供熱管網(wǎng)阻力特性的辨識研究.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，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，對其進行深入的研究受到了更為廣泛的關(guān)注。目前針對熱網(wǎng)的研究主要集中在系統(tǒng)仿真、管網(wǎng)水力工況計算、可靠性分析等幾個方面，但是若無法準確辨識管網(wǎng)實際運行阻力特性系數(shù)，上述研究大都只能停留在理論上的計算模擬與定性分析，在實際工程中應(yīng)用時，計算與分析的結(jié)果往

2、往與實際運行參數(shù)不符，從而大大降低了研究成果的實用價值?；谝陨显?，本文針對熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識問題進行了較為深入的研究。
　　首先，介紹了空間熱網(wǎng)水力工況計算模型。通過構(gòu)造最小樹生成關(guān)聯(lián)矩陣、引入平方根求矩陣逆對 MKP法進行了必要的改進，提高了水力工況計算的速度。分析了幾種不同成因造成的空間非對稱熱網(wǎng)的系統(tǒng)形式及其水力工況計算方法，為實現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)類型熱網(wǎng)的阻力特性辨識提供了基礎(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)辨識方程組，通過對一次觀測條件下熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)的可觀性進行分析，確定了方程組為線性時阻力特性系數(shù)可觀的充要條件，在通過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)測點布置方案。同時，在對少量測點多次觀測條件下熱網(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)辨識與監(jiān)測點優(yōu)化布置問題的實質(zhì)，建立了基于最小二乘原理的熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型中以管網(wǎng)中測壓點實測壓力與計算壓力

4、的偏差以及測流管段實測流量與計算流量的偏差為目標函數(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。通過該模型將熱網(wǎng)參數(shù)辨識問題轉(zhuǎn)化非線性優(yōu)化問題。
　　結(jié)合模糊聚類分析理論，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)測點與壓力監(jiān)測點優(yōu)化布置方法。其中流量監(jiān)測點優(yōu)化方法基于模糊聚類分析理論，通過對阻力特性系數(shù)影響矩陣的標準化處理及分析計算得到阻力特性系數(shù)模糊相似矩陣，最后進行聚類分析處理，得到管網(wǎng)流量監(jiān)測點的布

5、置方案。壓力監(jiān)測點優(yōu)化方法根據(jù)阻力特性系數(shù)影響矩陣，通過計算分析管網(wǎng)各節(jié)點對管段阻力特性系數(shù)變化的靈敏度確定壓力監(jiān)測點的布置方案。兩種優(yōu)化方法都反映了管段阻力特性系數(shù)變化對管網(wǎng)運行參數(shù)的影響，在測點選擇時包含了熱源與熱用戶信息，具有目的明確、實用性強等特點。另外，由于優(yōu)化過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)影響矩陣的準確性，從而提高了測點優(yōu)化計算的精度。
　　在改進遺傳算法（

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，計算性能獲得了較大的提升。
　　結(jié)合算例熱網(wǎng)，說明了基于反映阻力特性變化的流量、壓力監(jiān)測點優(yōu)化布置方法的實現(xiàn)過程。對GAS、CAA與GASCAA三種算法進行熱網(wǎng)阻力特性系數(shù)辨識時，其關(guān)鍵計算參數(shù)的選擇及運算過程進行了分析。根據(jù)辨識計算結(jié)果對三種算法的性能進行比較，結(jié)果表明 GASCAA算法較另