CC BY
42
Оригинальная статья / Original article УДК 519.673:658.264
DOI: http://dx.d0i.0rg/l 0.21285/2227-2917-2018-4-139-161
КОМПЛЕКСНОЕ РАЗВИТИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ АНАЛИЗА И РАЗРАБОТКИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ РЕЖИМОВ ИНЖЕНЕРНЫХ СИСТЕМ ТЕПЛО- И ВОДОСНАБЖЕНИЯ
© Н.Н. Новицкий3, А.В. Алексеевь, В.В. Токаревc
Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН 664033, Российская Федерация, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130
РЕЗЮМЕ: Выявление процессов, поддающихся автоматизации при разработке эксплуатационных режимов ИСТВ и реализация соответствующих инструментов в составе информационно-вычислительных комплексов семейства «АНГАРА». Для анализа эксплуатационных режимов важное значение имеют графические методы интерпретации результатов расчетов, выявления неод-нородностей и нарушений технологических требований. Разработан и реализован программно-вычислительный инструментарий для анализа параметров эксплуатационных режимов инженерных систем состоящий из средств: анализа исходной информации, расчета значений режимных параметров и анализа результатов расчета. Различные инструменты позволяют визуализировать распределения значений выбранных параметров на графическом плане города, выделять узкие места, строить графики распределения давлений и характеристик объектов инженерных систем. Разработанные информационно-вычислительные комплексы предназначены для автоматизации рабочих мест инженеров группы режимов на эксплуатационных предприятиях, при проведении проектных работ, при разработке и обосновании схем развития городских систем тепло- и водоснабжения. Средства анализа и графической визуализации, реализованные в них, значительно сокращают сроки анализа, разработки и обоснования эксплуатационных режимов. Комплексы были апробированы на реальных системах тепло- и водоснабжения городов Российской Федерации - Иркутск, Ангарск, Братск, Байкальск, Петропавловск-Камчатский, а также за рубежом - в Грузии (Тбилиси) и Монголии (Улан-Батор, Дархан)
Ключевые слова: система централизованного теплоснабжения, система водоснабжения, эксплуатационный режим, гидравлический расчет, графический анализ, компьютерное моделирование, информационно-вычислительный комплекс
Благодарности: Исследование выполнено в рамках проекта IM.17.4.3 программы фундаментальных исследований СО РАН (АААА-А17-117030310437-4) при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Правительства Иркутской области в рамках научного проекта № 17-48-380021.
Информация о статье: Дата поступления 03 сентября 2018 г.; дата принятия к печати 05 октября 2018 г.; дата онлайн-размещения 21 декабря 2018 г.
Для цитирования: Новицкий Н.Н., Алексеев А.В., Токарев В.В. Комплексное развитие и применение информационных технологий для автоматизации процессов анализа и разработки эксплуатационных режимов инженерных систем тепло- и водоснабжения. Известия вузов. Инвестиции. Строительство. Недвижимость. 2018;8(4):139-161. DOI: 10.21285/2227-2917-2018-4-139-161
аНовицкий Николай Николаевич, доктор технических наук, главный научный сотрудник, зав. лабораторией, e-mail: pipenet@isem.irk.ru
Nikolay N. Novitskiy, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researche, Head of the Laboratory, e-mail: pipenet@isem.irk.ru
ьАлексеев Александр Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail: alexeev@isem.irk.ru
Aleksandr V. Alekseev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, e-mail: alexeev@isem.irk.ru
сТокарев Вячеслав Вадимович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, e-mail:
tslava@isem.irk.ru
Vyacheslav V. Tokarev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, e-mail: tslava@isem.irk.ru
COMPLEX DEVELOPMENT AND APPLICATION OF INFORMATION TECHNOLOGIES FOR AUTOMATING THE ANALYSIS AND DEVELOPMENT OF OPERATIONAL MODES OF HEAT AND WATER SUPPLY SYSTEMS
Nikolay N. Novitskiy, Aleksandr V. Alekseev, Vyacheslav V. Tokarev
Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences 130 Lermontov St., Irkutsk 664033, Russian Federation
ABSTRACT: This paper is aimed at identifying processes amenable to automation in the development of the operating regimes of heat and water supply engineering systems and at implementing the respective tools in the ANGARA data computing systems. Graphical methods of interpreting calculation results, identifying heterogeneities and discovering violations of technological requirements are important in the analysis of operating conditions.Software and computing tools for analysing the parameters of the operating modes of engineering systems was developed and implemented. The soft ware involves analysis of initial information, calculation of values of operational parameters and analysis of calculation results. Various tools make it possible to visualise the distribution of values of selected parameters on the graphical plan of the city, highlight weaknesses, create pressure distribution graphics and define characteristics of engineering systems objects. The developed information and computing complexes are intended to automate the workplaces of engineers of the mode group at operational enterprises, when carrying out design work and developing and justifying development schemes for urban heat and water supply systems. Analysis and graphical visualisation tools, implemented in these complexes, significantly reduces the time needed for analysis, development and justification of operating conditions. The complexes were tested on real heat and water supply systems in the Russian cities of Irkutsk, Angarsk, Bratsk, Baikalsk, Petropavlovsk-Kamchatskyas well as in Georgia (Tbilisi) and Mongolia (Ulan Bator, Darkhan).
Keywords: system of central heat supply, system of water supply, operating mode, hydraulic calculation, graphical analysis, computer modeling, information and computing complex
Acknowledgements: The study was carried out under project NI.17.4.3 programs of basic research of SB RAS (AAA-A17-117030310437-4) with the financial support of the Russian Foundation for basic research and the government of Irkutsk region in the framework of scientific project № 17-48-380021.
Information about the article: Received September 03, 2018; accepted for publication October 05, 2018; available online December 21, 2018.
For citation: Novitskiy N.N., Alekseev A.V., Tokarev V.V. Complex development and application of information technologies for automating the analysis and development of operational modes of heat and water supply systems. Izvestiya vuzov. Investitsii. Stroitel'stvo. Nedvizhimost' = Proceedings of Universities. Investment. Construction. Real estate. 2018;8(4):139-161. (In Russ.) DOI: 10.21285/2227-2917-2018-4-139-161.
Введение
Современные системы тепло- и водоснабжения крупных городов и населенных пунктов представляют собой масштабные инженерные сооружения, играющие важную социально-экономическую роль обеспечения тепловой энергией и водой промышленности, населения, объектов общественного и социально-бытового назначения. Эффективность, надежность и качество их функционирования находится в прямой зависимости от грамотной организации режимов работы систем тепло- и водоснабжения. Задачи такой организации отличаются существенной сложностью вследствие их
большой размерности, неопределенности и противоречивости информации об их фактическом состоянии, постоянными изменениями структуры параметров и спроса во времени. В современных условиях эффективное решение этих задач становится невозможным без применения вычислительной техники и развитых специализированных информационных технологий.
Задачи анализа, разработки и обоснования режимов работы инженерных систем тепло- и водоснабжения (ИСТВ) возникают на разных этапах жизненного цикла этих систем. При проектировании и разработке схем
развития ИСТВ [1-3] расчеты проводятся с целью:
1) анализа пропускной способности существующей системы на перспективные нагрузки;
2) проверки допустимости работы ИСТВ в непроектных режимах (поверочные расчеты);
3) анализа и обоснования надежности снабжения потребителей после реализации проектных вариантов ИСТВ.
Для планирования режимов на предстоящий отопительный сезон, разработки и обоснования мероприятий по наладке [4, 5] при эксплуатации ИСТВ расчеты осуществляются в целях:
1) анализа допустимости и рациональности существующих режимов;
2) выявления причин имеющихся нарушений, «узких мест системы»;
3) разработки рациональных схем зонирования системы;
4) разработки графиков работы насосных станций, резервуаров и других сооружений;
5) определения рациональных мест установки регуляторов давления, определения их «уставок»;
6) определения возможностей сети для подключения новых потребителей;
7) анализа последствий возможных аварий и разработки диспетчерских графиков их ликвидации;
8) анализа резервов пропускной способности сетей и др.
При диспетчерском управлении [6-9] расчеты режимов применяются для обоснования и проверки решений по управлению, например, в период устранения последствий аварий или ремонтно-восстановительных работ.
Развитие математических моделей и методов расчета стационарных и нестационарных (динамических), гидравлических и теплогидравлических режимов ИСТВ имеет многолетнюю историю [10-14]. В зависимости от типа систем уравнений (алгебраических,
неявных, дифференциальных и др.), описывающих режим, различают модели с сосредоточенными, переменными (регулируемыми) и распределенными параметрами [1]. При моделировании достаточно часто используются различные приемы декомпозиции [4, 15], а также упрощения и понижения размерности привлекаемых моделей на уровне упрощения расчетных схем. Такие способы ориентированы на специальные свойства: задач проектирования, реконструкции [16, 17 и др.], оперативного управления [6, 18 и др.]; привлекаемых моделей стационарных [6, 16-18] или динамических [8, 9, 19, 20 и др.] режимов, целей моделирования. Базовыми методами анализа являются общие методы расчета установившегося потокораспределе-ния: метод давлений [1, 21, 22], метод контурных расходов [1, 22], метод глобального градиента [23] и др. Последние работы в этом направлении посвящены вопросам моделирования и организации режимов сложных многоконтурных трубопроводных систем [17, 24-26].
Современный рынок программного обеспечения для компьютерного моделирования ИСТВ достаточно разветвлен, что свидетельствует о его востребованности на практике. Здесь можно выделить как российские, так и зарубежные разработки: ИВК «АНГАРА» (http://51.isem.irk.ru/angara/ , Россия, г. Иркутск) [27-30], ZuluThermo (Россия, г. Санкт-Петербург, http://www.politerm.com), Potok (Россия, г. Москва, http://www.potok.ru, http://citycom.ru/); EPANET (США) [3134], TERMIS (Дания) [35], Bentley (США) [36] и др. [37-43]. Однако большинство из имеющихся программных комплексов автоматизируют типовые (традиционные) расчеты, имеют узкую специализацию по сферам применения (проектирование, эксплуатация, диспетчерское управление), как правило, закрыты по функциям и данным (не приспособлены для решения новых
задач, требующих специальной информации). Поэтому многие научные школы наряду с имеющимися профессиональными программными продуктами ведут разработку собственных программ для моделирования тепловых сетей [40-43]. Программное обеспечение (как и концепции его разработки и наполнения) для моделирования и управления интеллектуальными тепловыми сетями отсутствует.
В рамках сформулированного в ИСЭМ СО РАН и развиваемого на протяжении нескольких десятилетий научного направления - теории гидравлических цепей (ТГЦ) [1, 2, 44], накоплен уникальный опыт создания методического и программного обеспечения для решения задач расчета и оптимизации трубопроводных систем различного типа и назначения [45-48], которое внедрено в десятках научно-исследовательских, проектных и эксплуатационных предприятий страны, а также за рубежом.
Процессы анализа, разработки и обоснования режимов требуют большого объема работ по подготовке и уточнению информации о схемах и параметрах ИСТВ и проведению многовариантных расчетов. Не меньшие трудности составляет этап анализа полученных результатов расчета, в особенности для больших ИСТВ, когда число параметров режима исчисляется многими сотнями тысяч, причем каждый из них необходимо проверить на допустимость по нескольким показателям.
В данной статье на фоне краткой характеристики задач, этапов и методов расчета и анализа режимов ИСТВ излагаются результаты развития информационно-вычислительных технологий для компьютерного моделирования ИСТВ, разработанных в ИСЭМ СО РАН на базе универсальной информационно-вычислительной среды (ИВС) «АНГАРА». При этом особое внимание уделяется не только традиционным проблемам автоматизации вычисли-
тельных процессов, но главным образом, автоматизации процессов анализа информации, результатов расчетов и собственно режимов работы ИСТВ. Эти вопросы, по мнению авторов, не имеют достаточного развития в имеющихся прикладных программно-вычислительных комплексах (ПВК), однако они имеют решающее значение для эффективности, надежности и оперативности процессов анализа и принятия решений по организации режимов на основе расчетов.
Этапы и особенности разработки режимов ИСТВ
Для систем теплоснабжения выделяются следующие виды эксплуатационных режимов:
1) основной (зимний) режим, рассчитанный на максимальные нагрузки отопления и вентиляции и среднюю нагрузку горячего водоснабжения (ГВС) с отбором сетевой воды на ГВС из обратной магистрали;
2) осенне-весенний режим, в котором отбор сетевой воды на ГВС осуществляется из подающей магистрали;
3) летний режим разрабатывается только на максимальную нагрузку ГВС;
4) аварийные режимы, которые имеют место при отключении элемента сети, вышедшего из строя в результате аварии и, как правило, разрабатываются при расчетных условиях, принятых для основного зимнего режима. Для систем водоснабжения режимы не различают по сезонному принципу, однако, расчётный режим разрабатывается с учетом суточных и недельных колебаний отборов воды, пиковых нагрузок и отборов воды на пожаротушение.
Процесс разработки режима можно разделить на следующие этапы:
1) анализ исходной информации;
2) анализ сложившегося режима и пропускной способности сети;
3) анализ нарушений в режимах;
4) разработка мероприятий по организации допустимого расчетного режима. На каждом из этапов требуются многовариантные расчеты, каждый из которых включает этап задания и анализа исходной информации, расчета режима и анализа результатов расчета.
При расчете эксплуатационных режимов систем централизованного теплоснабжения, как правило, применяют декомпозицию задачи на расчеты гидравлического и температурного режимов, которые осуществляются последовательно, а виды расчета можно разделить на наладочный и поверочный [4]. Для систем водоснабжения рассчитываются гидравлические режимы с фиксированными и нефиксированными нагрузками по аналогии с наладочным и поверочным расчетом тепловых сетей.
Основной целью проведения наладочного расчета является отыскание таких управлений, которые обеспечат пропуск заданных расходов воды через абонентские системы ИСТВ при соблюдении технологических ограничений на параметры теплоносителя -давления во всех узлах системы, напоры на вводах потребителей и скорости движения теплоносителя.
Для тепловых сетей важное значение имеет температурный режим для учета: остывания теплоносителя по пути транспортировки; дефицита тепловой энергии у потребителей; выбора мероприятий по компенсации тепловых потерь в сети (увеличением расхода теплоносителя или введением поправки к температурному графику). Результатом наладочного расчета тепловой сети является режим, в котором обеспечены заданные тепловые нагрузки всех потребителей и прочие ограничения, вытекающие из требований допустимых режимных условий работы оборудования. Ввод режима в допустимую область является сложной задачей и требует привлечения многовариантных или оптимизационных рас-
четов по технологическим и экономическим критериям. На практике не всегда удается создать допустимый и тем более оптимальный режим только за счет средств регулирования. В некоторых случаях может понадобиться реконструкция системы в целом или отдельных ее элементов.
Поверочные расчеты эксплуатационных режимов выполняются с целью определения отклонений параметров режима, включая степень обеспеченности потребителей, от требуемых значений в непроектных или нестандартных условиях. К нестандартным условиям можно отнести, например, аварийные режимы, возникновение нагрузки на пожаротушение в системах водоснабжения и др.
ИВС «АНГАРА», как универсальная технология анализа режимов ИСТВ
Начиная с 2000 г. в ИСЭМ СО РАН разработана и развивается информационно-вычислительная среда (ИВС) «АНГАРА» для моделирования трубопроводных систем различного типа и назначения. ИВС «АНГАРА» обеспечивает следующие основные возможности:
1) настройка информационного окружения пользователя на конкретный тип систем (конфигурирование структуры базы данных и ее наполнение);
2) настройка вычислительного окружения на конкретный тип задач (интеграция и управление программно-вычислительными блоками и комплексами);
3) применение этого окружения в рамках единого графического интерфейса пользователя для компьютерного моделирования ТПС, анализ информации и интерпретация результатов расчетов.
Результатом настройки ИВС являются конечные информационно-вычислительные комплексы (ИВК) для решения задач моделирования в заданной предметной области. Примене-
ние полученных ИВК освобождает пользователя от необходимости знания программирования, методов расчета и математического моделирования, позволяя решать содержательные инженерные задачи непосредственно на расчетных схемах, оперируя привычными понятиями и объектами. Таким образом, ИВС обеспечивает возможность создания и работы с компьютерной графической моделью реальной трубопроводной системы любого типа и назначения [29]. На ее базе с 2003 по 2018 гг. вышли несколько модификаций ИВК «АНГАРА-ТС», который представляет собой интеграцию ИВС и программно-вычислительного комплекса (ПВК) для расчета тепло-гидравлических режимов систем теплоснабжения, а также ИВК «АНГАРА-ВС» - интеграция ИВС и ПВК для расчета режимов систем водоснабжения.
ИВС обладает комплексом графических, информационных и аналитических функций, необходимых для создания, редактирования и анализа схем различных типов систем.
К графическим функциям относятся/ поддержка многослойного плана местности и возможность его конвертации из популярных геоинформационных систем и систем проектирования (CAD); поиск по адресному плану; гибкая настройка вида отображения элементов системы; поддержка и отображение нескольких различных типов сетей на едином плане; поддержка произвольной иерархии расчетных схем (иерархическая, параллельная, вложенная).
Информационные функции включают/
- отображение данных в различном виде (подписи на схеме, данные по элементу в таблице, данные по набору элементов);
- поддержка взаимосвязи элементов из разных типов схем; взаимодействие по данным с другими информационными системами предприятия (ERP, MES, SCADA, информационно-
измерительные, биллинговые системы и др.);
- гибкая настройка структуры базы данных (БД) в зависимости от типов систем и классов решаемых задач и требований пользователей: экспорт таблиц данных в приложения Microsoft Office; экспорт БД из MS SQL в MS Access и обратно;
- анализ, занесение и редактирование данных по произвольно выделенной на схеме группе элементов;
- автоматическое обновление структуры и диагностика версии БД; поиск элементов по значению любого из параметров.
Аналитические функции включают:
- выделение элементов сетей анимацией, цветом и/или размером пропорционально значениям тех или иных параметров узлов или связей;
- построение специальных графиков (пьезометрических, температурных и др.) в привычном для инженеров виде;
- применение элементов деловой графики (столбчатые, линейные, круговые диаграммы).
ИВС открыта по функциям (через механизм COM) и данным и настроена на работу с различными СУБД. Так, для локальных рабочих мест чаще используется СУБД MS Access, для сетевого многопользовательского режима работы - СУБД MS SQL SERVER, FireBird и др. Такая открытость позволяет пользователям самостоятельно разрабатывать подключать расчетные модули без участия разработчиков ИВС [49].
ПВК «АНГАРА-ТС» [50] обеспечивает решение следующих задач.
Расчетные задачи (одно- и многоуровневые):
- наладочный и поверочный расчеты гидравлического режима, температурного поля и теплогидравличе-ского режима работы тепловых сетей [1, 48];
- поиск мест секционирования
[8, 26];
- расчет и построение температурных графиков отпуска теплоты на источниках [51, 52];
- расчет параметров дросселирующих устройств на абонентских системах потребителей и в тепловой сети; расчет гидравлических и теплофизиче-ских параметров трубопроводов.
Аналитические задачи:
- построение пьезометрических графиков;
- определение нарушений режима по ограничениям на допустимые значения давлений, расходов, скоростей, температур и других параметров ИС, построение температурных графиков отпуска тепла от ИТ и ЦТП.
Среди основных характеристик ИВК «АНГАРА-ТС» необходимо выделить развитый пользовательский интерфейс, предельно упрощающий процессы занесения, отладки информации и проведения вычислений.
ИВК обладает следующими основными особенностями:
- возможностью решения режимных и наладочных задач для сетей произвольной конфигурации (разветвленных, многоконтурных) и структуры (с произвольным числом и размещением ИТ, НС, потребителей, регуляторов давления и расхода), с присоединением потребителей тепла, имеющих разнородные нагрузки;
- высоким быстродействием (в среднем 20-50 секунд для многоконтурных сетей, содержащих порядка 32000 ветвей расчетной схемы при расчете на компьютере с процессором Intel i5/3r^, причем время собственно счета без учета обмена с БД составляет 3-5 сек.;
- возможностью проведения одно- и многоуровневых расчетов при многоуровневой организации данных по ИС;
- возможностью решения задач большой размерности;
- повышенной надежностью за счет детального автоматизированного контроля корректности задания исходных данных и теоретически гарантированной сходимости вычислительного процесса, обеспечивающей получение решения с наперед заданной точностью;
- возможностью графической визуализации исходной информации и интерпретации результатов расчетов (автоматизированное построение, отображение, спецификация и вывод на печать пьезометрических и температурных графиков);
- графическим представлением расчетной схемы на фоне городской застройки, с возможностью изменения состояний элементов системы;
- автоматическим определением нарушений в расчетном режиме и их визуализация на схемах;
- возможностью работы со схемами и данными в компьютерной сети.
ПВК «АНГАРА-ВС» обеспечивает решение следующих задач [53-55]:
- расчет гидравлических режимов водопроводных сетей (ВС) произвольной конфигурации (разветвленных, многоконтурных, многоуровневых) и структуры (с произвольным числом и размещением НС, источников, резервуаров, узлов водопотребления, узлов с отбором на пожаротушение) с фиксированными и нефиксированными нагрузками;
- учет различных регуляторов расхода и давления, материалов труб, местных сопротивлений, комбинаций включенных насосов с различными характеристиками при гидравлическом расчете;
- построение характеристик элементов (участков трубопроводов, насосных станций, насосов, задвижек и т.д.), в т.ч. их графическая визуализация;
- анализ допустимости - определение и выделение на схеме сети элементов с нарушениями параметров
режима, включая нарушения по требуемым давлениям в узлах и по скорости течения воды в трубопроводах;
- расчет сетей большой размерности за короткое время (измеряемое в секундах для многоконтурных сетей, содержащих десятки тысяч узлов расчетной схемы, при расчете на компьютерах стандартной конфигурации);
- повышенная надежность за счет автоматизированного контроля корректности задания исходных данных и теоретически гарантированной сходимости вычислительного процесса, обеспечивающей получение решения с наперед заданной точностью;
- построение пьезометрических графиков - для построения трассы по заданным узлам схемы или по выбранному маршруту и отображения графика распределения давлений вдоль этой трассы.
Для модели ВС принята многоуровневая схема организации данных. Расчетная схема формируется из своего набора типов элементов, а каждый из элементов может быть представлен собственной расчетной схемой нижнего уровня.
В данной версии к нижнему уровню отнесены схемы источников, насосных станций, распределительных водопроводных сетей, водопроводных камер и колодцев.
Средства анализа информации в ИВС «АНГАРА»
В ИВС «АНГАРА» реализовано три инструмента анализа данных:
1. «Численный анализ» предназначен для обработки цифровых данных и позволяет находить экстремальные, средние значения, а также их сумму по выбранному параметру элемента. Данная функция полезна для поиска выбросов, которые зачастую связаны с ошибками в данных. Такой анализ можно применять как к схеме в целом, так и к произвольному выделенному фрагменту сети. Кроме вычисления имеется возможность и за-
дания одинаковых значений в указанные поля базы данных по выбранным элементам определенного типа, Запуск функции производится из основного интерфейса ИВС «АНГАРА» приведенного на рис. 1, а.
2. «Графический анализ» - выделение на схеме элементов трубопроводной сети анимацией, цветом и/или размером. Можно одновременно для одного элемента применить выделение и цветом, и размером. Запуск функции производится с основного интерфейса ИВС «АНГАРА» (рис. 1, Ь). Интерфейс функции имеет три вкладки для выделения цветом, размером и выделения цветом только части элементов, для которых выполняется заданное условие (см. рис. 1, Ь).
3. Автоматизация применения функций графического анализа. В ИВС разработана библиотека «шаблонов» применения графических функций. Она позволяет, единожды создав шаблон выделения на схеме тех или иных параметров или их группы, сохранять его в базе для последующего многократного применения на произвольных расчетных схемах.
Редактирование шаблонов позволяет вносить в них изменения в зависимости от потребностей расчетов и сохранять эти изменения в базе. Таким образом, типовые операции по графической интерпретации данных расчетных схем выполняются «нажатием одной кнопки».
Предприятия, эксплуатирующие ИСТВ, как правило, располагают статистическими данными о потреблении целевого продукта в узлах сети с приборов учета. При наличии дополнительных измерений расхода на источниках, насосных станциях или участках сети программа позволяет строить балансовые графики за определенный период, которые позволяют судить о величине утечек и несанкционированных отборов в рассматриваемом фрагменте сети.
ИВС "АНГАРА" (Ангарск_ПерспВ 2_Утес_РР_после_реконстр аЭЦ9_ТЭЦ10Г1одп).гпс1Ь) - [Angarsk+IOro-3an_Dl
Н Файл Вид Схема Элен,
Задачи Расчет Окно Cnpai
□ |x|g|;|y| »\S\ %|в|ш| ОвфВИ 4 ф х в 1 &
b
Рис. 1. Анализ данных с помощью ИВС «Ангара»: a - работа со схемой инструментом «Групповые функции» и его формы; b - работа со схемой инструментом «Выделение...» и его формы визуализации: градаций цвета, размером элемента или толщиной линии, элементов с нарушениями
ограничений Fig. 1. Data analysis with the help of ICE Angara: a - using the tool "Group functions" and its forms. b - using the "Highlighting..." tool and its visualization form: gradations of color, element size or line thickness, elements with constraint violations
Для предприятий водоканалов, эксплуатирующих сети водоснабжения и канализации подобный баланс может быть построен на основе данных по подаче воды и приема стоков на канализационных очистных сооружениях, что может служить оценкой качества работы технологической подсистемы предприятия. На (рис. 2, а) приведен
график подачи воды от насосной станции в микрорайон и данные потребителей о потреблении воды за год. На диаграмме (рис. 2, Ь) представлены объемы канализования фрагмента сети по данным расходомера на канализационной насосной станции и данным от абонентов.
a
b
Рис. 2. Анализ балансов расходов с помощью ИВС «АНГАРА»: a - графики подачи воды от насосной станции и ее потребления абонентами сети за год; b - сравнение объемов стоков по данным абонентов и расходомера на канализационной насосной станции за месяц Fig. 2. Analysis of flow balances using ICE ANGARA: a - water supply schedules from the pumping station and its consumption by consumers for a year; b - a comparison of the volumes of waste according to the consumers and the flow meter at
the sewage pumping station for a month
Прикладное применение возможностей анализа ИВС «АНГАРА»
Анализ исходной информации. Выделить элементы схемы цветом и размером можно по значениям любых данных, однако, опыт использования ИВС выявил наиболее информативные случаи визуализации размером (шириной) трубопроводных участков. Это анализ распределения: диаметров трубопроводных участков, срока службы трубопровода, шероховатости трубопроводов, величины или доли местных потерь в трубопроводах и др. Размером элемента на схеме следует анализировать: величину нагрузки, геодезическую отметку и др. С помощью цвета трубопроводного участка -зону влияния источника тепла, распределение типов прокладки и материалов трубопроводов, их балансовую
принадлежность и др. Цветом узлового элемента сети - категорийность потребителей, уровень напора или температуры у потребителя и др. На рис. 3 приведена комбинация визуализаций на схеме СЦТ:
- для проверки правильности занесенной информации о диаметрах тепловой сети - участки трубопроводов имеют толщину пропорционально величине диаметра трубопровода (рис. 3, а);
- для анализа значений заданной нагрузки потребителей - размер потребителя пропорционален величине нагрузки (рис. 3, Ь);
- для анализа правильности задания геодезических отметок используется выделение размером узлов сети по величине геодезии (рис. 3, Ь);
- для анализа типа присоедине- цветом по типу присоединения и раз-ния местных систем и высот зданий мером по значениям высот зданий используется комбинация выделений (рис. 3, с).
Рис. 3. Пример визуального анализа правильности задания исходной информации при помощи аналитических функций ИВС «АНГАРА»: a - анализ данных о диаметре трубопровода; b - анализ данных о размере нагрузки у потребителей; c - распределение геодезических отметок у потребителей; d - анализ данных о типе присоединения систем отопления (цвет) и высот зданий (размер) Fig. 3. An example of the visual analysis of the correctness of the initial information set using the analytical functions of ICE Angara. a - data analysis of the pipeline diameter; b - analysis of data on the size of the consumers load; c - the distribution of geodetic marks for consumers; d - analysis of data on the type of heating systems connection (color) and buildings height (size)
Анализ сложившихся режимов (пропускной способности). И ВС
«АНГАРА» позволяет настраивать и запускать на исполнение расчетные или аналитические модули для текущего уровня схемы ИСТВ (гидравлический расчет, тепловой расчет фрагмента РТС, пьезометрический график и др.).
С помощью модуля управления многоуровневыми расчетами можно выполнять сложные комплексные расчеты разных уровней. ПВК автомати-
чески отслеживает иерархию запуска расчетных модулей (расчет теплового режима выполняется только в случае успешного завершения расчета гидравлического режима) и права пользовательского доступа [56].
В [4] приведена методика и алгоритмы наладочного и поверочного расчетов тепловых сетей, реализованных в ИВК «АНГАРА-ТС».
Различают одноуровневые и многоуровневые наладочные расчеты. Управляющими параметрами (гранич-
ными условиями) при выполнении наладочного теплогидравлического расчета могут быть: давления и температуры на источниках; действующие напоры НС; уставки, установленных в сети регуляторов; сопротивления потребителей. В случае кольцевой структуры схемы ИСТВ также имеется возможность перекоммутации схемы сети.
Разработку наладочных мероприятий для крупномасштабных систем сложной структуры удобно выполнять на многоуровневой модели ИСТВ. При этом появляется возможности, как расчета магистральных и распределительных сетей по отдельности, так и автоматизированной координации параметров в точках раздела уровней для получения согласованного режима работы ИСТВ в целом.
Пьезометрический график представляет собой графическое изображение изменения полных напоров в трубопроводах вдоль заданной трассы на фоне рельефа местности. Встроенный в ИВК модуль построения такого графика позволяет выводить расширенный перечень спецификаций вдоль заданной трассы: геодезических отметок земли, высот зданий, результатов замеров, манометрических давлений и статических напоров в узлах сети, расходов, скоростей, удельных потерь на участках сети и т.д.
При многоуровневой организации компьютерной модели можно построить пьезометр от уровня магистральных сетей до любого узла в распределительных сетях.
Построение трассы и графика выполняются автоматически по заданным начальном и конечном узлах трассы. При наличии контуров трасса может быть не единственной.
В этом случае необходимо указать промежуточные узлы, через которые требуется провести трассу. Для расчетных схем, насчитывающих многие сотни элементов, протяженность трассы может оказаться значительной. Для этого предусмотрена возможность
масштабирования графика пропорционально длине трассы, когда наглядно видны участки с большими удельными потерями давления.
Отображение графика не в масштабе позволяет видеть все спецификации, входящих в него участков. Вне зависимости от их реальной длины спецификация занимает одинаковое место на ПГ.
ПГ дает возможность не только определять места возможных нарушений по допустимым давлениям или располагаемым напорам, но и обнаруживать их причины, например, узкие места в сети, для которых наблюдается резкое падение давления. ПГ позволяет обнаружить узлы с нарушениями ограничений по давлениям и участки с нарушением ограничений по скоростям, либо участки с высокими удельными потерями давления.
Так на ПГ (рис 4, Ь) построенного по трассе, выделенной цветом (рис 4, а) видно, что избыточные потери давления на трубопроводном участке приводят к недопустимым давлениям в некоторых зонах после него, что может привести к завоздушиванию и прекращению циркуляции в случае потери герметичности трубопровода или наличии потребителей в зоне пониженного давления. В [50] приводится пример ПГ для водопроводных сетей.
Анализ нарушений в режимах. На параметры режима ИСТВ в соответствии со СНиПами и ГОСТами накладываются ограничения из условий прочности оборудования, невскипания теплоносителя, предотвращения вибрации, завоздушивания, кавитации насосов и т.д.
В ИВК «АНГАРА-ТС» реализована проверка ограничений [5, 49, 50] на давления и температуры в узлах сети и на объектах ИСТВ (Источник, НС, ЦТП, абонентских установках потребителей), скорости на участках сети и др.
Большие потери давления на трубопроводном участке
I
Зона недопустимых манометрических давлений в трубопроводе
b
Рис. 4. Иллюстрация сложности разработки режима в условиях пересеченной местности с применением насосных станций и дросселирования на сети. a - схема трассы водопроводной сети; b - пьезометрический график Fig. 4. Illustration of the complexity of the operation mode development in rugged terrain with the use of pumping stations and throttling on the network. a - scheme of the water-supply network; b - piezometric graph
a
В математическом отношении все перечисленные технические и технологические требования сводятся к необходимости обеспечения условия
Я < Я < Я
1
где я - г-мерный вектор параметров режима; я,я - г-мерные векторы нижних и верхних границ допустимого изменения этих параметров, компоненты которых могут принимать и бесконечные значения для моделирования односторонних неравенств, либо при их отсутствии [46].
При многоуровневой структуре модели ИСТВ проверка ограничений осуществляется для каждого гидравлически несвязанного фрагмента одного уровня.
При расчете распределительных сетей в элементе «обобщенный источник» формируются ограничения, используемые для анализа до-
пустимости уровня магистральных сетей.
На рис. 5 показана визуализация проверки допустимости режима тепловой сети.
Графическая интерпретация результатов расчета. В результате расчета режима ИСТВ [5, 15, 57-59] вычисляется распределение расходов, давления и температур по всем элементам сети, а также параметры регуляторов и других дросселирующих устройств.
Расчетные схемы ИСТВ современных городов содержат десятки тысяч элементов и сотни тысяч параметров, что значительно осложняет анализ режимов таких систем.
Наиболее наглядным способом интерпретации исходных данных и результатов расчетов является графическое представление.
Рис. 5. Иллюстрация результатов проверки допустимости параметров
режима тепловой сети Fig. 5. Illustration of the results of the heat network mode parameters validation
На рис. 6 приведены примеры графической визуализации результатов расчета.
Толщиной линии трубопровода отображается перепад давлений (рис. 6, а) в концевой точке участка (пространственный аналог пьезометрического графика).
Градацией цвета можно также отображать изменение температуры теплоносителя по длине трубопровода.
Толщиной линии отображается значение удельных потерь давления на участке (более толстой линией показываются слабые места ИСТВ с недостаточной пропускной способностью).
Раскраска разными цветами в зависимости от номера независимого фрагмента сети (см. рис. 6, а) позволяет выделить автономно работающие магистрали и места секционирования.
Градация цвета по значению скорости показывает участки: с большими потерями тепла (малые
скорости); с опасностью возникновения вибрации, шума (высокие скорости).
Выделения цветом и размером можно накладывать друг на друга (рис. 6, Ь и На (рис. 6, с) показано выделение цветом потребителей в зависимости от давления в узлах водопроводной сети.
Гидравлические характеристики элементов сети могут быть проанализированы в графическом виде (рис. 7).
Управляя характеристиками насосных агрегатов (рис.7, a) (диаметр рабочего колеса, число оборотов, дросселированные) автоматически рассчитывается гидравлическая и мощностная характеристики насосной станции (рис. 7, Ь).
Интерфейс, приведенный на (рис. 7, ^ позволяет выбирать состав местных сопротивлений трубопровода, степень прикрытия задвижек и автоматически получить характеристику участка и рабочую точку.
c
Рис. 6. Пример визуального анализа результатов расчета при помощи аналитических функций ИВС «АНГАРА»: a - анализ связности тепловой сети (цвет) и распределение значений располагаемых напоров на участках (толщина участков); b - распределение располагаемых напоров на вводах потребителей (размер) и температур внутреннего воздуха (цвет); c - распределение располагаемого напора у потребителей (цвет) и диаметров трубопроводов (толщина линии) и скорость (градация цвета участков) Fig. 6. An example of the visual analysis of the calculation results using the analytical functions of the ICE ANGARA: a - analysis of the connectivity of the heat network (color) and the distribution of the values of the disposable heads in the pipes (thickness of the lines); b - the distribution of the disposable heads on the inputs of consumers (size) and the temperatures of the internal air (color); c - distribution of the available pressure at consumers (color) and pipe diameters (line thickness) and speed
(color gradation of lines)
b
Рис. 7. Иллюстрация гидравлических характеристик элементов сети a - схема водопроводной насосной станции и расходная характеристика насосного агрегата; b - расходная и мощностная характеристика насосной станции; c - гидравлическая характеристика участка с прикрытой задвижкой Fig. 7. Illustration of the hydraulic characteristics of the water supply system elements. a - scheme of the water pumping station and the flow characteristics of the pump unit; b - flow and power characteristics of the pumping station; c - hydraulic characteristic of the pipe
with a covered valve
Заключение
Проведенные в работе исследования по выявлению процессов, тре-
бующих автоматизации при разработке эксплуатационных режимов ИСТВ, позволили реализовать соответствующие
a
c
инструменты в ИВС «АНГАРА». Программно-вычислительный инструментарий для анализа параметров эксплуатационных режимов ИСТВ показал свою эффективность при анализе данных с помощью: визуализации распределения значений выбранных параметров на графическом плане города, выделения узких мест, построения графиков распределения давлений и характеристик объектов инженерных систем.
Разработанные ИВК предназначены для автоматизации расчета и анализа режимов инженерных сетей. Средства анализа и графической визуализации, реализованные в них, зна-
1.Меренков А.П., Хасилев В.Я. Теория гидравлических цепей. М.: Наука, 1985. 278 с.
2.Сеннова Е.В., Сидлер В.Г. Математическое моделирование и оптимизация развивающихся теплоснабжающих систем. Новосибирск: Наука, 1987. 224 с.
3.Stennikov V.A., Barakhtenko E.A., Sokolov D.V. Determination of optimal parameters of heating systems based on advanced information technologies // Energy Systems Research, 2018. Т. 1, № 1 (1). С. 84-93. DOI: 10.25729/ esr.2018.01.0010 .
4.Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Technique of Multilevel Adjustment Calculation of the Heatthy-draulic Mode of the Major Heat Supply Systems with the Intermediate Control Stages // Thermal Engineering, 2016. Vol. 63, № 1. P. 68-77, ISSN 0040-6015, DOI: 10.1134/S0040601516010110, https://elibrary.ru/item.asp?id=25183003.
5.Новицкий Н.Н., Шалагинова З.И., Токарев В.В., Гребнева О.А. Технология разработки эксплуатационных режимов крупных систем теплоснабжения на базе методов многоуровневого теплогидравлического моделирования // Известия РАН. Энергетика, 2018. № 1. С.125-135.
6.Novitskii N.N. Development of the hydraulic circuit theory for solving problems of controlling the operation of heat supply systems // Thermal Engineering, 2009. V. 56, № 12. P. 1024-1029. DOI: 10.1134/S0040601509120052.
7.Guelpa E., Toro C., Sciacovelli A., Melli R., Sciubba E., Verda V. Optimal operation of large district heating networks through fast fluid-dynamic simulation // Energy, 2016. V. 102. P. 586-595, ISSN 0360-5442, DOI: 10.1016/j.energy.2016.02.058.
8.Vesterlund M., Toffolo A., Dahl J. Optimization
чительно сокращают сроки и повышают качество разработанных эксплуатационных режимов.
ИВК реализованы в среде Windows и обладают возможностью автоматизированного расчета крупных ИСТВ иерархической структуры с промежуточными ступенями управления на многоуровневой компьютерной модели. Комплексы были апробированы на реальных системах тепло- и водоснабжения городов Российской Федерации - Иркутск, Ангарск, Братск, Бай-кальск, Петропавловск-Камчатский, а также за рубежом - в Грузии (Тбилиси) и Монголии (Улан-Батор, Дархан).
КИЙ СПИСОК
of multi-source complex district heating network, a case study // Energy, 2017. V. 126. P. 53-63, ISSN 0360-5442, DOI: 10.1016/j.energy. 2017.03.018.
9.Guelpa E., Sciacovelli A., Verda V. Thermo-fluid dynamic model of large district heating networks for the analysis of primary energy savings // Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.energy.2017.07.177.
10. Андрияшев М.М. Техника расчета водопроводной сети. М.: Сов. законодательство, 1932. 62 с.
11. Андрияшев М.М. Гидравлические расчеты водоводов и водопроводных сетей. М.: Строй-издат, 1964. 107 с.
12. Лобачев В.Г. Новый метод увязки колец при расчете водопроводных сетей. // Сан. техника, 1934. № 2. С. 8-12.
13.Лобачев В.Г. Вопросы рационализации расчетов водопроводных сетей. М.: ОНТИ, 1936. 148 с.
14. Cross H. Analysis of flow in networks of conduits or conductors. -Urbana, Illinois: Eng. Exp. Station of Univ. of Illinois, 1936, November, Bull. № 286. 29 p.
15. Novitsky N.N., Alekseev A.V., Grebneva O.A., Lutsenko A.V., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Multilevel modeling and optimization of large-scale pipeline systems operation // Energy. (in press) DOI: 10.1016/j.energy.2018.02.070.
16. Lazzaretto A., Toffolo A., Morandin M., Spakovsky M. R. Criteria for the decomposition of energy systems in local/global optimizations // Energy, 2010. V. 35, № 2. P. 1157-1163, ISSN 0360-5442, DOI: 10.1016/j.energy.2009.06.009.
17. Vesterlund M., Dahl J. A method for the simulation and optimization of district heating systems with meshed networks // Energy Conversion and Management, 2015. V. 89. P. 555-567,
ISSN 0196-8904, DOI: 10.1016/j.enconman. 2014.10.002.
18. Di Nardo A., Cavallo A., Di Natale M., Greco R., Santonastaso G.F., Dynamic Control of Water Distribution System Based on Network Partitioning // Procedia Engineering, 2016. V. 154. P. 1275-1282, ISSN 1877-7058, DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.460.
19. Schweiger G., Larsson Per-Ola, Magnusson F., Lauenburg P., Velut S. District heating and cooling systems Framework for Modelica-based simulation and dynamic optimization // Energy, 2017, V. 137. P. 566-578, ISSN 0360-5442, DOI: 10.1016/j.energy.2017.05.115.
20. Gilani B.S., Bachmann M., Kriegel M. Evaluation of the temperature regimes of multi-level thermal networks in urban areas through exergy analysis // Energy Procedia, 2017, V. 122. P. 385-390, ISSN 1876-6102, DOI: 10.1016/j.egypro.2017.07.424.
21. Новицкий Н.Н. Расчет потокораспределе-ния в гидравлических цепях на базе их линеаризации узловыми моделями секущих и хорд // Изв. РАН. Энергетика, 2013. № 6. С. 56-69.
22. Новицкий Н.Н., Токарев В.В. Релейная методика расчета потокораспределения в гидравлических цепях с регулируемыми параметрами // Изв. РАН. Энергетика, 2001. № 2. С.88-98.
23. Todini E., Pilati S. A gradient algorithm for the analysis of pipe networks // Computer Applications in Water Supply, 1988. V. 1. P. 1-20. London: John Wiley & Sons.
24. Zhou Sh., Li H., Gong P., Tian M., Hydraulic modeling of double-source and ring-shaped heating networks // Applied Thermal Engineering,
2017. V. 119. P. 215-221, ISSN 1359-4311, DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.03.035.
25. Wang Y., You Sh., Zhang H., Zheng W., Zheng X., Miao Q. Hydraulic performance optimization of meshed district heating network with multiple heat sources // Energy, 2017. V. 126. P. 603-621, ISSN 0360-5442, DOI: 10.1016/j.energy.2017.03.044.
26. Tokarev V.V. Developing a procedure for segmenting meshed heat networks of heat supply systems without outflows // Thermal Engineering,
2018. V. 65, № 6. С. 400-09. DOI: 10.1134/S0040601518060101.
27. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И. Принципы разработки и программная реализация информационно-вычислительной среды для компьютерного моделирования трубопроводных и гидравлических систем // Трубопроводные системы энергетики: методы математического моделирования и оптимизации: Сб. науч. тр. Новосибирск: Наука, 2007. С. 221 229.
28. Алексеев А.В., Гребнева О.А., Новицкий Н.Н., Токарев В.В., Шалагинова З.И., Математические модели и методы для оценки и реализации потенциала энергоснабжения при
управлении режимами теплоснабжающих систем // Исследования и разработки СО РАН в области энергоэффективных технологий. Новосибирск: Наука, 2009. С. 38-49.
29. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н. Компьютерная технология «АНГАРА» для интеграции информационного и вычислительного пространства при моделировании трубопроводных систем // Научный вестник НГТУ, 2017. № 3. С. 26-41.
30. Информационно-вычислительная среда (ИВС) «АНГАРА», версия 1.4 / Новицкий Н.Н., Алексеев А.В. Свидетельство о государственной программе для ЭВМ №2014660408 // Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ от 07.10.2014 г.
31. Rossmann L.A. "EPANET 2.0 Users manual," Water supply and water resources division, national risk management research laboratory, Cinchinnati, 2000, (http://wmstutorials-10.1.aquaveo.com/74%o20WaterDistribution-EPANETEdit.pdf).
32. Cosentino S., Guelpa E., Melli R., Sciacovelli A., Sciubba E., Toro C., Verda V. Optimal operation and sensitivity analysis of a large district heating network through pod modeling // Proceedings of the ASME 2014 International Me-ch anical Engineering Congress and Exposition IMECE2014. 2014.
33. Anisha G., Kumar A., Ashok Kumar J., Su-varna Raju P. Analysis and Design of Water Distribution Network Using EPANET for Chirala Municipality in Prakasam District of Andhra Pradesh // International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS), 2016. V. 3, Is. 4. P. 53-60, ISSN: 2394-3661
34. Сайт компании EPANET [Электронный ресурс]. 2018. URL: https://www.epa.gov/water-research/epanet (дата обращения: 26.11.2018).
35. Cайт компании Schneider-electric (Termis) [Эл. ресурс]. 2018.S. Electric, Termis (2018). URL: https://www.schneider-electric.ru/ru/product-range-presentation/61613-termis-engineering/ (дата обращения: 26.11.2018).
36. D. E. N. P. of Bentley, D. Solution, Bentley (2018). URL: https://www.bentley.com/ en/solutions/project-types/district-energy-networks (дата обращения: 26.11.2018).
37. Сайт компании TRNSYS [Электронный ресурс]. 2018. URL: http://www.trnsys.com/ (дата обращения: 26.11.2018).
38. Сайт компании Neplan [Электронный ресурс]. 2018. URL: https://www.neplan.ch/ (дата обращения: 26.11.2018).
39. Сайт компании Vitec (Netsim). 2018. URL: https://www.vitecsoftware.com/en/product-areas/energy/products/netsim-grid-simulation/ (дата обращения: 26.11.2018).
40. http://www.4dh.eu/news/105-software-simula-tes-district-heating-networks.
41. Ancona M.A., Bianchi M., Branchini L., Melino F. District heating network design and analysis //
Energy Procedia, 2014. V. 45. P. 1225-1234. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.01.128 .
42. Itzal del Hoyo Arce, Saioa Herrero López, Susana López Perez, Miika Rämä, Krzysztof Klobut, Jesus A. Febres. Models for fast modelling of district heating and cooling networks // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. V. 82. Part 2. P. 1863-1873.
43. Pizzolato A., Sciacovelli A., Verda V. Centralized control of district heating networks during failure eventsusing discrete adjoint sensitivities // Energy (available online 24 September 2017, in press), DOI: 10.1016/j.energy.2017.09.102.
44. Гидравлические цепи. Развитие теории и приложения / под. ред. A^. Гамма. Новосибирск: Наука, 2000. 273 с.
45. Tрубопроводныe системы энергетики: развитие методов математического моделирования и оптимизации. Новосибирск: Наука, 2008. 311 c.
46. Tрубопроводныe системы энергетики: математическое моделирование и оптимизация / под ред. Н.Н. Новицкого. Новосибирск: Наука, 2010. 418 c.
47. Tрубопроводныe системы энергетики: математическое и компьютерное моделирование / под ред. Н.Н. Новицкого. Новосибирск: Наука, 2014. 274 c.
48. Tрубопроводныe системы энергетики: методические и прикладные проблемы математического моделирования. Новосибирск: Наука, 2015. 476 c.
49. ^карев В.В., Aлeксeeв Ab., Новицкий Н.Н., Шалагинова З.И. Развитие информационно-вычислительного комплекса «AНГAРA-TС» для автоматизации процессов разработки эксплуатационных режимов систем теплоснабжения // Tр. XVI Всеросс. научн. семин. Maтeмaтичe-ские модели и методы анализа и оптимального синтеза развивающихся трубопроводных и гидравлических систем. Иркутск: ИСЭM СО РAН, 2018. С. 345-365.
50. Новицкий Н.Н., ^карев В.В., Шалагинова З.И., Aлeксeeв Ab., Гребнева ОА, Баринова С.Ю. Информационно-вычислительный комплекс «AНГAРA-TС» для автоматизации расчета и анализа эксплуатационных режимов при управлении крупными многоконтурными системами теплоснабжения. Вестник Иркутского государственного технического университета, 2018; 22(11): C.126-144. DOI: 10.21285/18143520-2018-11-126-144.
51. Шалагинова З.И. Задачи и методы расчета температурных графиков отпуска тепла на основе теплогидравлического моделирования систем теплоснабжения // Teплоэнeргeтикa, 2004. № 7. С. 41-49.
52. Шалагинова З.И. Лдаптация температурных графиков центрального регулирования к зада-
чам эксплуатации теплоснабжающих систем на основе теплогидравлического моделирования // Трубопроводные системы энергетики: Управление развитием и функционированием. Новосибирск: Наука, 2004. С. 372-385.
53. Новицкий Н.Н., Алексеев А.В., Баринова С.Ю. Информационно-вычислительный комплекс "АНГАРА-ВС" для моделирования крупных систем водоснабжения. // Труды XVI Байкальской Всероссийской конференции «Информационных и математические технологии в науке и управлении». Часть III. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2011. 282 с. 192 200.
54. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н., Мелехов Е.С. Информационно-вычислительный комплекс для автоматизации диспетчерского управления системами водоснабжения и водоотведе-ния. // Вестник ИрГТУ. 2014. №6. С. 12-18.
55. Алексеев А.В., Новицкий Н.Н., Обуздин С.Ю. Автоматизация эксплуатационных режимов и диспетчерского управления системами водоснабжения в МУП «Водоканал» г. Иркутска на базе электронных моделей // Водоснабжение и санитарная техника. 2017. № 11. С. 64-72.
56. Токарев В.В., Алексеев А.В. Организация последовательно-параллельных расчетов при разработке эксплуатационных режимов тепловых сетей на единой информационной основе // Методы исследования, управления и оптимизации трубопроводных систем энергетики. Сб. науч. тр. Новосибирск: Наука, 2007. С. 246-258.
57. Novitsky N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I., Alekseev A.V. Experience in developing and using software packages for calculation and organization of large-scale heat supply system operation // The Proceedings of the International Scientific Conference on Power industry and market economy. Ulaanbaatar, Mongolia, Mongolian university of science and technology. 2005. С. 323-329.
58. Токарев В.В., Шалагинова З.И. Опыт применения информационно-вычислительного комплекса «АНГАРА-ТС» для организации режимов и разработки наладочных мероприятий теплоснабжающих систем крупных городов // Вестник ИРГТУ, 2011. № 12 (59). Раздел «Энергетика». С. 240-248.
59. Токарев В.В., Новицкий Н.Н., Шалагинова З.И. Технология расчетов и опыт использования информационно-вычислительного комплекса (ИВК) «АНГАРА-ТС» при разработке режимов работы систем теплоснабжения крупных городов // Усовершенствование планирования режимов систем централизованного теплоснабжения. Улан-Батор, Монголия, Национальный диспетчерский центр энергосистем Монголии, 2014. С. 53-64.
REFERENCES
I.Merenkov A.P., Hasilev V.YA. Teoriya gidrav-licheskih cepej [Theory of hydraulic circuits] M.: Nauka, 1985. 278 p. (In Russian)
2.Sennova E.V., Sidler V.G. Matematicheskoe modelirovanie i optimizaciya razvivayushchihsya teplosnabzhayushchih sistem [Mathematical Modeling and Optimization of Heat, Water, Oil, and Gas Supply Systems]. Novosibirsk: Nauka, 1987. 224 p. (In Russian)
3.Stennikov V.A., Barakhtenko E.A., Sokolov D.V. Determination of optimal parameters of heating systems based on advanced information technologies // Energy Systems Research, 2018. T. 1, № 1 (1). pp. 84-93. DOI: 10.25729/esr.2018.01.0010 .
4.Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Technique of Multilevel Adjustment Calculation of the Heat-hydraulic Mode of the Major Heat Supply Systems with the Intermediate Control Stages // Thermal Engineering, 2016. Vol. 63, № 1. P. 68-77, ISSN 0040-6015, DOI: 10.1134/S0040601516010110.
5.Novickij N.N., SHalaginova Z.I., Tokarev V.V., Grebneva O.A. Tekhnologiya razrabotki ehks-pluatacionnyh rezhimov krupnyh sistem teplos-nabzheniya na baze metodov mnogourovnevogo teplogidravlicheskogo modelirovaniya [Technology of development of operating conditions for large heat supply systems based on multi-level thermal-hydraulic modeling methods]. Izvestiya RAN. Energetika [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering], 2018. № 1. pp. 125-135. (In Russian)
6.Novitskii N.N. Development of the hydraulic circuit theory for solving problems of controlling the operation of heat supply systems // Thermal Engineering, 2009. V. 56, № 12. pp. 1024-1029. DOI: 10.1134/S0040601509120052.
7.Guelpa E., Toro C., Sciacovelli A., Melli R., Sciubba E., Verda V. Optimal operation of large district heating networks through fast fluid-dynamic simulation. Energy, 2016. V. 102. P. 586-595, ISSN 0360-5442, DOI: 10.1016/j.energy.2016.02.058.
8.Vesterlund M., Toffolo A., Dahl J. Optimization of multi-source complex district heating network, a case study. Energy, 2017. V. 126. P. 53-63, DOI: 10.1016/j.energy.2017.03.018.
9.Guelpa E., Sciacovelli A., Verda V. Thermo-fluid dynamic model of large district heating networks for the analysis of primary energy savings // Energy, 2017, DOI: 10.1016/j.energy.2017.07.177.
10.Andriyashev M.M. Tekhnika rascheta vodopro-vodnoj seti [Technology calculation of the water supply network] Moscow.: Sov. zakonodatel'stvo, 1932. 62 p. (In Russian)
II.Andriyashev M.M. Gidravlicheskie raschety vodovodov i vodoprovodnyh setej [Hydraulic calculations of water pipes and water supply networks]. Moscow: Strojizdat, 1964. 107 p. (In Rus-
sian)
12.Lobachev V.G. Novyj metod uvyazki kolec pri raschete vodoprovodnyh setej [New method of linking rings in the calculation of water supply networks]. San. Tekhnika [Sanitary Technique], 1934. № 2. pp. 8-12. (In Russian)
13.Lobachev V.G. Voprosy racionalizacii rasche-tov vodoprovodnyh setej [Issues of rationalization of calculations of water supply networks] M.: ONTI, 1936. 148 p. (In Russian)
14.Cross H. Analysis of flow in networks of conduits or conductors. -Urbana, Illinois: Eng. Exp. station of Univ. of Illinois, 1936, November, Bull. № 286. 29 p.
15.Novitsky N.N., Alekseev A.V., Grebneva O.A., Lutsenko A.V., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I. Multilevel modeling and optimization of large-scale pipeline systems operation // Energy. (in press) DOI: 10.1016/j.energy.2018.02.070.
16.Lazzaretto A., Toffolo A., Morandin M., Spakovsky M. R. Criteria for the decomposition of energy systems in local/global optimizations // Energy, 2010. V. 35, № 2. P. 1157-1163, ISSN 0360-5442, DOI: 10.1016/j.energy.2009.06.009.
17.Vesterlund M., Dahl J. A method for the simulation and optimization of district heating systems with meshed networks. Energy Conversion and Management, 2015. V. 89. P. 555-567, ISSN 0196-8904, DOI: 10.1016/j.enconman.2014. 10.002.
18.Di Nardo A., Cavallo A., Di Natale M., Greco R., Santonastaso G.F., Dynamic Control of Water Distribution System Based on Network Partitioning // Procedia Engineering, 2016. V. 154. P. 1275-1282, ISSN 1877-7058, DOI: 10.1016/j.proeng.2016.07.460. 19.Schweiger G., Larsson Per-Ola, Magnusson F., Lauenburg P., Velut S. District heating and cooling systems Framework for Modelica-based simulation and dynamic optimization // Energy, 2017, V. 137. P. 566-578, DOI: 10.1016/j.energy.2017.05.115.
20.Gilani B.S., Bachmann M., Kriegel M. Evaluation of the temperature regimes of multi-level thermal networks in urban areas through exergy analysis. Energy Procedia, 2017, V. 122. P. 385-390, ISSN 1876-6102, DOI: 10.1016/j.egypro.2017.07.424.
21.Novickij N.N. Raschet potokoraspredeleniya v gidravlicheskih cepyah na baze ih linearizacii uzlovymi modelyami sekushchih i hord [Calculation of flow distribution in hydraulic circuits based on their linearization with node models of secant and chords]. Izv. RAN. Energetika [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering], 2013. № 6. pp. 56-69. (In Russian)
22.Novickij N.N., Tokarev V.V. Relejnaya meto-dika rascheta potokoraspredeleniya v gidravlicheskih cepyah s reguliruemymi parametrami [Re-
lay method for calculating flow distribution in hydraulic circuits with adjustable parameters] // Izv. RAN. Energetika [Proceedings of the Russian Academy of Sciences. Power Engineering], 2001. № 2. pp. 88-98. (In Russian)
23.Todini E., Pilati S. A gradient algorithm for the analysis of pipe networks // Computer Applications in Water Supply, 1988. V. 1. P. 1-20. London: John Wiley & Sons.
24.Zhou Sh., Li H., Gong P., Tian M., Hydraulic modeling of double-source and ring-shaped heating networks // Applied Thermal Engineering,
2017. V. 119. P. 215-221, ISSN 1359-4311, DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2017.03.035.
25.Wang Y., You Sh., Zhang H., Zheng W., Zheng X., Miao Q. Hydraulic performance optimization of meshed district heating network with multiple heat sources // Energy, 2017. V. 126. P. 603-621, DOI: 10.1016/j.energy.2017.03.044.
26.Tokarev V.V. Developing a procedure for segmenting meshed heat networks of heat supply systems without outflows // Thermal Engineering,
2018. vol. 65, no 6. pp. 400-09. DOI: 10.1134/S0040601518060101.
27.Alekseev A.V., Novickij N.N., Tokarev V.V., SHalaginova Z.I. Principy razrabotki i pro-grammnaya realizaciya informacionno-vychislitel'noj sredy dlya komp'yuternogo modeli-rovaniya truboprovodnyh i gidravlicheskih sistem [Principles of development and software implementation of the information-computing environment for computer simulation of pipeline and hydraulic systems] // Truboprovodnye sistemy eh-nergetiki: metody matematicheskogo modeliro-vaniya i optimizacii: Sb. nauch. tr. Novosibirsk: Nauka, 2007. pp. 221-229. (In Russian)
28.Alekseev A.V., Grebneva O.A., Novickij N.N., Tokarev V.V., SHalaginova Z.I. Matematiche-skie modeli i metody dlya ocenki i realizacii potenciala ehnergosnabzheniya pri upravle-nii rezhimami teplosnabzhayushchih sistem [Mathematical models and methods for assessing and realizing the potential of energy supply in controlling the regimes of heat supply systems] // Issledovaniya i razrabotki SO RAN v oblasti ehnergoehffektivnyh tekhnologij. Novosibirsk: Nauka, 2009. pp. 38-49. (In Russian)
29.Alekseev A.V., Novickij N.N. Komp'yuternaya tekhnologiya «ANGARA» dlya integracii infor-macionnogo i vychislitel'nogo prostranstva pri modelirovanii truboprovodnyh sistem [Computer technology "ANGARA" for the integration of information and computing space when modeling pipeline systems] / Nauchnyj vestnik NGTU [Scientific Bulletin of NSTU], 2017. № 3. pp. 26-41. (In Russian)
30.Informacionno-vychislitel'naya sreda (IVS) «ANGARA», versiya 1.4 [Information and Computing Environment (ICE) "ANGARA", version 1.4] / Novickij N.N., Alek-seev A.V. Svidetel'stvo o go-sudarstvennoj programme dlya EHVM №2014660408 // Zaregistrirovano v Reestre pro-
gramm dlya EVM ot 07.10.2014 g. (In Russian)
31.Rossmann L.A. "EPANET 2.0 Users manual," Water supply and water resources division, national risk management research laboratory, Cinchinnati, 2000, (http://wmstutorials-10.1.aquaveo.com/74%o20WaterDistribution-EPANETEdit.pdf).
32.Cosentino S., Guelpa E., Melli R., Sciacovelli A., Sciubba E., Toro C., Verda V. Optimal operation and sensitivity analysis of a large district heating network through pod modeling // Proceedings of the ASME 2014 International Mechanical Engineering Congress and Exposition IMECE2014. 2014.
33.Anisha G., Kumar A., Ashok Kumar J., Su-varna Raju P. Analysis and Design of Water Distribution Network Using EPANET for Chirala Municipality in Prakasam District of Andhra Pradesh. International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS), 2016. vol. 3, Is. 4. pp. 53-60, ISSN: 2394-3661
34.EPANET [EHlektronnyj resurs]. 2018. URL: https://www.epa.gov/water-research/epanet (accessed: 26.11.2018).
35.Schneider-electric (Termis) [EHl. resurs]. 2018.S. Electric, Termis (2018). URL: https://www.schneider-electric.ru/ru/product-range-presentation/61613-termis-engineering/ (accessed: 26.11.2018).
36.D. E. N. P. of Bentley, D. Solution, Bentley (2018). URL: https://www.bentley.com/en/ solutions/project-types/district-energy-networks (accessed: 26.11.2018).
37.URL: http://www.trnsys.com/ (accessed: 26.11.2018).
38.URL: https://www.neplan.ch/ (accessed: 26.11.2018).
39.Vitec (Netsim). 2018. URL: https://www.vitecsoftware.com/en/product-areas/energy/products/netsim-grid-simulation/ (accessed: 26.11.2018).
40. http://www.4dh.eu/news/105-software-simulates-district-heating-networks. (accessed: 26.11.2018).
41.Ancona M.A., Bianchi M., Branchini L., Melino F. District heating network design and analysis // Energy Procedia, 2014. V. 45. P. 1225-1234. DOI: 10.1016/j.egypro.2014.01.128 .
42. Itzal del Hoyo Arce, Saioa Herrero López, Susana López Perez, Miika Rama, Krzysztof Klobut, Je-sus A. Febres. Models for fast modelling of district heating and cooling networks // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018. V. 82. Part 2. pp. 1863-1873.
43.Pizzolato A., Sciacovelli A., Verda V. Centralized control of district heating networks during failure of events using discrete adjoint sensitivities // Energy (available online 24 September 2017, in press), DOI: 10.1016/j.energy.2017.09.102.
44.Gidravlicheskie cepi. Razvitie teorii i priloz-heniya [Hydraulic circuit. Development of theory and application] / pod. red. A.Z. Gamma. Novosi-
birsk: Nauka, 2000. 273 p. (In Russian)
45.Truboprovodnye sistemy ehnergetiki: razvitie metodov matematicheskogo modelirovaniya i op-timizacii [Energy pipeline systems: the development of mathematical modeling and optimization methods]. Novosibirsk: Nauka, 2008. 311 p. (In Russian)
46.Truboprovodnye sistemy ehnergetiki: mate-maticheskoe modelirovanie i optimizaciya [Energy Pipeline Systems: Mathematical Modeling and Optimization] / pod red. N.N. Novickogo. Novosibirsk: Nauka, 2010. 418 p. (In Russian)
47.Truboprovodnye sistemy ehnergetiki: mate-maticheskoe i komp'yuternoe modelirovanie [Energy pipeline systems: mathematical and computer modeling] / pod red. N.N. Novickogo. Novosibirsk: Nauka, 2014. 274 p. (In Russian)
48.Truboprovodnye sistemy ehnergetiki: metodi-cheskie i prikladnye problemy matematiche-skogo modelirovaniya [Pipeline energy systems: methodological and applied problems of mathematical modeling] Novosibirsk: Nauka, 2015. 476 p. (In Russian)
49.Tokarev V.V., Alekseev A.V., Novickij N.N., SHalaginova Z.I. Razvitie informacionno-vychislitel'nogo kompleksa «ANGARA-TS» dlya avtomatizacii processov razrabotki ehks-pluatacionnyh rezhimov sistem teplosnabzheniya [Development of the information-computing complex "ANGARA-HN" for the automation of processes for the development of operating modes of heat supply systems] // Tr. XVI Vseross. nauchn. semin. Matemati-cheskie modeli i metody analiza i optimal'nogo sinteza razvivayushchihsya trubo-provodnyh i gidravlicheskih sistem. Irkutsk: ESI SB RAS, 2018. pp. 345-365. (In Russian)
50.Novickij N.N., Tokarev V.V., SHalaginova Z.I., Alekseev A.V., Grebneva O.A., Barinova S.YU. Informacionno-vychislitel'nyj kompleks «ANGARA-TS» dlya avtomatizacii rascheta i ana-liza ehkspluatacionnyh rezhimov pri upravlenii krup-nymi mnogokonturnymi sistemami teplosnabzheniya [Information-computing complex "ANGARA-HN" for automating the calculation and analysis of operating modes when managing large multi-circuit heating systems.] // Vestnik Irkut-skogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo univer-siteta [Publishers of Irkutsk National Research Technical University], 2018; 22(11): pp.126-144. DOI: 10.21285/1814-3520-2018-11-126-144. (In Russian)
51.SHalaginova Z.I. Zadachi i metody rascheta temperaturnyh grafikov otpuska tepla na osnove teplogidravlicheskogo modelirovaniya sistem teplosnabzheniya [Problems and methods of calculating temperature schedules of heat supply based on thermal-hydraulic modeling of heat supply systems] // Teploehnergetika, 2004. № 7. pp. 41-49. (In Russian)
52.SHalaginova Z.I. Adaptaciya temperaturnyh grafikov central'nogo regulirovaniya k zadacham ehkspluatacii teplosnabzhayushchih sistem na
osnove teplogidravlicheskogo modelirovaniya [Adaptation of temperature schedules of central regulation to the tasks of operation of heat supply systems based on thermal hydraulic modeling] // Truboprovodnye sistemy ehnergetiki: Upravlenie razvitiem i funkcionirovaniem. Novo-sibirsk: Nauka, 2004. pp. 372-385. (In Russian)
53.Novickij N.N., Alekseev A.V., Barinova S.YU. Informacionno-vychislitel'nyj kompleks "ANGARA-VS" dlya modelirovaniya krupnyh sistem vodos-nabzheniya [Information-computing complex "ANGARA-WN" for modeling large-scale water supply systems] // Trudy XVI Bajkal'skoj Vserossi-jskoj konferencii «Informacionnyh i matematiches-kie tekhnologii v nauke i upravlenii». CHast' III. Irkutsk: ISEHM SO RAN, 2011. 282 pp. 192-200. (In Russian)
54.Alekseev A.V., Novickij N.N., Melekhov E.S. Informacionno-vychislitel'nyj kompleks dlya avtomatizacii dispetcherskogo upravleniya sistemami vodosnabzheniya i vodootvedeniya [Information and computer complex for the automation of dispatching control systems for water supply and sanitation] // Vestnik IrGTU. 2014. №6. pp. 12-18. (In Russian)
55.Alekseev A.V., Novickij N.N., Obuzdin S.YU. Avtomatizaciya ehkspluatacionnyh rezhimov i dispetcherskogo upravleniya sistemami vodosnabzheniya v MUP «Vodokanal» g. Irkutska na baze ehlektronnyh modelej [Automation of operating modes and dispatching control of water supply systems in MUE Vodokanal, Irkutsk, on the basis of electronic models] // Vodosnabzhenie i sanitarnaya tekhnika [Water Supply and Sanitary Technique]. 2017. № 11. pp. 64-72. (In Russian)
56.Tokarev V.V., Alekseev A.V. Organizaciya posledovatel'no-parallel'nyh raschetov pri raz-rabotke ehkspluatacionnyh rezhimov teplovyh setej na edinoj informacionnoj osnove [Organization of sequential-parallel calculations in the development of operational modes of heat networks on a single information basis] // Metody issledo-vaniya, upravleniya i optimizacii truboprovodnyh sistem ehnergetiki. Sb. nauch. tr. Novosibirsk: Nauka, 2007. pp. 246-258. (In Russian)
57.Novitsky N.N., Tokarev V.V., Shalaginova Z.I., Alekseev A.V. Experience in developing and using software packages for calculation and organization of large-scale heat supply system operation // News of the International Scientific Conference on Power industry and market economy. Ulaan-baatar, Mongolia, Mongolian university of science and technology. 2005. pp. 323-329.
58.Tokarev V.V., SHalaginova Z.I. Opyt prime-neniya informacionno-vychislitel'nogo kompleksa «ANGARA-TS» dlya organizacii rezhimov i razrabotki naladochnyh meropriyatij teplosnabzhayushchih sistem krupnyh gorodov [Experience of using information-computing complex "ANGARA-HN" for the organization of modes and the development of commissioning activities of heat supply systems of large cities] // Vestnik
IRGTU [Publishers of Irkutsk National Research Technical University], 2011. № 12 (59). Razdel «Energetika». pp. 240-248. (In Russian) 59.Tokarev V.V., Novickij N.N., SHalaginova Z.I. Tekhnologiya raschetov i opyt ispol'zovaniya in-formacionno-vychislitel'nogo kompleksa (IVK) «ANGARA-TS» pri razrabotke rezhimov raboty sistem teplosnabzheniya krupnyh gorodov [Calculation technology and experience in the use of the
information-computing complex (IVC) "ANGARA-HN" in the development of operating modes of heat supply systems of large cities] // Us-overshenstvovanie planirovaniya rezhimov sistem centralizovannogo teplosnabzheniya. Ulan-Bator, Mongoliya, Nacional'nyj dispetcherskij centr eh-nergosistem Mongolii, 2014. pp. 53-64. (In Russian)
Критерии авторства
Новицкий Н.Н., Алексеев А.В., Токарев В.В. имеют равные авторские права. Новицкий Н.Н. несет ответственность за плагиат.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Contribution
Novitskiy N.N., Alekseev A.V., Tokarev V.V. have equal author's rights. Novitskiy N.N. bears the responsibility for plagiarism.
Conflict of interests
The authors declare no conflict of interests regarding the publication of this article.
