їх робочих точок на характеристиках 20. Таким чином, вихідні величини 32 поряд із поточними перемикальними станами компресорних агрегатів містять також попередньо задані значення li частот обертання роторів для окремих компресорних агрегатів 3, 4 і 5. Підпорядкованим станційним регулятором 12, який працює з коротшим циклом, ніж оптимізаційний модуль 11, задані значення li частот обертання роторів перед подачею на регулятори компресорних агрегатів масштабуються спільним коефіцієнтом а для введення заданих значень. Оптимізаційне обчислення здійснюється у оптимізаційному модулі 11 з регулювальним циклом R із 88045 14 автоматичним запуском. Таким чином, при оптимізаційному обчисленні циклічно поряд із обчисленням можливої перемикальної конфігурації Si,t циклічно вираховується також розподіл навантаження між компресорними агрегатами, тобто оптимальні з точки зору коефіцієнта корисної дії задані значення А, частот обертання роторів для окремих компресорних агрегатів 3, 4 і 5. Для тривалості регулювального циклу R задані значення li частот обертання роторів і перемикальна конфігурація Si,t1 підтримуються сталими. При подвоєнні об'ємного потоку Vg(soll) усієї установки внаслідок зміни навантаження у наступному регулювальному циклі R здійснюється обчислення нової перемикальної конфігурації Si,t, нового розподілу навантаження і нового положення оптимальних з точки зору коефіцієнта корисної дії робочих точок 22. Тепер у новій перемикальній конфігурації задіяні усі три компресорні агрегати. Оскільки результат оптимізаційного обчислення відомий ще до закінчення регулювального циклу, для третього компресорного агрегату 5, що має бути введений у дію, ініціюється фаза розігрівання. По закінченні регулювального циклу R нові значення для керуючого пристрою 10 і зокрема для регуляторів 13, 14, 15 компресорних агрегатів уже готові. Тепер попередньо підготовлений у фазі розігрівання компресорний агрегат 5 може бути без паузи під'єднаний у наступному регулювальному циклі R і знову встановлюється оптимальне загальне енергоспоживання для забезпечення потрібного об¢ємного потоку Vg(soll). На Фіг.2 зображена характеристика компресорного агрегату 3. На ній представлені залежні від частоти обертання криві 21 характеристики подачі і криві 23 коефіцієнта корисної дії компресора у залежності від відкладеного на осі х об'ємного потоку \/3,Е на вході компресора і відкладеної на осі у питомої роботи подачі у3 компресора (V=m/d, d= густина). Додатково нанесена межа 36 помпажу. Оптимальні з точки зору коефіцієнта корисної дії робочі точки 22 лежать поблизу межі 36 помпажу на кривій 23 з високим значенням коефіцієнта корисної дії h3,max. Для способу, описаного за допомогою Фіг.1, криві характеристики 20 задані у вигляді математичної функції від масопотоку (або об'ємного потоку) і питомої роботи подачі окремих компресорних агрегатів. Математичне формулювання характеристик 20 як обчислювальна функція є складовою оптимізаційного модуля 11 і, відповідно, оптимізаційного обчислення. На Фіг.3 зображений керуючий пристрій 10 для керування компресорною установкою 1. Оптимальні задані значення lі, частот обертання роторів і нова перемикальна конфігурація Sі,t, визначені оптимізаційним модулем 11, за допомогою керуючого пристрою 10 через виконавчий модуль S передаються на компресорні агрегати 3, 4 і 5. Як регульовану величину для блока 12 регулювання керуючого пристрою 10 використовують той параметр із групи, що включає потік, тиск всмоктування, кінцевий тиск і кінцева температура, який має найменше позитивне відхилення від заданого значення. Блок регулювання видає на ви 15 ході підготовані оптимізаційним модулем 11 задані значення для окремих регуляторів 13, 14, 15 компресорних агрегатів. На Фіг.4 представлена схема послідовності виконання стадій 40, 42, 44 і 46 способу. Починаючи із першої стадії 40 способу, процес оптимізації циклічно повторюється. За допомогою другої стадії 42 способу визначається поточний стан компресорної станції 1. Для цього використовують такі параметри: дійсні значення 30, задані значення 31, граничні значення і крайові умови 37 і моделі 24а, 24b, 24с із бібліотеки 26 моделей. Додатково відповідно до винаходу визначають поточний перемикальний стан Si,t-1 компресорної установки 1. Третя стадія 44 способу представляє етап прийняття рішення. Тут приймають рішення стосовно того, чи здійснювати оптимізаційне обчислення 46 88045 16 на четвертій стадії способу чи припинити цикл (48). На основі наявних дійсних значень 30 і заданих значень 31 може бути прийняте рішення про те, чи слід здійснювати оптимізаційне обчислення. У разі, коли на третій стадії приймається рішення ТАК, цикл продовжується у четвертій стадії 46 способу. У четвертій стадії 46 способу вирішується змішано-цілочисленна задача оптимізації. Вхідними величинами для четвертої стадії 46 знову є дійсні значення 30, задані значення 31, граничні значення і крайові умови 37 і моделі 24а, 24b, 24с із бібліотеки 26 моделей. Як результат четвертої стадії 46 формуються задані значення li, частот обертання роторів і нова перемикальна конфігурація Si,t,. Цикл закінчено (48). Шляхом автоматичного запуску починається новий цикл зі стадії 40. 17 88045 18 19 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 88045 Підписне 20 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601