CC BY
41
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 ■“
| 0.57
-0.13 |
.06 |
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.
