一种基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型制造技术

本发明专利技术公开了一种基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，涉及城市供热蒸汽管网水力计算技术领域，其包括：步骤S1.借助机理仿真搭建多节点网格化的供热管网模型；步骤S2.历史工况数据与区域节点模型的初始化；步骤S3.多节点并联迭代计算；步骤S4.计算模型耦合与优化过程的结束。本发明专利技术结合OLS最小二乘法与向量回归，通过多轮耦合与迭代修正，使得水力平衡数据集全局收敛，得到的数据子集即流量与压力分布可以更接近实际供热管网的运行状态。网的运行状态。网的运行状态。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型


[0001]本专利技术涉及城市供热蒸汽管网水力计算
，具体来讲是一种基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型。

技术介绍

[0002]城市供热蒸汽管网水力计算要求建立水力模型，实现全网的压降温降实时分析，在线水力计算的目标是给出热网解列优化方案或热网运行方案，为供热调度提供依据，为一网平衡和管网优化提供支撑，计算方案需要综合考虑热网安全性、达成新的水力平衡的效率、经济性等因素。
[0003]传统的供热管网水力计算采用的是依据理论公式与人工经验进行建模的方法，存在收资与计算工作量大、计算精度依赖经验参数、缺乏在线验证手段等缺点。随着大数据、人工智能等相关技术算法的广泛应用，我们提出了一种管网区域分解与迭代方法，通过矩阵计算使模型中的压降与实际压降的误差较小，并适用于在线的水力计算与分析。
[0004]该领域常见的水力计算与设计方法的思路是：收集并简化管网的基础参数，包括管道长度、直径、施工与保温方式等等，采用树形拓扑结构完成整体管网的建模，然后根据管道属性查找设计手册，结合典型历史工况，逐一计算出温降压降的样本数据。这种传统的供热管网设计与水力平衡计算需要通过查找手册，对热力管段逐一计算，不仅计算量大，耗费时间多，同时经济效益极低，同时在管网的实际运行过程中，尤其是复杂的多热源环状管网，单靠人力计算短时间内无法得到一个准确的平衡数据，不能在线解决热用户出现的失调问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，结合OLS最小二乘法与向量回归，通过多轮耦合与迭代修正，使得水力平衡数据集全局收敛，得到的数据子集即流量与压力分布可以更接近实际供热管网的运行状态。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，包括：
[0007]步骤S1.借助机理仿真搭建多节点网格化的供热管网模型；
[0008]步骤S2.历史工况数据与区域节点模型的初始化；
[0009]步骤S3.多节点并联迭代计算；
[0010]步骤S4.计算模型耦合与优化过程的结束。
[0011]在上述技术方案的基础上，步骤S1包括：完成蒸汽管网的基础信息录入与建模，关键数据结构包括
[0012]管线定义(l1,l2,
…
,l
n
)：{ID，名称，类型，所属父级管线}；
[0013]管点定义(p1,p2,
…
,p
m
)：{ID，所属管线，类型，X坐标，Y坐标}；
[0014]管段定义(s1,s2,
…
,s
i
)：{ID，起始节点，终止节点，设计流量，管径，长度}；
[0015]热用户定义(u1,u2,
…
,u
j
)：{ID，名称，表计编号，管线，X坐标，Y坐标}；
[0016]管网地图拓扑(z1,z2,
…
,z
k
)：{ID，区域序列，坐标序列}。
[0017]在上述技术方案的基础上，所述完成蒸汽管网的基础信息录入与建模包括管网拓扑、地理分布、热用户信息，设备台账信息的关联。
[0018]在上述技术方案的基础上，步骤S1还包括：采用多维度的向量集结构V(L
n
,P
m
,S
i
,U
j
,Z
k
)搭建区域管网的矩阵计算模型，进而整体供热管网的拓扑则由M(V1,V2,
…
,V
q
,S)构建而成，其中S为区域子集耦合系数。
[0019]在上述技术方案的基础上，步骤S2包括：收集典型工况的历史数据集C，其子集C
i
(f,t,p)是由管网的运行数据构成，f表示所有子区域与节点的流量，t表示所有子区域与节点的温度，p表示所有子区域与节点的压力。
[0020]在上述技术方案的基础上，步骤S2还包括：使用OLS最小二乘法初始化模型M0，并计算出所有工况数据集在模型初始化过程中存在的均方根偏差R0。
[0021]在上述技术方案的基础上，步骤S3包括：采集供热实时数据集T，代入初始化模型M0生成的q个区域矩阵方程中，完成常规水力计算过程；通过矩阵处理实现相关管段与区域的并联计算，然后输出更新后的水力平衡模型M1(V
11
,V
21
,
…
,V
q1
,S1)，其中阻力与流量并联公式包括
[0022]在并联管段中，并联管段的总阻力系数S
b
和各管段的阻力系数S
i
由如下关系
[0023][0024]各并联环路的流量Q
i
比值与其在各自阻抗S
i
之间由如下关系
[0025][0026]将区域模型V
k
结果通过外耦合重新输入给与实测数据T误差最小的矩阵模型，对上一轮计算结果M
k
‑1进行迭代更新，得到k次迭代后对应的水力平衡计算结果M
k
(V
1k
,V
2k
,
…
,V
qk
,S
k
),并重新计算均方根偏差R
k
。
[0027]在上述技术方案的基础上，所述常规水力计算过程包括流量平衡分析、外界传热平衡分析、沿程阻力、局部阻力以及网段串联阻力系数。
[0028]在上述技术方案的基础上，步骤S4包括：
[0029]通过区域分解与迭代计算蒸汽流量的方式使模型中的压降与实际值的误差较小，然后使用节点矩阵方程重新耦合，对管网节点压力、温度进行计算
[0030][0031]上式中：A表示J
×
N阶管网的基本关联矩阵；
[0032]A
T
表示基本关联矩阵的转置矩阵；
[0033]Q表示节点流量列向量，Q＝(Q1，Q2，
…
Q
J
)T；
[0034]G表示管段流量列向量，G＝(G1，G2，
…
G
N
)T；
[0035]ΔV表示管段的压降向量，ΔV＝(ΔV1，ΔV2，
…
ΔV
N
)T；
[0036]V表示节点水头列向量，V＝(V1，V2，
…
V
N
)T，V
i
为第i各节点相对参考节点的压力水头Pa；
[0037]K表示N
×
N阶阻力系数对角矩阵，K＝diag(K1，K2，
…
K
N
)；
[0038]|G|表示N
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，其特征在于，包括：步骤S1.借助机理仿真搭建多节点网格化的供热管网模型；步骤S2.历史工况数据与区域节点模型的初始化；步骤S3.多节点并联迭代计算；步骤S4.计算模型耦合与优化过程的结束。2.如权利要求1所述的基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，其特征在于，步骤S1包括：完成蒸汽管网的基础信息录入与建模，关键数据结构包括管线定义(l1,l2,
…
,l
n
)：{ID，名称，类型，所属父级管线}；管点定义(p1,p2,
…
,p
m
)：{ID，所属管线，类型，X坐标，Y坐标}；管段定义(s1,s2,
…
,s
i
)：{ID，起始节点，终止节点，设计流量，管径，长度}；热用户定义(u1,u2,
…
,u
j
)：{ID，名称，表计编号，管线，X坐标，Y坐标}；管网地图拓扑(z1,z2,
…
,z
k
)：{ID，区域序列，坐标序列}。3.如权利要求2所述的基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，其特征在于：所述完成蒸汽管网的基础信息录入与建模包括管网拓扑、地理分布、热用户信息，设备台账信息的关联。4.如权利要求2所述的基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，其特征在于，步骤S1还包括：采用多维度的向量集结构V(L
n
,P
m
,S
i
,U
j
,Z
k
)搭建区域管网的矩阵计算模型，进而整体供热管网的拓扑则由M(V1,V2,
…
,V
q
,S)构建而成，其中S为区域子集耦合系数。5.如权利要求4所述的基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，其特征在于，步骤S2包括：收集典型工况的历史数据集C，其子集C
i
(f,t,p)是由管网的运行数据构成，f表示所有子区域与节点的流量，t表示所有子区域与节点的温度，p表示所有子区域与节点的压力。6.如权利要求5所述的基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，其特征在于，步骤S2还包括：使用OLS最小二乘法初始化模型M0，并计算出所有工况数据集在模型初始化过程中存在的均方根偏差R0。7.如权利要求6所述的基于区域节点并联迭代与耦合的蒸汽管网水力计算模型，其特征在于，步骤S3包括：采集供热实时数据集T，代入初始化模型M0生成的q个区域矩阵方程中，完成常规水力计算过程；通过矩阵处理实现相关管段与区域的并联计算，然后输出更新后的水力平衡模型M1(V
11
,V
21
,
…
,V
q1
,S1)，其中阻力与流量并联公式包括在并联管段中，并联管段的总阻力系数S
b
和各管段的阻力系数S
i
由如下关系各...

【专利技术属性】
技术研发人员：果泽泉，何波，何强，罗勇，魏屹，
申请(专利权)人：京能东风十堰能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：