基于機(jī)理模型預(yù)測(cè)控制的城市供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于機(jī)理模型預(yù)測(cè)控制的城市供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)，本熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：步驟S1，建立預(yù)測(cè)模型；步驟S2，以均衡供熱為目標(biāo),通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得一級(jí)熱網(wǎng)中各泵、各閥的調(diào)節(jié)方案；本發(fā)明以供熱一級(jí)熱網(wǎng)的預(yù)測(cè)模型為核心，利用預(yù)測(cè)控制獲得一級(jí)熱網(wǎng)系統(tǒng)中總數(shù)在數(shù)十到數(shù)百的水泵和電磁閥的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)方案，實(shí)時(shí)對(duì)熱網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，解決了熱網(wǎng)控制滯后及熱用戶冷熱不均的問題。
【專利說明】
基于機(jī)理模型預(yù)測(cè)控制的城市供熱系統(tǒng)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及城市供熱系統(tǒng)的智慧調(diào)控技術(shù)，特別針對(duì)基于模型預(yù)測(cè)控制的集中供 熱系統(tǒng)一級(jí)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在我國(guó)能源生產(chǎn)與消費(fèi)轉(zhuǎn)型的背景下，城市供熱系統(tǒng)的熱源條件變得越來越復(fù) 雜，有熱電聯(lián)產(chǎn)廠、熱水鍋爐、工業(yè)余熱、風(fēng)能、地?zé)岬炔煌问浇M合。為支撐多源互補(bǔ)運(yùn)行， 城市供熱系統(tǒng)的一級(jí)熱網(wǎng)進(jìn)一步向互聯(lián)、成環(huán)的結(jié)構(gòu)發(fā)展，同時(shí)，為減少供回水管網(wǎng)之間閥 口的節(jié)流損失，并增加調(diào)節(jié)靈活性，更多采用分布式變頻累輸配技術(shù)。聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行、可靠性提 高的同時(shí)卻增加了調(diào)度運(yùn)行的難度。目前我國(guó)供熱系統(tǒng)自動(dòng)化、智能化水平還普遍偏低，傳 統(tǒng)調(diào)節(jié)方式下水力失調(diào)問題依然嚴(yán)重，熱負(fù)荷分配不均衡，熱用戶滿意度低，控制與經(jīng)濟(jì)效 益的矛盾日益尖銳。
[0003] 由于大中型城市的供熱管網(wǎng)是一個(gè)大規(guī)模的復(fù)雜熱工水力系統(tǒng)，具有非線性、多 變量、強(qiáng)禪合性、高延遲的特點(diǎn)，一級(jí)熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)度過程中的調(diào)節(jié)對(duì)象包括數(shù)量眾多的變頻 累、電磁閥，傳統(tǒng)的PID控制方法對(duì)于禪合性強(qiáng)、慣性大的系統(tǒng)容易造成震蕩，進(jìn)而引發(fā)城市 供熱系統(tǒng)的水力失調(diào)。近年來，模型預(yù)測(cè)控制方法由于能夠通過設(shè)計(jì)被控制變量的未來軌 跡，來最大限度地模擬現(xiàn)實(shí)世界中過程控制的各種情況，且具有較好的魯棒性和動(dòng)態(tài)控制 效果，在煉油、化工、食品加工、航空等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，將該方法應(yīng)用于民用供熱系 統(tǒng)一級(jí)熱網(wǎng)的控制調(diào)節(jié)具有潛在的巨大優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法及系統(tǒng)，W解決熱網(wǎng)調(diào)節(jié)滯后W及管網(wǎng)水 力失調(diào)、熱用戶冷熱不均的問題。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟SI,建立預(yù)測(cè)模型；
[0007] 步驟S2, W均衡供熱為目標(biāo)，通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得一級(jí)熱網(wǎng)中各累、各閥的調(diào)節(jié) 方案。
[000引進(jìn)一步，所述步驟Sl中建立預(yù)測(cè)模型的步驟包括:步驟Sll，熱工水力分析求解；W 及步驟S12,預(yù)測(cè)模型校正。
[0009] 進(jìn)一步，所述步驟Sl 1中熱工水力分析求解的方法包括：
[0010] 步驟Slll，將管網(wǎng)轉(zhuǎn)換為由節(jié)點(diǎn)和區(qū)段構(gòu)成的有向圖模型，即管網(wǎng)圖；其中節(jié)點(diǎn)表 示存在流量進(jìn)出的點(diǎn)，用集合V表示，V=[Vi，V2,…，VnL式中，n為管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；區(qū)段 是節(jié)點(diǎn)間的連接管段，用集合E表示，E=[Ei瓜，…，EmL式中m為區(qū)段數(shù)，有向圖表示成G = < V，E>;
[00川根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖論得到管網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣A和基本回路矩陣B，其中A為nXm階矩陣，B為S Xm階矩陣，S為基本回路個(gè)數(shù)s=m-n+l;
[0012] 步驟S112,計(jì)算管網(wǎng)的阻力特性系數(shù)；
[0013] 步驟S113,構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，即管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型：
[0014] AgT=O;
[0015] BAhT=O;
[00W 式中，G為記錄管網(wǎng)圖中各管段內(nèi)體積流量的行向量G= [Gi ,G2 ,…，Gm]; A H為記錄 管網(wǎng)圖中各管段總阻力損失的列向量，即 [0017] ah=s*|g|*g+z-曲；
[001引式中，S為一級(jí)熱網(wǎng)中各管段的阻力特性系數(shù)矩陣
[0019] S = HiflP-ISi .S9. ??? ,S",I .
[0020]
[0021 ] K為管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糖度，一般K = 0.00 05m; d為管道內(nèi)徑;1、Id分別為管網(wǎng)計(jì)算 管段的長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度;P為管內(nèi)熱水的平均密度；
[0022] Z為管段兩節(jié)點(diǎn)位能差的列向量2=[幻點(diǎn)，…，Zm]T;
[002引化為熱網(wǎng)中的水累揚(yáng)程列向量化=化1，化2，…，曲m] T ;
[0024] 步驟SI 14，熱網(wǎng)熱工水力計(jì)算，即
[0025] 將所述管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型結(jié)合環(huán)路平差流量調(diào)節(jié)算法經(jīng)多次迭代計(jì)算，獲得 各管段內(nèi)熱水的體積流量。
[0026] 所述步驟S12中預(yù)測(cè)模型校正包括:利用熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。
[0027] 進(jìn)一步，所述步驟S2中W均衡供熱為目標(biāo)，通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得一級(jí)熱網(wǎng)中各 累、各閥的調(diào)節(jié)方案的方法包括如下步驟：
[0028] 步驟S21，W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)各 熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值；
[0029] 步驟S22,采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行方式進(jìn)行尋優(yōu)。
[0030] 進(jìn)一步，所述步驟S21中W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得 出應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)各熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值;即
[0031 ] -次側(cè)流量的目標(biāo)方程為：
(Dr
[0032]
[00削式中（Glr)康示第i個(gè)熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值，S為熱力站的總數(shù)，C為水的比 熱容，P為熱水的密度，Cl為從散熱器熱水到室外的等效傳熱系數(shù)，化iFi)i表示第i個(gè)熱力站 中換熱器的換熱能力，Kwnst表示定量;W及
[0034]
[0035]
[0036] 在Cl和化化)1的式中，他)康示熱力站i二級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)水體積流量，t2g表示二級(jí)熱 網(wǎng)供水溫度，t2h表示二級(jí)熱網(wǎng)回水溫度，tig表示熱力站一級(jí)熱網(wǎng)供水溫度，tlh表示熱力站 一級(jí)熱網(wǎng)回水溫度，^為室外溫度，3~5天；
[0037] 又有一級(jí)熱網(wǎng)總供水流量Git等于各熱力站一次側(cè)流量之和，即
[00測(cè)
巧）；
[0039] Git為一級(jí)熱網(wǎng)總供水流量，為已知量。
[0040] 將(1、化lFl)i代入(Glr)I的計(jì)算公式（1)，聯(lián)立式（1)、式(2)即解出Kwnst值，進(jìn)而通 過式(1)得到各熱力站一次側(cè)流量目標(biāo)值。
[0041] 進(jìn)一步，所述步驟S22中采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行方式進(jìn)行尋優(yōu)， 其中尋優(yōu)的優(yōu)化目標(biāo)包括供熱均衡性目標(biāo)，通過分配到達(dá)各熱力站換熱器的一級(jí)熱網(wǎng)流量 (Gi)iW 實(shí)現(xiàn)；
[0042] 尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)為
[0043]
[0044]
[0045] 、' Lr I.
[0046] (Gi)I為通過預(yù)測(cè)模型模擬得到的到達(dá)第i個(gè)熱力站的一級(jí)熱網(wǎng)流量計(jì)算值;W及
[0047] 化b)i為水累消耗的電功率：
[004引
[00例 g為重力加速度，（Gb)功累送熱水的體積流量，化b)功水累揚(yáng)程；（?)功水累的效 率，下標(biāo)j表示水累編號(hào)；
[0050] 在相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算公式中，Z為優(yōu)化的綜合指標(biāo)，化為熱力站個(gè)數(shù)，化為一級(jí)熱 網(wǎng)變頻增壓累的個(gè)數(shù)，Nv為一級(jí)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的個(gè)數(shù)，Ik為調(diào)節(jié)閥開度，下標(biāo)k表示調(diào)節(jié)閥編 號(hào)，Imin為調(diào)節(jié)閥允許的最小開度，Ae、AE、Al分別為到達(dá)各熱力站的一級(jí)熱網(wǎng)流量、水累的電 耗量W及閥口開度的重要性權(quán)值。
[0051] 又一方面，本發(fā)明還提供了一種熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括：
[0052] 預(yù)測(cè)模型建立單元，與該預(yù)測(cè)模型建立單元相連的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)單元。
[0053] 進(jìn)一步，所述預(yù)測(cè)模型建立單元適于建立預(yù)測(cè)模型，即包括:熱工水力分析求解模 塊，W及預(yù)測(cè)模型校正模塊。
[0054] 進(jìn)一步，所述熱工水力分析求解模塊，即
[0055] 將管網(wǎng)轉(zhuǎn)換為由節(jié)點(diǎn)和區(qū)段構(gòu)成的有向圖模型，即管網(wǎng)圖；其中節(jié)點(diǎn)表示存在流 量進(jìn)出的點(diǎn)，用集合V表示，V=[Vi，V2,…，VnL式中，n為管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；區(qū)段是節(jié)點(diǎn)間 的連接管段，用集合E表示，E =化瓜，…，Em]，式中m為區(qū)段數(shù)，有向圖表示成G = <V，E〉；
[0056] 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖論得到管網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣A和基本回路矩陣B，其中A為nXm階矩陣，B為S Xm階矩陣，S為基本回路個(gè)數(shù)s=m-n+l;
[0057] 計(jì)算管網(wǎng)的阻力特性系數(shù)；
[005引構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，即管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型：即 [0化9] AgT=O;
[0060] BAhT=O;
[0061]式中，G為記錄管網(wǎng)圖中各管段內(nèi)熱水體積流量的行向量G= [Gi,G2,…，Gm]; A H為 記錄管網(wǎng)圖中各管段總阻力損失的列向量，即 [006^ ah=s*|g|*g+z-曲；
[0063] 式中，S為一級(jí)熱網(wǎng)中各管段的阻力特性系數(shù)矩陣
[0064] S = diag{Si，S2，...，Sm};
[00化；
[0066] K為管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糖度，一般K = 0.00 05m; d為管道內(nèi)徑;1、Id分別為管網(wǎng)計(jì)算 管段的長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度;P為管內(nèi)熱水的平均密度；
[0067] Z為管段兩節(jié)點(diǎn)位能差的列向量2=[幻點(diǎn)，…，Zm]T;
[006引化為熱網(wǎng)中的水累揚(yáng)程列向量化=化1，化2，?? ?，曲m] T ; W及
[0069] 熱網(wǎng)熱工水力計(jì)算，即
[0070] 將所述管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型結(jié)合環(huán)路平差流量調(diào)節(jié)算法經(jīng)多次迭代計(jì)算，獲得 各管段內(nèi)熱水的體積流量;W及
[0071] 所述預(yù)測(cè)模型校正模塊，即利用熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。
[0072] 進(jìn)一步，所述熱網(wǎng)調(diào)節(jié)單元適于W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行 預(yù)測(cè)，得出應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)各熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值，W及采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、 閥的運(yùn)行方式進(jìn)行尋優(yōu)。
[0073] 本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明的W-級(jí)熱網(wǎng)的預(yù)測(cè)模型為核屯、，利用預(yù)測(cè)控制獲 得供熱一級(jí)熱網(wǎng)系統(tǒng)中總數(shù)在數(shù)十到數(shù)百的水累和電磁閥的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)方案，實(shí)時(shí)對(duì)熱網(wǎng)進(jìn) 行調(diào)節(jié)，解決了熱網(wǎng)控制滯后及熱用戶冷熱不均的問題。
【附圖說明】
[0074] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0075] 圖1為本發(fā)明供熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法的流程圖；
[0076] 圖2為本發(fā)明供熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法中步驟S2的流程圖。
[0077] 圖3為本發(fā)明的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0078] 現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。運(yùn)些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅W 示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0079] 實(shí)施例1
[0080] 如圖1所示，本發(fā)明的一種熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟：
[0081] 步驟SI,建立預(yù)測(cè)模型；
[0082] 步驟S2, W均衡供熱為目標(biāo)，通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得一級(jí)熱網(wǎng)中各累、各閥的調(diào)節(jié) 方案。
[0083] 具體的，本熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)可W用于城市供熱系統(tǒng)中的一級(jí)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)。
[0084] 所述步驟Sl中建立預(yù)測(cè)模型的步驟包括：
[0085] 步驟Sll，熱工水力分析求解；W及 [00化]步驟Sl 2,預(yù)測(cè)模型校正。
[0087] 所述步驟Sll中熱工水力分析求解的方法包括：
[0088] 步驟Slll，將管網(wǎng)轉(zhuǎn)換為由節(jié)點(diǎn)和區(qū)段構(gòu)成的有向圖模型，即管網(wǎng)圖；其中節(jié)點(diǎn)表 示存在流量進(jìn)出的點(diǎn)，用集合V表示，V=[Vi，V2,…，VnL式中，n為管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；區(qū)段 是節(jié)點(diǎn)間的連接管段，用集合E表示，E=[Ei，E2,…，EmL式中m為區(qū)段數(shù)，有向圖表示成G = < V，E>;根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖論得到管網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣A和基本回路矩陣B，其中A為nXm階矩陣，B為sXm 階矩陣，S為基本回路個(gè)數(shù)s=m-n+l;
[0089] 步驟SI 12，計(jì)算管網(wǎng)的阻力特性系數(shù)；
[0090] 步驟S113,構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，即管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型：
[0091] AgT=O;
[0092] BAhT=O;
[009引式中，G為記錄管網(wǎng)圖中各管段內(nèi)熱水體積流量的行向量G=[Gi,G2,…，Gm]; AH為 記錄管網(wǎng)圖中各管段總阻力損失的列向量，即由伯努利方程和管路特性方程并考慮水累揚(yáng) 程給出：A H=S* IG I *G+Z-曲；
[0094] 式中，S為一級(jí)熱網(wǎng)中各管段的阻力特性系數(shù)矩陣
[0095] S = diag{Si，S2，...，Sm};
[0096]
[0097] K為管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糖度，一般K = 0.00 05m; d為管道內(nèi)徑;1、Id分別為管網(wǎng)計(jì)算 管段的長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度;P為管內(nèi)熱水的平均密度；
[009引Z為管段兩節(jié)點(diǎn)位能差的列向量Z=[Zl，Z2，...，Zm]T;
[0099] 化為熱網(wǎng)中的水累揚(yáng)程列向量化=化1，化2，…，Hbm] T ;當(dāng)管段中含有水累時(shí)，水累 揚(yáng)程即為該管段的化，當(dāng)管段中沒有水累時(shí)，該管段的化為0。
[0100] 步驟S114,熱網(wǎng)熱工水力計(jì)算，即
[0101] 將所述管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型結(jié)合環(huán)路平差流量調(diào)節(jié)算法經(jīng)多次迭代計(jì)算，獲得 各管段內(nèi)熱水的體積流量。
[0102] 即采用預(yù)測(cè)模型控制進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算時(shí)，一級(jí)熱網(wǎng)管道、熱源、熱力站及天氣相關(guān)參 數(shù)為固定值，將管網(wǎng)中可調(diào)節(jié)的閥口開度、水累轉(zhuǎn)速作為預(yù)測(cè)模型的輸入?yún)?shù)，模型輸出為 到達(dá)各熱力站的一次側(cè)流量值向量。所述環(huán)路平差流量調(diào)節(jié)算法為已知現(xiàn)有技術(shù)。
[0103] 所述步驟S12中預(yù)測(cè)模型校正包括:利用熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。
[0104] 本發(fā)明所建立的預(yù)測(cè)模型包含在線校正過程，W使模型能更好地描述熱網(wǎng)實(shí)際運(yùn) 行狀態(tài)，利用熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。在每一采樣時(shí)刻，通過對(duì)熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn) 行狀態(tài)參數(shù)與熱網(wǎng)狀態(tài)分析系統(tǒng)按照初步計(jì)算模型計(jì)算得到的理論狀態(tài)參數(shù)的比對(duì)，調(diào)整 熱網(wǎng)狀態(tài)分析計(jì)算模型，并修正管段阻力系數(shù)、傳熱系數(shù)等重要經(jīng)驗(yàn)參數(shù)隨運(yùn)行條件參數(shù) 變化的取值規(guī)律，建立能夠更好模擬熱網(wǎng)運(yùn)行性能的專用計(jì)算模型。
[0105] 所述步驟S2中W均衡供熱為目標(biāo)，通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得一級(jí)熱網(wǎng)中各累、各閥 的調(diào)節(jié)方案的方法包括如下步驟：
[0106] 步驟S21，W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)各 熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值；
[0107] 步驟S22,采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行方式進(jìn)行尋優(yōu)。
[0108] 具體的，首先獲得多種不同的一級(jí)熱網(wǎng)累、閥調(diào)節(jié)方案，并通過預(yù)測(cè)模型模擬出不 同方案下各熱力站的一次側(cè)流量理論值;然后根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)，將流量理論值與流量目標(biāo)值 進(jìn)行比較，通過目標(biāo)函數(shù)對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行評(píng)價(jià)(利用迭代進(jìn)行計(jì)算）；重復(fù)該步驟，直至獲得 滿足尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)解。
[0109] 所述步驟S21中W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出應(yīng)當(dāng) 到達(dá)各熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值;即
[0110] 一心細(xì)、、方m心曰+二W口心 (1);
[0111]
[0112]式中（Gir)康示第i個(gè)熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值，S為熱力站的總數(shù)，C為水的比 熱容，P為熱水的密度，Cl為從散熱器熱水到室外的等效傳熱系數(shù)，化iFi)i表示第i個(gè)熱力站 中換熱器的換熱能力，Kwnst表示定量;W及
[011;
[011^
[011引在Ci和化iFi)i的式中，他)康示熱力站i二級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)水體積流量，t2g表示二級(jí)熱 網(wǎng)供水溫度，t2h表示二級(jí)熱網(wǎng)回水溫度，tig表示熱力站一級(jí)熱網(wǎng)供水溫度，tlh表示熱力站 一級(jí)熱網(wǎng)回水溫度，^為室外溫度，3~5天；
[0116] 又有一級(jí)熱網(wǎng)總供水流量Git等于各熱力站一次側(cè)流量之和，即
[0117]
(2);
[0118] Git刃一級(jí)飄腳思供水流量，為已知量。
[0119] 將(1、化lFl)i代入(Glr)I的計(jì)算公式（1)，聯(lián)立式（1)、式(2)即解出Kwnst值，進(jìn)而通 過式(1)得到各熱力站一次側(cè)流量目標(biāo)值；
[0120] 所述步驟S22中采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行方式進(jìn)行尋優(yōu)，其中尋 優(yōu)的優(yōu)化目標(biāo)包括供熱均衡性目標(biāo)，通過分配到達(dá)各熱力站換熱器的一級(jí)熱網(wǎng)流量(Gi)I W 實(shí)現(xiàn)；
[0121] 尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)為
[0122]
[0123]
[0124]
[0125] (Gi)I為通過預(yù)測(cè)模型模擬得到的到達(dá)第i個(gè)熱力站的一級(jí)熱網(wǎng)流量計(jì)算值;W及
[0126] 化b)j為水累消耗的電功率：
[0127]
[01%] g刃室力加速度，（Gb)j刃泉巧熱水的體積流量，化b)j為水累揚(yáng)程；（化)j為水累的效 率，下標(biāo)j表示水累編號(hào)；
[0129] 在相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算公式中，Z為優(yōu)化的綜合指標(biāo)，化為熱力站個(gè)數(shù)，化為一級(jí)熱 網(wǎng)變頻增壓累的個(gè)數(shù)，Nv為一級(jí)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的個(gè)數(shù)，Ik為調(diào)節(jié)閥開度，下標(biāo)k表示調(diào)節(jié)閥編 號(hào)，Imin為調(diào)節(jié)閥允許的最小開度，Ae、AE、Al分別為到達(dá)各熱力站的一級(jí)熱網(wǎng)流量、水累的電 耗量W及閥口開度的重要性權(quán)值。
[0130] 實(shí)施例2
[0131] 在實(shí)施例1基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提供了一種熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括:預(yù)測(cè)模型建立單元， 與該預(yù)測(cè)模型建立單元相連的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)單元。
[0132] 所述預(yù)測(cè)模型建立單元適于建立預(yù)測(cè)模型，即熱工水力分析求解模塊，W及預(yù)測(cè) 模型校正模塊。
[0133] 所述熱工水力分析求解模塊，即
[0134] 將管網(wǎng)轉(zhuǎn)換為由節(jié)點(diǎn)和區(qū)段構(gòu)成的有向圖模型，即管網(wǎng)圖；其中節(jié)點(diǎn)表示存在流 量進(jìn)出的點(diǎn)，用集合V表示，V=[Vi，V2,…，VnL式中，n為管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；區(qū)段是節(jié)點(diǎn)間 的連接管段，用集合E表示，E=曲瓜，…，EmL式中m為區(qū)段數(shù)，有向圖表示成G = <V，E>;
[0135] 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖論得到管網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣A和基本回路矩陣B，其中A為nXm階矩陣，B為S Xm階矩陣，S為基本回路個(gè)數(shù)S =m-n+l;
[0136] 計(jì)算管網(wǎng)的阻力特性系數(shù)；
[0137] 構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，即管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型：即 [013 引 AgT=O;
[0139] BAhT=O;
[0140]式中，G為記錄管網(wǎng)圖中各管段內(nèi)熱水體積流量的行向量G= [Gi,G2,…，Gm]; A H為 記錄管網(wǎng)圖中各管段總阻力損失的列向量，即ah=s*|g|*g+z-曲；
[0141] 式中，S為一級(jí)熱網(wǎng)中各管段的阻力特性系數(shù)矩陣
[0142] S = diag{Si，S2，...，Sm};
[0143]
[0144] K為管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糖度，一般K = 0.0005m; d為管道內(nèi)徑;1、Id分別為管網(wǎng)計(jì)算 管段的長(zhǎng)度和局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度;P為管內(nèi)熱水的平均密度；
[0145] Z為管段兩節(jié)點(diǎn)位能差的列向量2=[幻點(diǎn)，…，Zm]T;
[0146] 化為熱網(wǎng)中的水累揚(yáng)程列向量化=化1，化2，…，曲m]T ; W及
[0147] 熱網(wǎng)熱工水力計(jì)算，即
[0148] 將所述管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型結(jié)合環(huán)路平差流量調(diào)節(jié)算法經(jīng)多次迭代計(jì)算，獲得 各管段內(nèi)熱水的體積流量;W及
[0149] 所述預(yù)測(cè)模型校正模塊，即利用熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。
[0150] 所述熱網(wǎng)調(diào)節(jié)單元適于W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得 出應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)各熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值，W及采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行 方式進(jìn)行尋優(yōu)。
[0151] 具體的，熱網(wǎng)調(diào)節(jié)單元的工作方式可W參見實(shí)施例1的相應(yīng)論述。
[0152] W上述依據(jù)本發(fā)明的理想實(shí)施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完 全可W在不偏離本項(xiàng)發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更W及修改。本項(xiàng)發(fā)明的技術(shù) 性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟SI,建立預(yù)測(cè)模型； 步驟S2, W均衡供熱為目標(biāo)，通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得一級(jí)熱網(wǎng)中各累、各閥的調(diào)節(jié)方 案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于， 所述步驟Sl中建立預(yù)測(cè)模型的步驟包括： 步驟Sll，熱工水力分析求解；W及 步驟S12,預(yù)測(cè)模型校正。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于， 所述步驟Sl 1中熱工水力分析求解的方法包括： 步驟Slll，將管網(wǎng)轉(zhuǎn)換為由節(jié)點(diǎn)和區(qū)段構(gòu)成的有向圖模型，即管網(wǎng)圖；其中節(jié)點(diǎn)表示存 在流量進(jìn)出的點(diǎn)，用集合V表示，V= [Vi，V2,…，VnL式中，n為管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；區(qū)段是節(jié) 點(diǎn)間的連接管段，用集合E表示，E=[Ei，E2,…，EmL式中m為區(qū)段數(shù)，有向圖表示成G = <V，E 〉; 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖論得到管網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣A和基本回路矩陣B，其中A為nXm階矩陣，B為S Xm 階矩陣，S為基本回路個(gè)數(shù)S =m-n+l; 步驟S112,計(jì)算管網(wǎng)的阻力特性系數(shù)； 步驟Sl 13，構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，即管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型： AgT = O; BAhT = O; 式中，G為記錄管網(wǎng)圖中各管段內(nèi)熱水的體積流量的行向量G = [Gi ,G2 ,…,Gm]; A H為記 錄管網(wǎng)圖中各管段總阻力損失的列向量，即A H=S* Ig I *G+Z-曲； 式中，S為一級(jí)熱網(wǎng)中各管段的阻力特性系數(shù)矩陣 S = dia邑(Si,S2,…，Sm};K為管壁的當(dāng)量絕對(duì)粗糖度，d為管道內(nèi)徑；l、ld分別為管網(wǎng)計(jì)算管段的長(zhǎng)度和局部阻力 當(dāng)量長(zhǎng)度;P為管內(nèi)熱水的平均密度； Z為管段兩節(jié)點(diǎn)位能差的列向量Z=化點(diǎn)，…，Zm]T; 化為熱網(wǎng)中的水累揚(yáng)程列向量化=[Hbl,化2 , ? ? ? , Hbm] T; 步驟S114,熱網(wǎng)熱工水力計(jì)算，即 將所述管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型結(jié)合環(huán)路平差流量調(diào)節(jié)算法經(jīng)多次迭代計(jì)算，獲得各管 段內(nèi)熱水的體積流量； 所述步驟S12中預(yù)測(cè)模型校正包括:利用熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于，所述步驟S2中W均衡供熱為目 標(biāo)，通過預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得一級(jí)熱網(wǎng)中各累、各閥的調(diào)節(jié)方案的方法包括如下步驟： 步驟S21，W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá)各熱力 站的一次側(cè)流量目標(biāo)值； 步驟S22,采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行方式進(jìn)行尋優(yōu)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于， 所述步驟S21中W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出應(yīng)當(dāng)?shù)竭_(dá) 各熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值;即 一次側(cè)流量的目標(biāo)方程為：CDl 式中（Glr)I表示第i個(gè)熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值，S為熱力站的總數(shù)，C為水的比熱容， Cl為從散熱器熱水到室外的等效傳熱系數(shù)，化iFi)i表示第i個(gè)熱力站中換熱器的換熱能力， Kconst表示定量；W及在Ci和化lFl ) i的式中，（G2 )康示熱力站i二級(jí)熱網(wǎng)循環(huán)水體積流量，t2g表示二級(jí)熱網(wǎng)供 水溫度，t2h表示二級(jí)熱網(wǎng)回水溫度，tig表示熱力站一級(jí)熱網(wǎng)供水溫度，tlh表示熱力站一級(jí) 熱網(wǎng)回水溫度，^為室外溫度，3~5天； 又有一級(jí)熱網(wǎng)總、化水流畳「…尊干各撤力站一次側(cè)流量之和，即(2)； Git為一級(jí)熱網(wǎng)總供水流量，為已知量； 將(1、化lFl)i代入(Glr)I的計(jì)算公式（1)，聯(lián)立式（1)、式（2)即解出Kwnst值，進(jìn)而通過式 (1 )得到各熱力站一次側(cè)流量目標(biāo)值。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)方法，其特征在于， 所述步驟S22中采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行方式進(jìn)行尋優(yōu)，其中尋優(yōu)的優(yōu) 化目標(biāo)包括供熱均衡性目標(biāo)，通過分配到達(dá)各熱力站換熱器的一級(jí)熱網(wǎng)流量(Gi)iW實(shí)現(xiàn)； 尋優(yōu)的目標(biāo)函數(shù)為其中，A (Gi)i為一級(jí)熱網(wǎng)流量與設(shè)定流量的偏差：(Gi)I為通過預(yù)測(cè)模型模擬得到的到達(dá)第i個(gè)熱力站的一級(jí)熱網(wǎng)流量計(jì)算值；W及 (Eb)J為水累消耗的電功率：g為重力加速度，（Gb)J為累送熱水的體積流量，化b)j為水累揚(yáng)程；（化)J為水累的效率， 下標(biāo)j表示水累編號(hào)； 在相應(yīng)目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算公式中，Z為優(yōu)化的綜合指標(biāo)，化為熱力站個(gè)數(shù)，化為一級(jí)熱網(wǎng)變 頻增壓累的個(gè)數(shù)，Nv為一級(jí)熱網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的個(gè)數(shù)，Ik為調(diào)節(jié)閥開度，下標(biāo)k表示調(diào)節(jié)閥編號(hào)，Imin 為調(diào)節(jié)閥允許的最小開度，Ag、Ae、Ai分別為到達(dá)各熱力站的一級(jí)熱網(wǎng)流量、水累的電耗量W 及閥口開度的重要性權(quán)值。7. -種熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，包括： 預(yù)測(cè)模型建立單元，與該預(yù)測(cè)模型建立單元相連的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)單元。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于， 所述預(yù)測(cè)模型建立單元適于建立預(yù)測(cè)模型，即 熱工水力分析求解模塊，W及預(yù)測(cè)模型校正模塊。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于， 所述熱工水力分析求解，即 將管網(wǎng)轉(zhuǎn)換為由節(jié)點(diǎn)和區(qū)段構(gòu)成的有向圖模型，即管網(wǎng)圖；其中節(jié)點(diǎn)表示存在流量進(jìn) 出的點(diǎn)，用集合V表示，V= [Vi，V2,…，VnL式中，n為管網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)；區(qū)段是節(jié)點(diǎn)間的連 接管段，用集合E表示，E=[Ei瓜，…，EmL式中m為區(qū)段數(shù)，有向圖表示成G = <V，E>; 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)圖論得到管網(wǎng)的關(guān)聯(lián)矩陣A和基本回路矩陣B，其中A為nXm階矩陣，B為S Xm 階矩陣，S為基本回路個(gè)數(shù)S =m-n+l; 計(jì)算管網(wǎng)的阻力特性系數(shù)； 構(gòu)建預(yù)測(cè)模型，即管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型：即 AgT = O; BAhT = O; 式中，G為記錄管網(wǎng)圖中各管段內(nèi)體積流量的行向量G= [Gi，G2，…，Gm]; AH為記錄管網(wǎng)圖中各管段總阻力損失的列向量，即 AH=S*|G|*G+Z-Hb; 式中，S為一級(jí)熱網(wǎng)中各管段的阻力特性系數(shù)矩陣 S = dia邑(Si,S2,…，Sm};K為管壁的當(dāng)重絕卿化樞巧；d刃官迫巧檢；i、id分別刃官IWJ背算官段的長(zhǎng)度和局部阻力 當(dāng)量長(zhǎng)度;P為管內(nèi)熱水的平均密度； Z為管段兩節(jié)點(diǎn)位能差的列向量Z=化點(diǎn)，…，Zm]T; 化為熱網(wǎng)中的水累揚(yáng)程列向量化=[化1,化2,，，，，Hbm]T; W及 熱網(wǎng)熱工水力計(jì)算，即 將所述管網(wǎng)水力計(jì)算數(shù)學(xué)模型結(jié)合環(huán)路平差流量調(diào)節(jié)算法經(jīng)多次迭代計(jì)算，獲得各管 段內(nèi)熱水的體積流量;W及 所述預(yù)測(cè)模型校正模塊，即利用熱網(wǎng)實(shí)測(cè)運(yùn)行數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行修正。 10 .根據(jù)權(quán)利要求9所述的熱網(wǎng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于， 所述熱網(wǎng)調(diào)節(jié)單元適于W均衡供熱為目標(biāo)對(duì)各熱力站所需的熱負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，得出應(yīng) 當(dāng)?shù)竭_(dá)各熱力站的一次側(cè)流量目標(biāo)值，W及采用預(yù)測(cè)模型對(duì)一級(jí)熱網(wǎng)中累、閥的運(yùn)行方式 進(jìn)行尋優(yōu)。
【文檔編號(hào)】F24D19/10GK105910169SQ201610270475
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月27日
【發(fā)明人】于春娣, 周懿, 吳燕玲, 方大俊
【申請(qǐng)人】常州英集動(dòng)力科技有限公司