Авторы:
А.Ю. Киреев, ПАО «Газпром», a.kireev@adm.gazprom.ru
Литература:
1. Посягин Б.С., Герке В.Г. Справочное пособие для работников диспетчерских служб газотранспортных систем. М.: ООО «Газпром экспо», 2015. 795 с.
2. Распоряжение ПАО «Газпром» № 44 от 13.02.2017 «Регламент формирования, согласования и утверждения Комплексных планов-графиков диагностических и ремонтных работ на объектах ПАО «Газпром» и получения разрешения на производство работ на объектах транспортировки и подземного хранения газа» [Электронный ресурс]. Режим доступа: ограниченный.
3. Распоряжение ПАО «Газпром» № 3 от 16.02.2015 «Порядок формирования Сводного плана-графика проведения планово-предупредительных ремонтов и получения разрешения на проведение ремонтных работ на объектах добычи и переработки газа, газового конденсата, нефти ОАО «Газпром» [Электронный ресурс]. Режим доступа: ограниченный.
4. СТО Газпром 8-005–2013. Диспетчерское управление. Инструменты. Системы поддержки принятия диспетчерских решений. Общие требования. М.: ОАО «Газпром», 2014. 26 с.
5. СТО Газпром 8-015–2017. Процессы диспетчерского управления. Процессы работы с данными. Оперативные балансы газа. СПб.: Газпром экспо, 2018. 18 с.
6. СТО Газпром 8-004–2013. Инструменты диспетчерского управления. Нормативно-справочная информация диспетчерского управления системами газоснабжения. Объекты диспетчерского управления. М.: ОАО «Газпром», 2014. 20 с.
7. Постановление Правления ПАО «Газпром» от 23.10.2017 № 39 «Комплексная целевая программа развития единого информационного пространства Группы «Газпром» на 2018–2022 гг.» [Электронный ресурс]. Режим доступа: ограниченный.
HTML
Диспетчерское управление Единой системой газоснабжения (ЕСГ) Российской Федерации имеет долгую историю, берущую начало с 1950-х гг. В то время оно представляло собой двухуровневую структуру, в рамках которой специалисты, непосредственно управлявшие оборудованием объектов добычи и транспортировки газа, получали распоряжения напрямую от главного диспетчера Главгаза СССР и ему же передавали режимную информацию.
Диспетчерское управление развивалось и усложнялось вместе с развитием отрасли. С формированием ЕСГ назрела необходимость в едином диспетчерской центре для всей отрасли. Таким центром стало Объединенное диспетчерс-кое управление Главгаза СССР, созданное в 1960 г.
12 апреля 1961 г. заступила на вахту первая смена диспетчеров Объединенного диспетчерского управления (ОДУ). С тех пор ОДУ ведет круглосуточный контроль функционирования газодобываю-щих и газотранспортных предприятий ПАО «Газпром». В настоя-щее время выделяется четыре уровня диспетчерского управления (рис. 1).
С вводом новых газопроводов появилась возможность оперативно перераспределять природный газ между регионами, для чего потребовалось производить расчеты не только одного газопровода, но и нескольких, объединенных перемычками, работающих как в едином, так и в различных гидравлических режимах. Требовалась подготовка математического аппарата, расчетных формул и алгоритмов.
Разработать первую в истории отрасли автоматизированную систему диспетчерского управления ЕСГ было поручено НПО «Союзгазавтоматика». Информация о параметрах работы объектов ЕСГ в производственных объединениях заносилась на перфоленту и отправлялась в Главный вычислительный центр Министерства газовой промышленности СССР, где распечатывалась в виде сводок, которые, в свою очередь, передавались в Центральное диспетчерское управление. Указанная система с различными изменениями и модернизациями просущест-вовала с 1976 по 1988 г.
В 1988 г. в эксплуатацию была принята автоматизированная система сбора, передачи, отображения оперативной технологической информации (АССПООТИ). Способы передачи и обработки информации стали принципиально другими. АССПООТИ стала фундаментом для формирования режимно-технологических и планово-учетных сводок, а также унифицированного комплекса расчета и оптимизации режимов газотранспортных систем (ГТС) семейства «ОПТИМУМ».
В 1995 г. началось создание новой автоматизированной системы диспетчерского управления (АСДУ) ЕСГ. Появился электронный диспетчерский журнал, в настоящее время ставший стандартом в отрасли. С 1996 г. в Центральное производственное диспетчерское управление начали поступать данные реального времени. Начались разработки и внедрение систем поддержки принятия диспетчерских решений.
АКТУАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ
В настоящее время перед диспетчерской службой ПАО «Газпром» руководством Общества дополнительно к постоянной задаче обеспечения надежного и бесперебойного газоснабжения поставлена задача повышения эффективности использования основного технологического оборудования ЕСГ и снижения издержек в облас-ти основной производственной деятельности Общества.
Снижение расхода топливно-энергетических ресурсов на транспортировку природного газа может быть достигнуто за счет оптимизации загрузки ГТС, начиная с газотранспортных коридоров ЕСГ и заканчивая непосредственно оборудованием основных технологических объектов.
Минимизация расходов на поддержание основного технологи-ческого оборудования системы в работоспособном состоянии также является непростой процедурой, заключающейся в создании таких режимов работы ГТС, при которых обеспечивается равномерная загрузка оборудования и исключается работа его в режимах, в которых возможен ускоренный износ оборудования.
Лучшие результаты достигаются при выполнении следующих условий:
– обеспечение оптимальной загрузки газотранспортных коридоров и систем газопроводов;
– обеспечение оптимальной загрузки газотранспортного оборудования каждого газотранспортного коридора;
– обеспечение работы систем магистральных газопроводов с давлениями, наиболее приближенными к максимально допус-тимым;
– приближение давления газа в точках его передачи контрагентам к величине, минимально превышающей контрактные (договорные) значения.
Следует отметить, что вышеперечисленные условия иногда являются взаимоисключающими, что ставит перед оперативным диспетчерским персоналом задачу их ранжирования в каждый конкретный момент времени.
Для организации эффективного диспетчерского управления ЕСГ РФ необходимо разрешить проблему многокритериальности, не имеющую канонического решения. В практике диспетчерского управления основой для ее решения может служить постановка задачи краткосрочного (до 7 сут) прогнозирования с минимизацией интервалов прогнозных данных: отбора газа внутренними и экспортными потребителями с разбивкой по основным коридорам и точкам передачи газа; загрузки объектов ГТС с одновременной оптимизацией по различным крите-риям, в первую очередь по критерию минимизации суммарного расхода топливно-энергетических ресурсов на транспортировку газа.
Начиная с 2016 г. Департаментом последовательно проводится работа по развитию системы краткосрочного прогнозирования отбора газа потребителями в зоне ЕСГ РФ. Разработан методологический подход формирования прогноза отбора газа потребителями в зоне ЕСГ РФ, произведена настройка и ведется постоянная актуализация программного модуля краткосрочного прогнозирования газопотребления.
Увеличение количества внешних факторов, используемых в модели, обеспечило повышение точности прогноза. Это позволило Департаменту перейти к системе превентивного управления режимами работы ГТС, т. е. к заблаговременному созданию режима, наиболее полно удовлетворяющего потребителей газа по всей ЕСГ с учетом инерционности системы.
Необходимость проведения ремонтных работ объектов и оборудования ЕСГ РФ также оказывает влияние на равномерность загрузки ГТС.
Департаментом в качестве упомянутых специальных мер ведется большая работа по синхронизации сроков и оптимизации продолжительности проведения как отдельных ремонтных работ, так и комплексов планово-предупредительных ремонтных работ (ППР). Эффективность проводимой Департаментом работы наглядно продемонстрирована сокращением числа ежегодно проводимых комплексов ППР, которое снизилось с 16 (в 2016 г.) до 11 (в 2018 г.), в условиях роста числа заявок на проведение ремонтных работ (рис. 2, 3).
Проводимые Обществом комп-лексы ППР синхронизированы с ремонтными работами, выполняемыми нашими контрагентами (транзитерами и потребителями) на своих ГТС в странах Европы, а также с работами на объектах добычи и переработки газа, в том числе независимых производите-лей газа.
В 2016 г. был осуществлен ввод в промышленную эксплуатацию модернизированной АСДУ ЕСГ (М АСДУ ЕСГ). По сравнению с ранее функционировавшей АССПООТИ значительно увеличен объем собираемых и обрабатываемых параметров (с 250 тыс. до 1,2 млн), что, в свою очередь, расширило возможности оперативного персонала по анализу и подготовке управляющих решений.
Поскольку в настоящее время еще не принято решение о том, какие инструменты будут нами использоваться для прогнозирования состояния ГТС (нейронные сети, интеллектуальный анализ данных, технологии имитационного моделирования, инструменты искусственного интеллекта, распределенные системы и др.), была сделана сознательная ставка на наращивание объема собираемой, обрабатываемой и хранимой в М АСДУ ЕСГ информации.
В настоящее время М АСДУ ЕСГ состоит из функциональных и технических подсистем. Функциональные подсистемы автоматизируют основные бизнес-процессы диспетчерского управления, а технические подсистемы обес-печивают надлежащую работу функциональных подсистем.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ПОДСИСТЕМЫ
Остановимся подробнее на ключевых функциональных подсис-темах.
Подсистема оперативно-диспетчерского управления. Основной задачей подсистемы выступает обеспечение диспетчерского персонала структурированной оперативной информацией о режимах работы основных технологичес-ких объектов ЕСГ, включая балансовую и технологическую информацию. На экранных формах отображаются данные реального времени, сеансовые и суточные данные. Имеется возможность анализа каждого параметры путем отображения его показателей в табличном и (или) графическом виде с произвольно задаваемыми границами по времени. Также предусмотрена возможность постановки любого параметра на особый контроль и установление для него предупредительных и (или) аварийных уставок, включая уставки на значение градиента (скорости изменения параметра).
Встроенный модуль диспетчерских заданий позволяет осуществлять функционал управления ГТС путем формирования задания и контроля его исполнения.
С помощью М АСДУ ЕСГ обеспечивается хранение информации о диспетчерских заданиях, включая информацию об изменениях его статуса и результатах его выполнения. Обязательна для хранения следующая информация: дата и время формирования задания; должностное лицо, выдавшее задание; параметры диспетчерского задания; фактические параметры в точках, определяемых диспетчерским заданием до его выполнения; должностное лицо, принявшее задание; отметки о корректировке диспетчерского задания в период его выполнения (при наличии); фактические параметры в точках, определяемых диспетчерским заданием после его выполнения; краткая характеристика выполнения задания по результатам контроля выполнения диспетчерского задания.
Подсистема диспетчерского контроля и учета ремонтных работ. Основной задачей подсистемы является выполнение требований документов [2, 3].
Подсистема обеспечивает формирование запроса на проведение ремонтных работ в дочерних обществах, передачу его, включая все необходимые вложенные документы и данные, в Департамент, структурированное отображение указанной информации, автоматизированную подготовку исходящих документов, отражающих суть принятых решений по результатам рассмотрения запроса.
Формируемые подсистемой данные используются под-системой ОДУ, подсистемой моделирования и поддержки принятия диспетчерских решений (программно-вычислительный комплекс (ПВК) «Газоператор», программный комплекс (ПК) «Система отображения» и др.), журналом передачи смен.
Подсистема моделирования и поддержки принятия диспетчерских решений. Подсистема поддержки принятия диспетчерских решений в составе М АСДУ ЕСГ, сформированная в соответствии с требованиями СТО Газпром 8-005–2013 [4] обеспечивает автоматизацию функций расчета возможных потоков газа по ЕСГ и режимов работы ГТС путем моделирования технологичес-ких процессов транспорта газа по ГТС и включает в себя следую-щие программные комплексы: ПВК «Газоператор»; комплекс прогнозирования газопотреб-ления по ГТС и субъектам РФ (ПК «Прогноз газопотребления»); ПВК «Астра-газ»; комплекс отоб-ражения фактического состояния объектов добычи и транспорта газа на типовой общей схеме ЕСГ (ПК «Система отображения»).
Данная подсистема активно взаимодействует через под-систему информационного взаимодействия с множеством других подсистем, входящих в состав М АСДУ ЕСГ и исторической АСДУ, по обмену исходными данными и результатами расчетов.
Подсистема планирования и контроля балансов и поставок газа. Основу подсистемы составляет модуль балансовых расчетов, сформированный в соответствии с требованиями СТО Газпром 8-015–2017 [5], который обеспечивает: формирование оперативных, суточных и месячных фактических балансов газа дочерних обществ и сравнение с соответствующими плановыми показателями; формирование суточного фактического баланса газа Российской Федерации; мониторинг изменения запаса газа в системе, дисбаланса газа по ГТС; предоставление данных для формирования внутренних отчетов подсистемы, для смежных модулей и подсистем М АСДУ; формирование и корректировка месячного и суточного плана поставки газа крупным предприятиям ведущих отраслей промышленности РФ.
Подсистема формирования отчетности и расчета ключевых показателей диспетчерского управления ПАО «Газпром». Основной задачей подсистемы выступает предоставление возможности работы с различными отчетами на базе единого пользовательского интерфейса пользова-телям Департаментов и дочерних обществ ПАО «Газпром».
Подсистема формирования отчетности и расчета ключевых показателей диспетчерского управления обеспечивает: формирование и публикацию отчетов фиксированных форм по запросу или с предустановленной пе-риодичностью; подготовку данных, необходимых для формирования корпоративной отчетности и расчета ключевых показателей эффективности для корпоративного хранилища данных на базе ключевых показателей эффективности Общества; формирование сводной и аналитической отчетности на основании плановой, фактической, оперативной, прогнозной и ретроспективной информации; хранение перечня всех отчетов, шаблонов отчетных форм, архива отчетов фиксированных и настраиваемых форм, экспорт отчетов.
Подсистема управления графическими данными предназ-начена для формирования, сопровождения и предоставления пользователю электронных схем и карт различного назначения, отображающих конфигурацию и состав технологических объектов ЕСГ РФ.
Система управления графичес-кими данными обеспечивает: сбор и хранение схем; актуализацию схем; отображение схем на экране автоматизированного рабочего места и системы корпоративной отчетности; подготовку материа-лов для выпуска альбомов технологических, потоковых и других схем и карт; предоставление графических данных другим задачам и подсистемам; загрузку графических данных из других систем или файлов.
Подсистема нормативно-справочной информации. Основной задачей подсистемы является обеспечение диспетчерского персонала и всех подсистем М АСДУ ЕСГ достоверной и актуальной справочной информацией в объеме, необходимом для осуществления ими своих бизнес-функций. Подсистема нормативно-справочной информации создана в соответствии с требованиями СТО Газпром 8-004–2013 [6].
Подсистема информационного взаимодействия обеспечивает автоматический или автоматизированный двухсторонний обмен данными: между М АСДУ ЕСГ и автоматизированными системами дочерних обществ; с информационно-управляющими системами (ИУС) смежных бизнес-процессов ПАО «Газпром»; с информационными системами внешних организаций и зарубежных диспетчерских центров.
Модуль информационного вза-имодействия обеспечивает взаимодействие между уровнями диспетчерского управления по следующим видам информации: режимно-технологические данные (сеансовые, суточные); режимно-технологические данные реального времени; учетно-балансовые данные (сеансовые, суточные); производственно-отчетные данные (по месяцам); изменения нормативно-справочной информации; запросы на проведение ремонтных работ; диспетчерские задания; расчетная информация ПВК «Астра-газ»; схемографическая информация.
Подсистема информационного взаимодействия использует унифицированные интерфейсы обмена данными, что обеспечивает быстрый процесс подключения новых организаций – участников двухстороннего обмена диспетчерскими данными.
РАЗВИТИЕ ЕДИНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА
В ПАО «Газпром» принята и реализуется «Комплексная целевая программа развития единого информационного пространства Группы «Газпром» на 2018–2022 гг.» [7], в составе которой предусмотрен ряд инициатив, прямо или косвенно имеющих отношение к работе, выполняемой Департаментом.
Главной целью создания информационной системы Департамента стал переход на качественно новый уровень управления ЕСГ РФ путем использования инновационных информационных технологий, особенно в области развития методик и средств прогнозного моделирования, использования методов и технологий обработки больших массивов структурированных и неструктурированных данных (big data), применимых при проведении различных видов аналитической обработки информации, визуализации и имитационном моделировании.
По сравнению с другими энергетическими системами ЕСГ РФ обладает большей инерционностью, поэтому выработка и реализация управляющего воздействия на объекты ЕСГ РФ по принципу «здесь и сейчас» (реактивный метод управления) являются запаздывающими. Между командой, ее реализацией и реагированием системы на воздействие может пройти от 6 до 24 ч.
Более оптимальным представляется проактивный метод управления, при котором выработка и реализация управляющего воздействия нацелены не на приведение уже сформированного режима работы ЕСГ к лучшему (более надежному, более экономичному и т. п.) состоянию, а на определение прогнозного наилучшего состояния ЕСГ и его формирование путем выработки и реали-зации команд на управление с учетом времени реагирования системы на эти команды.
В практической деятельности диспетчерского персонала в настоящее время используется комбинация этих двух методов.
Дальнейшее развитие информационной системы Департамента представляется как реализация инструментов, способствующих достижению следующих целей:
– обеспечение диспетчерского персонала более точной и детализированной актуальной информацией о текущем состоянии объектов ЕСГ РФ;
– обеспечение диспетчерского персонала актуальной прогнозной информацией об изменениях на внешнем и внутреннем рынках газа на период до 3 сут с почасовой разбивкой на ближайшие 24 ч;
– обеспечение диспетчерского персонала актуальной прог-нозной информацией о ресурсах и изменениях их состояния, о физических параметрах газа в точках, включая информацию о качественных параметрах газа на период до 3 сут с почасовой разбивкой на ближайшие 24 ч;
– планирование распределения потоков по ЕСГ на основе указанной прогнозной информации с учетом влияния плановых мероприятий и управляющих решений на объектах ЕСГ РФ.
Для реализации поставленных целей необходимо дальнейшее развитие и создание следующих средств: инструменты прог-нозирования газопотребления на внутреннем рынке; системы моделирования нестационарных и стационарных режимов работы производственных объектов ЕСГ РФ; инструменты моделирования и оптимизации потоков с учетом плановых мероприятий и управляющих решений на объектах ЕСГ РФ, в том числе с расчетом качественных характеристик потока газа; инструменты по краткосрочному (на период до 3 сут с почасовой разбивкой на ближайшие 24 ч) планированию потоков газа; инструменты по мониторингу, прогнозированию и управлению качественными параметрами газа.
ЕДИНАЯ МОДЕЛЬ ЕСГ
Комплексная целевая программа [7] предусматривает создание Единой модели ЕСГ. Стратегичес-кий характер этой работы заключается в разработке на основе унифицированного описания объектов ЕСГ единых объектов нормативно-справочной информации, которые в дальнейшем будут использоваться для целей автоматизации бизнес-процессов, их вертикальной и горизонтальной интеграции.
Первоочередные задачи, выполнение которых необходимо обеспечить в рамках создания Единой модели ЕСГ, следующие:
– разработка правил определения и кодировки идентичных сущностей (объектов), используе-мых различными бизнес-процессами Общества, в том числе с целью агрегации информации об объектах, формируемой в различных ИУС, и информационного взаимодействия между разными ИУС;
– обеспечение единства справочной информации, используемой в качестве исходных данных бизнес-процессами Общества;
– повышение качества (достоверности, непротиворечивости, актуальности, доступности) справочной информации, используемой в качестве исходных данных бизнес-процессами Общества.
Переход на использование Единой модели ЕСГ в бизнес-процессах диспетчерского управления позволит: повысить качество информации, используемой для анализа текущего состояния ЕСГ и принятия диспетчерских решений, и, как следствие, повысить качество принимаемых диспетчерских решений; упростить процессы информационного обмена М АСДУ ЕСГ с различными ИУС; обеспечить возможность использования качественно нового типа информации об объектах диспетчерского управления; упростить процессы актуализации НСИ.
Реализация Единой модели ЕСГ, которая должна удовлетворять интересам основных бизнес-процессов Общества, – широкомасштабная задача, требующая участия всех основных подразделений ПАО «Газпром».
Таким образом, в процессе создания и дальнейшего развития М АСДУ ЕСГ ставится задача создания целостной комплексной цифровой экосистемы, т. е. среды, обеспечивающей условия для инновационного развития систем оперативного контроля и управления технологическими режимами объектов ЕСГ РФ, охватывающей весь объем сбора, обработки и анализа фактической и расчетной информации, как первичной, так и агрегированной, а также в полном объеме включающей процедуры прогнозирования и управления от выработки управляющего воздействия до контроля их исполнения и анализа результатов их воздействия на ГТС.