供熱管網(wǎng)阻力特性的辨識(shí)研究.pdf

1、集中供熱系統(tǒng)以其節(jié)能、環(huán)保和供熱質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)，成為現(xiàn)代化都市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，在世界范圍內(nèi)得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。熱網(wǎng)作為集中供熱系統(tǒng)重要的組成部分，因其具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資巨大等特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行深入的研究受到了更為廣泛的關(guān)注。目前針對(duì)熱網(wǎng)的研究主要集中在系統(tǒng)仿真、管網(wǎng)水力工況計(jì)算、可靠性分析等幾個(gè)方面，但是若無(wú)法準(zhǔn)確辨識(shí)管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行阻力特性系數(shù)，上述研究大都只能停留在理論上的計(jì)算模擬與定性分析，在實(shí)際工程中應(yīng)用時(shí)，計(jì)算與分析的結(jié)果往

2、往與實(shí)際運(yùn)行參數(shù)不符，從而大大降低了研究成果的實(shí)用價(jià)值?；谝陨显?，本文針對(duì)熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識(shí)問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究。
　　首先，介紹了空間熱網(wǎng)水力工況計(jì)算模型。通過(guò)構(gòu)造最小樹(shù)生成關(guān)聯(lián)矩陣、引入平方根求矩陣逆對(duì) MKP法進(jìn)行了必要的改進(jìn)，提高了水力工況計(jì)算的速度。分析了幾種不同成因造成的空間非對(duì)稱(chēng)熱網(wǎng)的系統(tǒng)形式及其水力工況計(jì)算方法，為實(shí)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)類(lèi)型熱網(wǎng)的阻力特性辨識(shí)提供了基礎(chǔ)條件。
　　根據(jù)控制論中的系統(tǒng)可觀性理論，

3、建立了熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識(shí)方程組，通過(guò)對(duì)一次觀測(cè)條件下熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)的可觀性進(jìn)行分析，確定了方程組為線性時(shí)阻力特性系數(shù)可觀的充要條件，在通過(guò)用鏈支流量向量表示所有管段流量向量后，得到一種優(yōu)化的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方案。同時(shí)，在對(duì)少量測(cè)點(diǎn)多次觀測(cè)條件下熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)可觀性分析的基礎(chǔ)上，明確了非線性條件下熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識(shí)與監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置問(wèn)題的實(shí)質(zhì)，建立了基于最小二乘原理的熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識(shí)數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型中以管網(wǎng)中測(cè)壓點(diǎn)實(shí)測(cè)壓力與計(jì)算壓力

4、的偏差以及測(cè)流管段實(shí)測(cè)流量與計(jì)算流量的偏差為目標(biāo)函數(shù)，基爾霍夫第一定律、第二定律以及管段阻力特性系數(shù)范圍為約束條件。通過(guò)該模型將熱網(wǎng)參數(shù)辨識(shí)問(wèn)題轉(zhuǎn)化非線性?xún)?yōu)化問(wèn)題。
　　結(jié)合模糊聚類(lèi)分析理論，提出了基于反映管網(wǎng)阻力特性系數(shù)變化的熱網(wǎng)流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)與壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置方法。其中流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化方法基于模糊聚類(lèi)分析理論，通過(guò)對(duì)阻力特性系數(shù)影響矩陣的標(biāo)準(zhǔn)化處理及分析計(jì)算得到阻力特性系數(shù)模糊相似矩陣，最后進(jìn)行聚類(lèi)分析處理，得到管網(wǎng)流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布

5、置方案。壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化方法根據(jù)阻力特性系數(shù)影響矩陣，通過(guò)計(jì)算分析管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)對(duì)管段阻力特性系數(shù)變化的靈敏度確定壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置方案。兩種優(yōu)化方法都反映了管段阻力特性系數(shù)變化對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)的影響，在測(cè)點(diǎn)選擇時(shí)包含了熱源與熱用戶(hù)信息，具有目的明確、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)。另外，由于優(yōu)化過(guò)程中采用直接求解析解的方法取代管網(wǎng)微觀分析方法計(jì)算阻力特性系數(shù)影響矩陣，確保了阻力特性系數(shù)影響矩陣的準(zhǔn)確性，從而提高了測(cè)點(diǎn)優(yōu)化計(jì)算的精度。
　　在改進(jìn)遺傳算法（

6、GAS）及適用于連續(xù)空間優(yōu)化的螞蟻算法（CAA）的基礎(chǔ)上，提出了一種新型的混合遺傳螞蟻算法（GASCAA），新算法充分發(fā)揮了原有算法的優(yōu)勢(shì)，計(jì)算性能獲得了較大的提升。
　　結(jié)合算例熱網(wǎng)，說(shuō)明了基于反映阻力特性變化的流量、壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布置方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。對(duì)GAS、CAA與GASCAA三種算法進(jìn)行熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識(shí)時(shí)，其關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)的選擇及運(yùn)算過(guò)程進(jìn)行了分析。根據(jù)辨識(shí)計(jì)算結(jié)果對(duì)三種算法的性能進(jìn)行比較，結(jié)果表明 GASCAA算法較另