基于管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型的城市集中供熱系統(tǒng)參數(shù)預(yù)測(cè)及運(yùn)行優(yōu)化研究.pdf

1、集中供熱在國(guó)內(nèi)的發(fā)展非常迅速,無(wú)論是供熱規(guī)模、供熱半徑還是供熱管網(wǎng)型式,都發(fā)生了巨大的變化。為了進(jìn)一步提高集中供熱系統(tǒng)的能源利用率,更好地發(fā)揮其節(jié)能減排的特點(diǎn),本文提出了一種基于管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型的城市集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)預(yù)測(cè)及優(yōu)化運(yùn)行方法,并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,驗(yàn)證了所提出的動(dòng)態(tài)模型與算法的有效性與準(zhǔn)確性。結(jié)果表明,該方法對(duì)推動(dòng)集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)與優(yōu)化控制技術(shù)的發(fā)展,促進(jìn)城市集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行管理水平的提高具有指導(dǎo)意義。
　　 首

2、先,基于網(wǎng)絡(luò)圖論及基爾霍夫定律,建立了集中供熱管網(wǎng)水力模型,采用改進(jìn)平方根法進(jìn)行求解。針對(duì)水泵揚(yáng)程取定值與采用擬合公式兩種管網(wǎng)定壓方式,對(duì)模擬一次管網(wǎng)進(jìn)行了水力工況建模分析,結(jié)果表明初調(diào)節(jié)是保證管網(wǎng)水力平衡的重要前提。
　　 其次,根據(jù)能量守恒方程,推導(dǎo)出熱水供熱管道熱力工況動(dòng)態(tài)模型。針對(duì)該雙曲型方程,采用特征線(xiàn)法建立其特征線(xiàn)方程。然后采用逆步進(jìn)法、一階泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)及向前顯式差分格式,沿特征線(xiàn)建立該方程對(duì)應(yīng)的有限差分方程;提出采

3、用最小二乘法擬合出不同管徑、不同保溫材料的供熱管道散熱損失與供水溫度的線(xiàn)性方程,以便熱力工況動(dòng)態(tài)模型調(diào)用;基于以上內(nèi)容,分別推導(dǎo)出單獨(dú)考慮管道散熱效應(yīng)的熱力模型,稱(chēng)為“散熱模型”,以及同時(shí)考慮散熱與蓄熱的熱力模型,稱(chēng)為“蓄熱模型”。
　　 然后,分別建立了模擬一次管網(wǎng)的“散熱模型”與“蓄熱模型”。采用散熱模型對(duì)某工況進(jìn)行模擬,分析了不同誤差限、不同空間步長(zhǎng)以及不同初值對(duì)模擬結(jié)果的影響。為了保證差分格式的收斂,采用各計(jì)算節(jié)點(diǎn)兩次迭

4、代溫度差與當(dāng)前時(shí)間步長(zhǎng)的比值,即溫度梯度代替溫度差,作為判斷程序是否收斂的條件,效果良好;分別采用散熱模型與蓄熱模型對(duì)2種不同運(yùn)行工況進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)由于管網(wǎng)散熱,導(dǎo)致遠(yuǎn)端用戶(hù)入口溫度降低,進(jìn)一步加劇了遠(yuǎn)端用戶(hù)與近端用戶(hù)的熱力失調(diào),增加了管網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的難度。蓄熱效應(yīng)使得管網(wǎng)在任何擾動(dòng)下,趨于穩(wěn)定的延遲時(shí)間增大,從而對(duì)確定管網(wǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的最佳時(shí)間產(chǎn)生重要影響。因此,建議在需要著重考慮管網(wǎng)穩(wěn)定延遲時(shí)間時(shí),采用蓄熱模型;對(duì)于一般情況,應(yīng)首先選用模

5、型相對(duì)簡(jiǎn)單、收斂快的散熱模型。
　　 針對(duì)集中供熱管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)泄露故障,采用模擬管網(wǎng)對(duì)3種不同泄露工況的流量與壓力分布進(jìn)行了仿真,即泄露點(diǎn)在供水管、泄露點(diǎn)在回水管以及供水管兩點(diǎn)泄露,并對(duì)不同泄漏量進(jìn)行了比較;針對(duì)第一種泄露工況進(jìn)行了熱力工況動(dòng)態(tài)模擬,總結(jié)了管網(wǎng)泄漏時(shí)各點(diǎn)壓力、流量及溫度的變化規(guī)律,為管網(wǎng)泄露故障及泄露點(diǎn)位置的診斷提供相應(yīng)的參考。
　　 建立了包含一、二次管網(wǎng)的間接連接聯(lián)合管網(wǎng)動(dòng)態(tài)模型。該模型包括1個(gè)一次模擬管

6、網(wǎng)、10個(gè)二級(jí)換熱站及二次網(wǎng),每個(gè)二次管網(wǎng)包含10個(gè),共計(jì)100個(gè)建筑用戶(hù)(采用散熱器模型整體描述)。采用該聯(lián)合管網(wǎng)模型,對(duì)熱計(jì)量下,用戶(hù)自主調(diào)節(jié)閥門(mén),控制室內(nèi)溫度情況進(jìn)行模擬,模型良好地反映了用戶(hù)處自主調(diào)節(jié)對(duì)室內(nèi)溫度、用戶(hù)負(fù)荷以及一二次網(wǎng)運(yùn)行工況的影響;選取某城市集中供熱系統(tǒng)部分管網(wǎng),采用散熱模型建模。然后選擇其中6個(gè)換熱站半小時(shí)內(nèi)的一次側(cè)供水溫度與供水壓力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均值作為驗(yàn)證數(shù)據(jù),與模型仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),除了1個(gè)小區(qū)換熱

7、站供水溫度與供水壓力相對(duì)誤差超過(guò)3％以外,其余5個(gè)站的相對(duì)誤差均在2％范圍以?xún)?nèi),驗(yàn)證了本文所提出的模型及算法的有效性與準(zhǔn)確性。
　　 針對(duì)集中供熱系統(tǒng)質(zhì)量并調(diào)運(yùn)行優(yōu)化問(wèn)題,提出建立以供熱系統(tǒng)運(yùn)行能耗費(fèi)用最低為優(yōu)化目標(biāo),以供水溫度和供水流量為變量的集中供熱系統(tǒng)一次網(wǎng)運(yùn)行能耗費(fèi)用方程。然后,根據(jù)非線(xiàn)性規(guī)劃理論,應(yīng)用一般約束乘子法將約束問(wèn)題變?yōu)闊o(wú)約束問(wèn)題,采用共軛梯度法,結(jié)合線(xiàn)性搜索,建立了該優(yōu)化模型的求解算法及流程。最后,針對(duì)某城市