基于矩陣論的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)研究.pdf

1、集中供熱系統(tǒng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，因其具有節(jié)能、環(huán)保和供熱質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，在“節(jié)能減排”的大環(huán)境下將得到更廣泛的應(yīng)用。供熱管網(wǎng)作為集中供熱系統(tǒng)中的重要部分，具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資巨大以及社會(huì)影響重大等特點(diǎn)，因此倍受關(guān)注。目前，供熱管網(wǎng)水力工況計(jì)算、運(yùn)行調(diào)度以及可靠性分析等幾個(gè)方面的研究較多，而供熱管網(wǎng)阻力特性辨識(shí)方面的研究較少。如果無(wú)法準(zhǔn)確獲得供熱管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行條件下的阻力系數(shù)，供熱管網(wǎng)水力工況計(jì)算以及運(yùn)行調(diào)度等研究大都只能停留在理論計(jì)

2、算模擬與定性分析上。計(jì)算與分析的結(jié)果往往與實(shí)際運(yùn)行情況不符，從而大大降低研究成果的實(shí)用價(jià)值。目前在為數(shù)不多的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)研究中，對(duì)供熱管網(wǎng)辨識(shí)模型的研究還比較少，并且辨識(shí)方法單一，辨識(shí)準(zhǔn)確程度不高、辨識(shí)計(jì)算耗時(shí)較大。因此，對(duì)供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)問(wèn)題開(kāi)展深入研究有著重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　本文針對(duì)供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究，提出了一些行之有效的辨識(shí)研究方法。首先利用矩陣方程形式表達(dá)供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨

3、識(shí)問(wèn)題，并結(jié)合系統(tǒng)能觀測(cè)性理論，指出供熱管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)壓力均可觀測(cè)是滿足供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)能觀測(cè)性的必要條件。在此基礎(chǔ)上提出多水力工況條件下滿足供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)能觀測(cè)性的充分條件以及該條件下的辨識(shí)求解方法，為供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)的理論研究及實(shí)驗(yàn)測(cè)試提供了一種新的研究途徑。
　　考慮現(xiàn)有供熱管網(wǎng)的實(shí)際觀測(cè)條件一般不能滿足辨識(shí)能觀測(cè)性的要求，本文結(jié)合線性方程組的解分析理論和廣義逆矩陣?yán)碚?，提出基于廣義逆矩陣?yán)碚摫孀R(shí)供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的方

4、法。該方法可以應(yīng)用于一般觀測(cè)條件下的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)問(wèn)題的研究，其中利用逐步線性化的迭代方法求解辨識(shí)方程組的廣義逆解，并以方程組解中的阻力系數(shù)值作為辨識(shí)結(jié)果，逼近供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的實(shí)際值。而后，將基于廣義逆矩陣?yán)碚摫孀R(shí)供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的方法應(yīng)用于辨識(shí)算例。
　　本文提出在可能獲取更多的觀測(cè)數(shù)據(jù)的條件下，可以利用部分管段（一般為一組鏈支管段）阻力系數(shù)初始值作為辨識(shí)的已知條件，辨識(shí)得到供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)。考慮到利用空間供熱管網(wǎng)模型可

5、以更直接地反映供熱管網(wǎng)實(shí)際情況，利用分塊矩陣表示空間供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)問(wèn)題，在求解辨識(shí)問(wèn)題的同時(shí)結(jié)合空間供熱管網(wǎng)的特點(diǎn)提出適用于空間供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)的鏈支管段選擇方案。
　　結(jié)合聚類分析理論提出了基于反映供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)變化的管段流量和節(jié)點(diǎn)壓力觀測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置方法?；诰仃囌撝械木仃噷?duì)矩陣微分運(yùn)算法則以及供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)變化對(duì)管段流量和節(jié)點(diǎn)壓力影響的線性分析結(jié)果，在上述研究基礎(chǔ)上，提出利用管段流量和節(jié)點(diǎn)壓力觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)靈敏度研究

6、觀測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置問(wèn)題，并且根據(jù)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)值計(jì)算相對(duì)靈敏度。
　　最后，利用供熱系統(tǒng)多功能試驗(yàn)臺(tái)及某集中供熱管網(wǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)模擬辨識(shí)研究，說(shuō)明不同供熱管網(wǎng)觀測(cè)條件下的阻力系數(shù)辨識(shí)方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，表明本文所提出的辨識(shí)方法具有較高的辨識(shí)計(jì)算效率和較好的實(shí)際工程應(yīng)用前景。
　　本文基于系統(tǒng)能觀測(cè)性理論指出多水力工況條件下供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)滿足能觀測(cè)性條件的可能性，在滿足辨識(shí)能觀測(cè)性的條件下可以直接求解阻力系數(shù)辨識(shí)問(wèn)

7、題。考慮到實(shí)際供熱管網(wǎng)中壓力和流量觀測(cè)點(diǎn)的布置情況，提出基于廣以逆矩陣?yán)碚摫孀R(shí)供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的方法，以辨識(shí)方程組的廣義逆解作為供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)結(jié)果，該結(jié)果與實(shí)際值一般比較接近。在具備更加完善觀測(cè)條件的情況下，可以利用基于一組鏈支管段阻力系數(shù)值的辨識(shí)方法得到更加接近實(shí)際值的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)結(jié)果。在上述研究基礎(chǔ)上，可以依據(jù)觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)靈敏度選擇合適的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)。本文的研究成果為進(jìn)一步研究供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識(shí)問(wèn)題