Метод визначення оптимальних конфігурацій вузлів обліку газу та пунктів вимірювання витрат газу в умовах невизначеності

Abstract

The authors propose a new method for determining the configuration of natural gas metering nodes and gas flow measurement points, which takes into account, in addition to traditional approaches to the solution of this problem based on data on the technical and metrological characteristics of measuring instruments, also the criterion of the total cost of measuring devices under conditions of uncertainty. The measuring devices considered in the article are variable pressure differential flow meters, turbine gas meters, and ultrasonic flow meters, which are most often used in the construction, repair, or reconstruction of gas metering units and gas flow measurement points. The problem of selecting the optimal configuration of a natural gas metering unit is formulated, provided that the parameters in the optimization problem, which are caused by measurement errors, are treated as fuzzy numbers of the (L-R)-type. It is shown that the initial problem is transformed into an integer programming problem in which the constraint coefficients determining the unaccounted losses depend on the parameters of the triangular membership function, which is approximated by a Gaussian function. The problem of determining the optimal number of measuring devices for natural gas metering units or gas flow measurement points, which is formulated in this work, is solved using software in the MatLab environment. The effectiveness of the developed optimization problem software was tested on a specific example of choosing the optimal configuration of the metering node based on the criterion of minimal financial costs for equipping the metering node with natural gas metering devices for one of the gas distribution stations. A comparative analysis of two variants of the optimization problem was carried out: in a deterministic formulation and taking into account the fuzziness of the coefficients, which are caused by the measurement errors, within the limitation caused by unaccounted losses To verify the operation of the proposed method and the developed software, the initial data was used, which takes into account the real operating conditions of gas metering units and gas flow measurement points. The use of the proposed method will reduce the costs of construction, repair or reconstruction of gas metering units and gas flow measurement points.

Запропоновано новий метод визначення конфігурації вузлів обліку природного газу та пунктів вимірювання витрат газу, який враховує, окрім традиційних підходів до розв’язку цієї задачі на основі даних про технічні та метрологічні характеристики засобів вимірювань, також критерій сумарної вартості вимірювальних пристроїв в умовах невизначеності. Як вимірювальні прилади в статті розглядаються витратоміри змінного перепаду тиску, турбінні лічильники газу та ультразвукові витратоміри, які найчастіше застосовуються під час спорудження, ремонту або реконструкції вузлів обліку газу та пунктів вимірювання витрати газу. Сформульовано задачу вибору оптимальної конфігурації вузла обліку природного газу за умови, що параметри в оптимізаційній задачі, які зумовлені похибками вимірювань, трактуються як нечіткі числа -типу. Показано, що початкова задача трансформується в задачу цілочислового програмування, у якій коефіцієнти обмеження для визначення необлікованих втрат, залежать від параметрів трикутної функції належності, що апроксимована гаусовою функцією. Задачу визначення оптимальної кількості вимірювальних приладів для вузлів обліку природного газу або пунктів вимірювання витрат газу, сформульованої в цій роботі, розв’язано за використання програмного середовища MatLab. Ефективність розробленого програмного забезпечення оптимізаційної задачі перевірено на конкретному прикладі вибору оптимальної конфігурації вузла обліку за критерієм мінімальних фінансових затрат на оснащення вузла обліку пристроями обліку природного газу для однієї з газорозподільних станцій. Здійснено порівняльний аналіз двох варіантів оптимізаційної задачі: у детермінованій постановці і з урахуванням нечіткості коефіцієнтів, спричиненої похибками вимірювань, в обмеженні, зумовленому необлікованими втратами. Для перевірки роботи запропонованого методу і розробленого програмного забезпечення використано вихідні дані, що враховують реальні умови експлуатації вузлів обліку газу та пунктів вимірювання витрати газу. Використання запропонованого методу дозволить знизити витрати на спорудження, ремонт або реконструкцію вузлів обліку газу та пунктів вимірювання витрати газу.