基于管網(wǎng)動態(tài)模型的城市集中供熱系統(tǒng)參數(shù)預測及運行優(yōu)化研究.pdf

1、集中供熱在國內(nèi)的發(fā)展非常迅速,無論是供熱規(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,本文提出了一種基于管網(wǎng)動態(tài)模型的城市集中供熱系統(tǒng)運行參數(shù)預測及優(yōu)化運行方法,并對其進行了系統(tǒng)的研究,驗證了所提出的動態(tài)模型與算法的有效性與準確性。結(jié)果表明,該方法對推動集中供熱系統(tǒng)運行調(diào)節(jié)與優(yōu)化控制技術(shù)的發(fā)展,促進城市集中供熱系統(tǒng)運行管理水平的提高具有指導意義。
　　 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,采用改進平方根法進行求解。針對水泵揚程取定值與采用擬合公式兩種管網(wǎng)定壓方式,對模擬一次管網(wǎng)進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,推導出熱水供熱管道熱力工況動態(tài)模型。針對該雙曲型方程,采用特征線法建立其特征線方程。然后采用逆步進法、一階泰勒級數(shù)展開及向前顯式差分格式,沿特征線建立該方程對應的有限差分方程;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性方程,以便熱力工況動態(tài)模型調(diào)用;基于以上內(nèi)容,分別推導出單獨考慮管道散熱效應的熱力模型,稱為“散熱模型”,以及同時考慮散熱與蓄熱的熱力模型,稱為“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”。采用散熱模型對某工況進行模擬,分析了不同誤差限、不同空間步長以及不同初值對模擬結(jié)果的影響。為了保證差分格式的收斂,采用各計算節(jié)點兩次迭

4、代溫度差與當前時間步長的比值,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2種不同運行工況進行模擬,發(fā)現(xiàn)由于管網(wǎng)散熱,導致遠端用戶入口溫度降低,進一步加劇了遠端用戶與近端用戶的熱力失調(diào),增加了管網(wǎng)運行調(diào)節(jié)的難度。蓄熱效應使得管網(wǎng)在任何擾動下,趨于穩(wěn)定的延遲時間增大,從而對確定管網(wǎng)進行調(diào)節(jié)的最佳時間產(chǎn)生重要影響。因此,建議在需要著重考慮管網(wǎng)穩(wěn)定延遲時間時,采用蓄熱模型;對于一般情況,應首先選用模

5、型相對簡單、收斂快的散熱模型。
　　 針對集中供熱管網(wǎng)節(jié)點泄露故障,采用模擬管網(wǎng)對3種不同泄露工況的流量與壓力分布進行了仿真,即泄露點在供水管、泄露點在回水管以及供水管兩點泄露,并對不同泄漏量進行了比較;針對第一種泄露工況進行了熱力工況動態(tài)模擬,總結(jié)了管網(wǎng)泄漏時各點壓力、流量及溫度的變化規(guī)律,為管網(wǎng)泄露故障及泄露點位置的診斷提供相應的參考。
　　 建立了包含一、二次管網(wǎng)的間接連接聯(lián)合管網(wǎng)動態(tài)模型。該模型包括1個一次模擬管

6、網(wǎng)、10個二級換熱站及二次網(wǎng),每個二次管網(wǎng)包含10個,共計100個建筑用戶(采用散熱器模型整體描述)。采用該聯(lián)合管網(wǎng)模型,對熱計量下,用戶自主調(diào)節(jié)閥門,控制室內(nèi)溫度情況進行模擬,模型良好地反映了用戶處自主調(diào)節(jié)對室內(nèi)溫度、用戶負荷以及一二次網(wǎng)運行工況的影響;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個換熱站半小時內(nèi)的一次側(cè)供水溫度與供水壓力監(jiān)測數(shù)據(jù)平均值作為驗證數(shù)據(jù),與模型仿真數(shù)據(jù)進行比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn),除了1個小區(qū)換熱

7、站供水溫度與供水壓力相對誤差超過3％以外,其余5個站的相對誤差均在2％范圍以內(nèi),驗證了本文所提出的模型及算法的有效性與準確性。
　　 針對集中供熱系統(tǒng)質(zhì)量并調(diào)運行優(yōu)化問題,提出建立以供熱系統(tǒng)運行能耗費用最低為優(yōu)化目標,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)運行能耗費用方程。然后,根據(jù)非線性規(guī)劃理論,應用一般約束乘子法將約束問題變?yōu)闊o約束問題,采用共軛梯度法,結(jié)合線性搜索,建立了該優(yōu)化模型的求解算法及流程。最后,針對某城市