Верификация результатов измерений параметров систем теплопотребления

Чипулис В.П.

ВЕРИФИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ

В последние годы в значительной степени активизируются работы по созданию автоматизированных систем коммерческого и технологического учета тепловой энергии. Одна из наиболее серьезных и нетривиальных задач, возникающих при их построении, заключается в адекватном перенесении результатов измерений от носителей информации (архивов интеграторов теплосчетчиков) в базу данных, являющуюся информационным фундаментом любой информационно-аналитической системы, ориентированной на анализ режимов функционирования тепловых узлов и подготовку отчетов о потребляемых ресурсах в теплоснабжающую организацию. Однако успешное решение этой задачи зачастую не является гарантией того, что полученные результаты измерений можно считать основой для расчетов между поставщиком и потребителем тепловой энергии, а так же выработки рекомендаций по корректировке эксплуатационных режимов тепловых узлов.

Все мероприятия, связанные с ответом на вопрос, правомерно ли вовлекать полученные данные в коммерческие расчеты или технологические процедуры, будем относить к верификации результатов измерений. Детализируем причины, побуждающие к верификации результатов измерений.

Основная из них - возможность получения недостоверных результатов измерений, то есть измерений с превышением допустимой величины погрешности. Очевидно, что выявить факт получения недостоверных результатов путем их анализа весьма проблематично при незначительных отклонениях погрешности измерений от допустимой величины. По сути, единственная возможность заключается в анализе баланса потоков в закрытой системе теплопотребления, а именно, в вычислении относительной погрешности 5м рассогласования каналов измерения расходов в подающем и обратном трубопроводах (для закрытой системы теплопотребления) и последующем сопоставлении ее с допустимой величиной. Однако даже допустимое значение вычисленной по результатам измерений величины 5м не является гарантией достоверности измерения расхода. Отметим, что при значительных значениях погрешностей возможности аналитического заключения о достоверности измерений значительно возрастают.

Вторая причина заключается в том, что результаты измерений могут свидетельствовать о нарушении требований нормативной базы, например «Правил учета тепловой энергии и теплоносителей». Нарушение требований «Правил учета ...» (например, несоблюдение баланса потоков в закрытой системе теплопотребления или выход измеряемой величины за пределы динамического диапазона измерений) автоматически ведет (по крайней мере, должно вести) к непризнанию результатов измерений теплоснабжающей организацией и переводу потребителя от оплаты по фактическому (измеренному) теплопотреблению к оплате по расчету. В таких случаях крайне важно своевременно обнаружить факт отклонения от требований нормативной базы и принять надлежащие меры к их устранению.

Следующий серьезный момент связан с поведенческими дефектами, причина возникновения которых не связана с конкретным тепловым узлом и установленным на нем измерительным оборудованием. В качестве примера такого дефекта можно привести отрицательную разность температур в подающем и обратном трубопроводах системы теплопотребления, вызванную не инструментальными погрешностями датчиков температур, а изменением направления потока теплоносителя. В этих случаях верификация результатов измерений должна выполняться на системном уровне.

Материал данной статьи не претендует на полноту перечисления всех причин, приводящих к неадекватным результатам измерений и требующих их верификации. Выше указаны три основные, на взгляд автора, причины. К другим могут быть отнесены, например, такие как дефекты интегратора, перетоки, несанкционированный водозабор, подключение дополнительной тепловой нагрузки без уведомления теплоснабжающей организации, сбои при дистанционной передаче архивных данных в компьютер. Список причин, бесспорно, может быть продолжен.

В материалах 25-й конференции «Коммерческий учет энергоносителей» была описана информационноаналитическая система СКУТЕР, предназначенная для экспресс-анализа и анализа ретроспективной информации объектов теплоэнергетики - как источников, так и потребителей тепловой энергии. При проектировании системы существенным образом учитывались потребности верификации результатов измерений (в первую очередь для задачи коммерческого учета). Функциональные возможности как системы в целом, так и ее отдельных модулей позволяют с различных позиций подойти к решению задачи верификации.

Пользователю предоставляются следующие, упорядоченные в группы, возможности верификации результатов измерений на интересующем его интервале времени.

1. Сравнительный анализ отдельных измеряемых и/или вычисляемых на их основе параметров в сопоставлении с их нормативными или ожидаемыми (прогнозируемыми) значениями.

Значительные отклонения сопоставляемых величин должны являться сигналом для пользователя к дальнейшим действиям по более детальному анализу и выявлению причины этих отклонений.

В части сравнительного анализа можно отметить следующие возможности системы:

* горизонтальная расцветка визуализируемых графиков с указанием областей допустимых и недопустимых значений заданного пользователем параметра (рис.1),

*графики изменения измеренных и нормативных значений параметров во времени и относительно температуры наружного воздуха,

рис.1. Горизонтальная расцветка графиков

* графики изменения параметров по часам суток, дням недели, месяцам года (рис.2),

рис.2. Графики ûM=Mi-M2 по часам суток и дням недели

* диаграммы сравнения измеренного и нормативного теплопотрения для группы объектов (рис.З),

* графики параметров за одинаковые интервалы времени различных лет (отопительных сезонов),

* графики параметров двух объектов за одинаковый интервал времени,

* графики рассчитанного (на основании измеренных расходов и температур) и измеренного (считанного из интегратора) теплопотребления (рис.4),

Рис.З. Диаграмма измеренного и нормативного теплопотребления

Рис.4. График измеренного и расчетного количества тепловой энергии

Рис.5. Соответствие теплового и гидравлического режимов 2. Анализ (установление) взаимосвязи между параметрами объекта.

* диаграммы соответствия теплового и гидравлического режимов для группы объектов (рис.5),

* диаграммы баланса потоков в закрытой системе теплопотребления для группы объектов (рис.6).

-0.67

2.05

-4.63 “

-0.13 |

1 1 1 -2.54 Д ~ 1 1 1 \

-10.00

-7.50

-5.00

-2.50

0.00

2.50

5.00

7.50

10.00

Рис.6. Диаграмма баланса потоков

3. Регрессионный анализ результатов измерений.

Задача верификации в данном случае сводится к задаче определения различимости двух информационных образов - эталонного и исследуемого [2]. Аппроксимируя результаты измерений эталонной выборки, можно определить функцию у, связывающую измеряемые параметры объекта, имеющие понятный физический смысл (например, функцию 12=а11+ЬИ1+о для закрытой системы теплопотребления). Назовем эту функцию эталонной. Она является как бы лицом, фотографией нормально функционирующего объекта в исправном состоянии. Далее процесс верификации на исследуемой выборке заключается в вычислении значений эталонной функции и сравнении их с измеренными значениями параметра у. В случае значительного расхождения сравниваемых величин делается вывод (в общем случае) о наличие в объекте дефекта - поведенческого или физического, либо о недостоверности результатов измерений (рис.7).

Регрессионный анализ, основанный на формировании и дальнейшем использовании эталонной функции, является наиболее эффективным способом верификации. Он хотя и не позволяет конкретизировать причину получения неадекватных результатов измерений, но с большой степенью вероятности указывает пользователю на необходимость более глубокого их анализа с целью установления этой причины.

ЩТ2 = ЦМ1, Т1); У = 1.4578x1 +0.3478 x2 +0.2862, Я-квадрат = 0.9355 Ш Фактические данные по Т2, точек: 695 1

100 о--

75.0

б)

Рис.7. Графики измеряемого и вычисляемого по эталонной функции параметра t2 на эталонной (а)) и верифицируемой выборке результатов измерений

В заключение следует отметить, что проблема верификации результатов измерений является весьма нетривиальной и, безусловно, актуальной. Требуются усилия для ее более четкой формализации и дальнейшей разработки методов и средств верификации, позволяющих получать удовлетворяющие пользователя решения.