本公开提供一种热力系统仿真的求解方法、装置、电子设备及介质，方法包括：构建热力系统的控制方程，并根据控制方程构建热力系统的整体数学模型；根据控制方程线性或非线性的特性，构造整体数学模型的等价非线性规划问题；预设非线性控制方程中包含的热力系统运行参数的初值，将初值代入线性的控制方程计算热力系统的压力分布和热力系统中分段换热器的温度场分布；根据非线性控制方程计算分段换热器的热阻值；采用广义Benders分解方法，根据初值、压力分布、温度场分布、热阻值对等价非线性规划问题进行求解，得到热力系统各状态点的运行参数。该方法、装置、电子设备及介质解决了热力系统求解准确度低，鲁棒性差、对初值依赖性高、计算效率低等问题。计算效率低等问题。计算效率低等问题。
【技术实现步骤摘要】
热力系统仿真的求解方法、装置、电子设备及介质
[0001]本公开涉及热力
，尤其涉及一种热力系统仿真的求解方法、装置、电子设备及介质。
技术介绍
[0002]热力系统作为现代工业社会的重要组成部分，广泛应用于能源动力、航空航天、化工等多个领域。高效率的热力系统一般由多部件组成，工质输运、能量传递与转换等多种非线性物理过程相互耦合，工质物性变化使其流动、换热规律相互影响。传统的建模方法将部件模型直接叠加并引入部分简化来建立系统数学模型，之后采用联立方程法、序贯模块法或联立模块法进行模型求解，进而获取热力系统的相关运行参数。对于复杂热力系统，这种分析策略会在模型中引入大量的中间变量，模型非线性强，或采用简化使得模型准确度低，求解时出现鲁棒性差、对初值依赖性高、计算效率低等问题。
[0003]为解决上述问题，热量流建模方法将传统模型驱动势的非线性因素转移至热阻中，得到热量输运的驱动势与换热量的线性本构关系，以构建系统的整体约束方程为核心，通过电路原理和网络拓扑分析得到含有最少中间变量的系统约束。在模型求解方面，根据热量流模型可分离出线性的拓扑特征和非线性显式的元件特征两部分这一特性，研究者相应地提出了分层
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分治求解算法，对控制方程按照数学性质分类处理：采用矩阵运算方法求解线性拓扑约束，通过直接代入计算显式非线性约束，采用不动点迭代求解隐式非线性约束，更新预设未知变量直至收敛。分层
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分治求解算法相较于传统算法，其收敛范围和鲁棒性显著提升，计算时间显著降低。然而，其在隐式非线性约束迭代的求解以未知变量的更新中仅采用简单不动点迭代，未使用任何变量梯度信息，迭代更新流程较为低效，计算效率及收敛性仍存在很大提升空间。此外，分层
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分治算法的迭代求解流程设计缺乏原则，依赖设计经验，容易造成不必要的计算效率损失。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本公开提供一种热力系统仿真的求解方法、装置、电子设备及介质，用于至少部分解决现有技术中热力系统求解准确度低，鲁棒性差、对初值依赖性高、计算效率低等问题。
[0005]本公开第一方面提供一种热力系统仿真的求解方法，包括：构建热力系统的控制方程，并根据控制方程构建热力系统的整体数学模型；根据控制方程线性或非线性的特性，构造整体数学模型的等价非线性规划问题；预设非线性控制方程中包含的热力系统运行参数的初值，将初值代入线性的控制方程计算热力系统的压力分布和热力系统中分段换热器的温度场分布；根据非线性控制方程计算分段换热器的热阻值；采用广义Benders分解方法，根据初值、压力分布、温度场分布、热阻值对等价非线性规划问题进行求解，得到热力系统各状态点的运行参数。
[0006]根据本公开的实施例，构建热力系统的控制方程，具体包括：基于热力系统整体分
析的热量流法，建立热力系统的等效热量流模型；根据工质流经做功部件前后的压差与工质的质量流量之间的函数关系，建立做功部件的通流方程；根据工质流动的压力损失，建立工质流动的压力分布方程；根据工质的温度与压力的耦合关系，建立热功转换过程方程和工质混合过程方程；根据等效热量流模型、通流方程、压力分布方程、热功转换过程方程和工质混合过程方程构建热力系统的整体数学模型。
[0007]根据本公开的实施例，等价非线性规划问题的目标函数为非线性控制方程残差的平方和，等价非线性规划问题的约束条件为线性控制方程。
[0008]根据本公开的实施例，线性控制方程包括热力系统的等效热量流模型和压力分布方程，非线性控制方程包括热力系统的通流方程、热功转换过程方程和工质混合过程方程。
[0009]根据本公开的实施例，非线性控制方程中包含的热力系统运行参数包括温度、压力、质量流量、换热量和做功量。
[0010]根据本公开的实施例，根据非线性控制方程计算分段换热器的热阻值，具体包括：在热力系统的压力分布和热力系统中分段换热器的温度场分布确定后，获取变物性工况下分段换热器每段的物性参数；根据物性参数计算分段换热器的对流换热系数和传热系数；将对流换热系数和传热系数代入非线性控制方程计算分段换热器的热阻值。
[0011]根据本公开的实施例，采用经验关联式计算对流换热系数和传热系数。
[0012]根据本公开的实施例，查询开源的物性参数计算库，获取分段换热器每段的物性参数。
[0013]根据本公开的实施例，采用广义Benders分解方法，根据初值、压力分布、温度场分布、热阻值对等价非线性规划问题进行求解，具体包括：将固定初值、压力分布、温度场分布和热阻值的等价非线性规划问题定义为子问题；求解子问题中其他未知变量的值和等价非线性规划问题的目标函数的值；根据其他未知变量的值和目标函数的值计算Benders割集，其中，Benders割集为由子问题的广义拉格朗日函数值和广义拉格朗日函数关于非线性控制方程中包含的热力系统运行参数的梯度值构成的线性不等式；以Benders割集为约束条件，构建线性规划主问题；求解线性规划主问题，得到非线性控制方程中包含的热力系统运行参数新的值和线性规划主问题目标函数的值；重复上述步骤进行迭代计算，直至等价非线性规划问题的下边界和上边界逼近，且等价非线性规划问题的目标函数的值小于预设阈值，将此条件下热力系统的运行参数作为最终的运行参数。
[0014]根据本公开的实施例，热力系统仿真的求解方法还包括：在迭代计算过程中，对非线性控制方程中包含的热力系统运行参数的值进行归一化处理。
[0015]根据本公开的实施例，热力系统仿真的求解方法还包括：在迭代计算过程中，将等价非线性规划问题的目标函数的每一项乘以预设的自适应系数。
[0016]根据本公开的实施例，热力系统仿真的求解方法还包括：向等价非线性规划问题的目标函数中添加线性控制方程残差的平方和，使等价非线性规划问题的目标函数的项数与非线性控制方程中包含的热力系统运行参数的个数相同。
[0017]根据本公开的实施例，热力系统仿真的求解方法还包括：根据热力系统各状态点的运行参数对热力系统的运行特征进行分析，得到分析结果；根据分析结果运行热力系统实现对应的热力学过程。
[0018]本公开第二方面提供一种热力系统仿真的求解装置，包括：构建模块，用于构建热
力系统的控制方程，并根据控制方程构建热力系统的整体数学模型；构造模块，用于根据控制方程线性或非线性的特性，构造整体数学模型的等价非线性规划问题；第一计算模块，用于预设非线性控制方程中包含的热力系统运行参数的初值，将初值代入线性的控制方程计算热力系统的压力分布和热力系统中分段换热器的温度场分布；第二计算模块，用于根据非线性控制方程计算分段换热器的热阻值；第三计算模块，用于采用广义Benders分解方法，根据初值、压力分布、温度场分布、热阻值对等价非线性规划问题进行求解，得到热力系统各状态点的运行参数。
[0019]本公开第三方面提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序，其中，当一个本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种热力系统仿真的求解方法，其特征在于，包括：构建热力系统的控制方程，并根据所述控制方程构建所述热力系统的整体数学模型；根据所述控制方程线性或非线性的特性，构造所述整体数学模型的等价非线性规划问题；预设非线性控制方程中包含的热力系统运行参数的初值，将所述初值代入线性的控制方程计算所述热力系统的压力分布和所述热力系统中分段换热器的温度场分布；根据所述非线性控制方程计算所述分段换热器的热阻值；采用广义Benders分解方法，根据所述初值、所述压力分布、所述温度场分布、所述热阻值对所述等价非线性规划问题进行求解，得到所述热力系统各状态点的运行参数。2.根据权利要求1所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，所述构建热力系统的控制方程，具体包括：基于所述热力系统整体分析的热量流法，建立所述热力系统的等效热量流模型；根据工质流经做功部件前后的压差与所述工质的质量流量之间的函数关系，建立所述做功部件的通流方程；根据所述工质流动的压力损失，建立工质流动的压力分布方程；根据所述工质的温度与压力的耦合关系，建立热功转换过程方程和工质混合过程方程；根据所述等效热量流模型、所述通流方程、所述压力分布方程、所述热功转换过程方程和所述工质混合过程方程构建所述热力系统的整体数学模型。3.根据权利要求2所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，所述等价非线性规划问题的目标函数为非线性控制方程残差的平方和，所述等价非线性规划问题的约束条件为线性控制方程。4.根据权利要求2或3所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，线性控制方程包括所述热力系统的所述等效热量流模型和所述压力分布方程，非线性控制方程包括所述热力系统的所述通流方程、所述热功转换过程方程和所述工质混合过程方程。5.根据权利要求1所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，所述非线性控制方程中包含的热力系统运行参数包括温度、压力、质量流量、换热量和做功量。6.根据权利要求1所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，所述根据所述非线性控制方程计算所述分段换热器的热阻值，具体包括：在所述热力系统的压力分布和所述热力系统中分段换热器的温度场分布确定后，获取变物性工况下所述分段换热器每段的物性参数；根据所述物性参数计算所述分段换热器的对流换热系数和传热系数；将所述对流换热系数和传热系数代入所述非线性控制方程计算所述分段换热器的热阻值。7.根据权利要求6所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，采用经验关联式计算所述对流换热系数和传热系数。8.根据权利要求6所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，查询开源的物性参数计算库，获取所述分段换热器每段的物性参数。9.根据权利要求1所述的热力系统仿真的求解方法，其特征在于，所述采用广义
Benders分解方法，根据所述初值、所述压力分布、所述温度场分布、所述热阻值对所述等价非线性规划问题进行求解，具体包括：将固定所述初值、所述压力分布、所述温度场分布和所述热阻值...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈群，辛永琳，孙清晗，马欢，赵甜，贺克伦，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：
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