Система оптимизации балансов теплоснабжающей организации
Полезная модель относится к информационным компьютеризированным системам и может быть использована для формирования фактического и прогнозного балансов теплоснабжающей организации, а также расчета основных технико-экономических показателей этих балансов. Технический результат заключается в повышении точности и достоверности выходных данных при формировании фактического и прогнозного балансов теплоснабжающей организации. Система оптимизации балансов теплоснабжающей организации включает в себя блок загрузки данных, блок консолидации данных, блок формирования фактического теплового баланса, блок анализа и визуализации, блок формирования прогнозного теплового баланса.
Техническое решение относится к информационным компьютеризированным системам и может быть использовано для формирования фактического и прогнозного балансов теплоснабжающей организации, а также расчета основных технико-экономических показателей таких балансов.
Из уровня техники известна система оптимизации балансов теплоснабжающей организации (учета расхода потребляемой энергии), описанная в патенте на полезную модель RU 81366 U1, опубликованном 10.03.2009. Указанная система является наиболее близким аналогом по отношению к заявленной полезной модели. Известная система состоит из блока загрузки (сбора) данных, соединенного с блоком консолидации данных (база данных), который соединен с блоком формирования фактического теплового баланса, при этом блок формирования фактического теплового баланса соединен с блоком анализа и визуализации и блоком формирования прогнозного теплового баланса (формирование плана по потреблению энергии).
Известная система позволяет определять количество потребляемой энергии, производить ее сравнение с плановыми параметрами и отображать проанализированную информацию, однако в известной системе отсутствует возможность построения прогнозного баланса.
Заявляемая полезная модель направлена на решение технической задачи по созданию информационной компьютеризированной системы, которая при формировании фактического и прогнозного балансов эффективно объединяет финансовую и технологическую информацию.
Достигаемый при этом технический результат заключается в повышении точности и достоверности выходных данных при формировании фактического и прогнозного балансов теплоснабжающей организации.
Указанный технический результат достигается тем, что система оптимизации балансов теплоснабжающей организации включает в себя блок загрузки данных, блок консолидации данных, блок формирования фактического теплового баланса, блок анализа и визуализации и блок формирования прогнозного теплового баланса, причем блок загрузки данных соединен с блоком консолидации данных, который соединен с блоком формирования фактического теплового баланса, при этом блок формирования фактического теплового баланса соединен с блоком анализа и визуализации и блоком формирования прогнозного теплового баланса.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения указанного технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.
Блок загрузки данных может быть представлен в виде датчиков измерения тепла, датчиков измерения давления газа, датчиков работоспособности и других датчиков контроля и учета. Указанные датчики выполнены с возможностью автоматической передачи данных. Также блок загрузки данных может быть представлен в виде компьютера или переносного вычислительного устройства, в который вносятся данные с аналоговых датчиков контроля и учета.
Блок консолидации данных представляет собой базу данных на сервере, предназначенную для хранения и консолидации данных, полученных из блока загрузки данных, и разработанную с учетом требований совместимости с существующими программными системами автоматического контроля и учета показаний измерительных приборов и системами выставления счетов. Блок консолидации выполнен с возможностью ведения сквозных справочников точек учета тепловой энергии.
Блок формирования фактического теплового баланса принимает на вход данные, полученные и консолидированные в блоке консолидации данных. В рамках блока формирования фактического теплового баланса предусмотрены следующие особенности расчетного алгоритма: процедуры заполнения недостающих данных полученных со счетчиков на источниках тепловой энергии, тепловых пунктах или у потребителей, процедуры заполнения недостающих данных в случае отсутствия приборов учета в некоторых узлах системы теплоснабжения, учет особенностей потребителей, имеющих субабонентов, возможность переключений потребителей между тепловыми пунктами в течение расчетного периода, возможность переключений тепловых пунктов между источниками тепловой энергии в течение расчетного периода, возможность подключения потребителей тепловой энергии непосредственно к источникам тепловой энергии, возможность расчета как для систем с собственной выработкой, так и для систем, работающих с покупной тепловой энергией.
Результатом работы блока формирования фактического теплового баланса является формирования балансового уравнения для каждого участка сети.
Приблизительная схема работы блока формирования фактического теплового баланса по расчету фактического баланса представлена ниже:
1. Сбор данных для формирования фактического баланса тепловой энергии.
При сборе фактических натуральных показателей работы системы теплоснабжения, информация предоставляется в разрезе следующих структурных единиц системы теплоснабжения:
а) Источники генерации тепловой энергии (далее Источники);
б) Тепловые пункты (далее ТП);
в) Потребители тепловой энергии (далее Потребители).
К фактическим натуральным показателям работы системы теплоснабжения относятся, в первую очередь, объемы генерации и потребления тепловой энергии, измеряемые в гигакалориях (далее Гкал). При этом учитываются связки ТП с Источниками тепловой энергии и Потребителей с ТП. Базовым источником данных для формирования баланса и анализа являются фактические натуральные показатели, полученные с приборов учета тепловой энергии.
2. Заполнение недостающих данных.
В некоторых случаях сбор данных с приборов учета на некоторых участках системы теплоснабжения произвести невозможно. Ниже приводится перечень таких случаев:
а) Прибор учета номинально установлен, но данные с него либо некорректны, либо он временно выведен из строя (поломка, поверка) -в данном случае фактические показатели для Системы управления балансами (далее СУБ) предполагается получать на основе накопленной статистики по данному узлу учета путем экстраполяции на основе определенного предшествующего периода (например, 3 года), во время которого данный прибор учета исправно функционировал.
б) ТП не был оборудован прибором учета. В данном случае показатели предполагается получать расчетным путем на основе данных отпуска тепловой энергии Потребителям, присоединенным к соответствующему ТП, и нормативных потерь во вложенных контурах распределительных сетей этого ТП.
в) Потребитель не оборудован прибором учета. В данном случае расчет фактических показателей будет производиться по действующим нормативам.
г) ТП и ряд Потребителей этого ТП не оборудованы приборами учета. В данном случае фактические показатели указанных двух уровней рассчитываются в несколько этапов:
- количество тепловой энергии, пришедшее на соответствующий ТП, определяется через разницу между отпуском в сеть от источника, нормативных потерь в магистральных сетях источника, от которого данный ТП получает тепловую энергию, и фактическим отпуском на другие ТП данного источника, полученные по приборам учета;
- количество тепловой энергии, полученное Потребителями соответствующего ТП, не имеющими приборов учета, определяется через разницу между полученным теплом ТП от Источника, полезным отпуском Потребителям, который ведется по домовым приборам учета, нормативных потерь в соответствующих контурах распределительных сетей данных Потребителей, после чего оставшийся полезный отпуск распределяется между Потребителями, не имеющими приборов учета, пропорционально их договорным нагрузкам.
3. Корректировка расчета.
Учет переключений Потребителей между ТП и ТП между Источниками.
В тех случаях, когда переключение происходит в течение расчетного периода (месяца), разделение объемов поставки тепловой энергии производится пропорционально длительности соответствующих временных периодов.
В ряде случаев данные, поступающие на вход алгоритма расчета баланса, не отражают действительной структуры теплоснабжения. В этом случае применяются структурные корректировки на двух уровнях:
- привязка Потребителей к ТП;
- привязка ТП к Источникам.
4. Расчет потерь в магистральных сетях и тепловых вводах.
На основе данных, полученных на предыдущих этапах расчета, потери в магистральных сетях и тепловых вводах рассчитываются как разность отпуска тепловой энергии на Источнике и суммарного поступления на ТП (включая расчетные объемы для ТП, не оборудованных приборами учета).
5. Расчет потерь в тепловых пунктах и разводящих сетях.
Потери в тепловых пунктах и разводящих сетях рассчитываются как разность поступления на ТП и суммарного отпуска Потребителям. В случае полного или частичного отсутствия приборов учета используются данные, полученные на этапе заполнения недостающих данных.
6. Анализ результатов расчета потерь.
После завершения расчета потерь проводится анализ корректности баланса. В рамках анализа выявляются аномалии следующих видов:
а) несогласованность данных (отрицательные потери);
б) выбросы удельных показателей потерь (существенные отклонения абсолютных и удельных величин от статистических данных и аналогов);
в) выбросы объемов (существенные отклонения абсолютных и удельных величин от статистических данных и аналогов).
Система предоставляет базовые аналитические возможности для расследования возможных причин аномалий. В частности, проводится факторный анализ тепловых потерь в зависимости от состава сетевых активов. В том случае, если на этапе анализа результатов расчета потерь выявлены существенные аномалии, происходит возврат на этап сбора данных.
7. Формирование сводного баланса.
На основе проведенных расчетов формируется сводный отчет по балансу потребления, производства и потерь тепловой энергии в разрезе Источников, предприятий, филиалов, а также по организации в целом.
8. Распределение потерь в магистральных линиях и тепловых вводах по ТП.
После того, как баланс сформирован, проводится распределение потерь в магистральных линиях и тепловых вводах по отдельным ТП. Этот расчет необходим для определения себестоимости теплоснабжения и сценарного моделирования. В системе реализованы следующие принципы разделения потерь по Потребителям:
а) пропорционально дальности передачи;
б) пропорционально объему передачи;
в) пропорционально произведению объема и дальности передачи.
9. Распределение суммарных потерь, отнесенных по ТП, по потребителям. Распределение проводится пропорционально объему полезного отпуска.
В рамках блока анализа и визуализации реализуется ряд функций, целью которых является обнаружение сигналов неэффективности системы теплоснабжения. Блок анализа и визуализации получает на вход сформированный фактический баланс теплоснабжающей организации.
Результатом работы блока анализа и визуализации является карта узловых цен. Узловые цены отражают себестоимость единицы тепловой энергии в данной точке системы теплоснабжения. Себестоимость учитывает расходы, связанные с производством или покупкой тепловой энергии, в том числе условно-постоянные (эксплуатационные) расходы, стоимость топлива, объем потерь тепловой энергии на пути от Источника до данной точки.
Приблизительный алгоритм работы блока анализа и визуализации:
а) определение состава входящих узлов;
б) определение в соответствии с принятыми расчетными формулами себестоимости передачи тепловой энергии для каждого узла;
в) определение в соответствии с принятыми расчетными формулами себестоимости производства или покупки для каждого узла;
г) расчет узловых цен для каждого узла по следующей формуле:
yц i=bi+
aij*yцj,
где b - себестоимость передачи в пределах данного узла,
а - весовой коэффициент вышестоящего узла;
д) вывод графической карты узловых цен в следующих форматах:
- двухмерный график для анализа соотношения плана и факта;
- трехмерный график для анализа выбросов во временном и пространственном измерениях;
- график для анализа структурной взаимосвязи между узловыми ценами.
Блок формирования прогнозного теплового баланса позволяет в автоматическом режиме сформировать прогноз потребления тепловой энергии, построить схему передачи тепловой энергии по магистральным линиям, тепловым вводам и тепловым пунктам, спрогнозировать загрузку оборудования и расход топлива на период регулирования. Временной шаг планирования - месяц. Планирование осуществляется с детализацией вплоть до уровня отдельных Потребителей и Источников. Блок формирования прогнозного теплового баланса аккумулирует как плановые, так и фактические данные. На основе выходных данных работы блока формирования прогнозного теплового баланса в системе ежемесячно осуществляется сравнительный анализ плановых и фактических показателей.
На вход блока формирования прогнозного теплового баланса поступают следующие данные:
- фактический баланс производства, передачи и потребления тепловой энергии за прошлые периоды;
- информация по структурным изменениям системы теплоснабжения;
- изменение состава Источников;
- изменение состава ТП;
- указание Источников новых ТП;
- изменение состава Потребителей;
- указание ТП и Источников для новых Потребителей;
- изменение состава генерирующего оборудования;
- договорные объемы потребления Потребителями на следующий год;
- договорные объемы потребления за прошлые и настоящие периоды;
- удельный расход условного топлива на единицу выработки, заданный для каждого Источника ступенчатой функцией от объема производства тепловой энергии, которая соответствует режимной карте оборудования или удельным расходам топлива, утвержденным регулирующим органом (в этом случае ступенчатая функция имеет одну ступень);
- предельные объемы выработки тепловой энергии на Источниках;
- нормативные потери тепловой энергии.
Приблизительная схема работы блока формирования прогнозного теплового баланса по расчету прогнозного баланса представлена ниже:
1. Расчет фактического коэффициента соотношения договорных и фактических нагрузок.
2. Расчет планового потребления новых Потребителями на основе их договорных параметров и коэффициента соотношения договорных и фактических нагрузок.
3. Расчет индексов изменения договорных нагрузок для каждого Потребителя, который снабжается тепловой энергией в текущем году и будет снабжаться в будущем.
4. Расчет прогнозных объемов потребления для Потребителей, которые снабжались тепловой энергией в прошлом и будут снабжаться в будущем, расчет проводится методом индексации фактических значений на индекс изменения договорных нагрузок.
5. Формирование схемы снабжения «Источник-Потребитель».
6. Расчет прогнозных объемов Источников как суммы нормативных потерь и прогнозных балансовых объемов потребления всех Потребителей, присоединенных к данному Источнику.
В том случае, если в базовом месяце тепло Потребителю подавалось с нескольких ТП и Источников, разделение объемов потребления осуществляется с сохранением пропорции по каждому Потребителю.
В том случае, если сохранение пропорции невозможно в связи с технологическими ограничениями, замещение и дозагрузка Источников осуществляется в автоматизированном режиме в соответствии с принципом экономической эффективности (для переключений в первую очередь выбираются более дешевые Источники), при этом при наличии учитываются как возможности переключения между ТП, так и переключения между Источниками.
Результатом работы блока формирования прогнозного теплового баланса является:
а) балансовые объемы прогнозного отпуска тепловой энергии за месяц;
б) прогнозный объем расходов условного топлива по каждому Источнику. Настоящая полезная модель промышленно применима, так как может быть реализована с использованием широко применяемых компьютеризированных систем.
Система оптимизации балансов теплоснабжающей организации, включающая в себя блок загрузки данных, блок консолидации данных, блок формирования фактического теплового баланса, блок анализа и визуализации и блок формирования прогнозного теплового баланса, причем блок загрузки данных соединен с блоком консолидации данных, который соединен с блоком формирования фактического теплового баланса, при этом блок формирования фактического теплового баланса соединен с блоком анализа и визуализации и блоком формирования прогнозного теплового баланса.
