本发明专利技术公开了一种基于稳态水力平差计算的管网渗漏定位方法和系统，涉及城市供热管网技术领域，包括：基于目标供水管网的基础信息，构建目标供水管网的数学模型；基于数学模型和稳态水力平差的方法，确定目标供水管网的流量分布和压力分布，以及确定可测量压力矩阵和可测量流量矩阵；分别计算可测量流量矩阵和可测量压力矩阵对泄露流量的数值梯度；基于数值梯度对目标供水管网的管段进行聚类，得到多个管段单元；对比目标供水管网的归一化压力差与每个管段单元的归一化的流量数值梯度的相似度，并确定包括渗漏管段的管段单元。本发明专利技术缓解了现有技术中存在的需要大量的运行数据和难以辨识历史数据中没有的漏损工况的技术问题。辨识历史数据中没有的漏损工况的技术问题。辨识历史数据中没有的漏损工况的技术问题。
【技术实现步骤摘要】
一种基于稳态水力平差计算的管网渗漏定位方法和系统
[0001]本专利技术涉及城市供热管网
，具体为一种基于稳态水力平差计算的管网渗漏定位方法和系统。
技术介绍
[0002]城市集中供热系统城市能源管线的重要组成部分，供热管网的稳定运行是我国城市经济发展和民生的重要保证。在管网的运维过程中，城市供热管网存在渗漏的工况，这些渗漏通常发生在大网与热力站的连接管、泵阀等设备的连接管上。现有技术中，针对渗漏工况的定位，一般基于硬件监测与人工巡线，如在管道敷设过程中加入光纤，或人工采集管线周边红外辐射情况，以判断监测漏损问题。而基于算法实现漏损监测与定位的工程应用较少。现有应用的算法，有的基于管网漏损的历史数据，通过对压力波动进行相似性匹配的实现定位；对于长输供热管线，可以基于动态水力仿真结果进行辨识。但前者需要大量的运行数据，且难以辨识历史数据中没有的漏损工况；后者仅适用于单根管道，且需要对管道压力进行高频采样。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的就在于为了解决上述至少一个技术问题而提供一种基于稳态水力平差计算的管网渗漏定位方法和系统。
[0004]第一方面，本专利技术实施例提供了一种基于稳态水力平差计算的管网渗漏定位方法，包括：基于目标供水管网的基础信息，构建所述目标供水管网的数学模型；所述目标供水管网为包括渗漏管段的供水管网；所述数学模型包括基本关联矩阵、节点流向向量、水泵参数向量和管道阻抗向量；所述基本关联矩阵为关于所述目标供水管网的节点与管段的关联关系矩阵；基于所述数学模型和稳态水力平差的方法，确定所述目标供水管网的流量分布和压力分布；基于所述流量分布和所述压力分布，确定所述目标供水管网的可测量压力矩阵和可测量流量矩阵；分别计算所述可测量流量矩阵和所述可测量压力矩阵对泄露流量的数值梯度；所述数值梯度包括流量数值梯度和压力数值梯度；基于所述数值梯度对所述目标供水管网的管段进行聚类，得到多个管段单元；其中，每个管段单元包括多个空间上相邻、数值梯度相近的管段；对比所述目标供水管网的归一化压力差与每个管段单元的归一化的流量数值梯度的相似度，并将相似度最大的管段单元确定为包括渗漏管段的管段单元。
[0005]进一步地，基于所述数学模型和稳态水力平差的方法，确定所述目标供水管网的流量分布和压力分布，包括：基于稳态水力平差的方法，构造满足管段压力平衡关系的初始流量分布和初始压力分布；通过迭代方程组对所述初始流量分布和所述初始压力分布进行迭代，得到所述目标供水管网的流量分布和压力分布。
[0006]进一步地，所述管段压力平衡关系包括：；所
述迭代方程组包括：；所述迭代方程组的迭代终止条件包括：；其中，G
k
和P
k
分别为第k次迭代时的流量分布和压力分布；G
k+1
和P
k+1
分别为第k+1次迭代时的流量分布和压力分布；A为所述基本关联矩阵；Q为所述节点流量向量；S为所述管道阻抗向量；V0、V1和V2均为所述水泵参数向量。
[0007]进一步地，基于所述流量分布和所述压力分布，确定所述目标供水管网的可测量压力矩阵和可测量流量矩阵，包括：通过如下算式确定所述可测量压力矩阵和所述可测量流量矩阵：P
u
=E
u
P，G
u
=E
u
G；其中，P
u
为所述可测量压力矩阵，G
u
为所述可测量流量矩阵；P为所述压力分布，G为所述流量分布；E
u
为与所述目标供水管网的管段对应的仅包含0和1的对角阵，其中，可测量位置对应1，不可测量位置对应0。
[0008]进一步地，分别计算所述可测量流量矩阵和所述可测量压力矩阵对泄露流量的数值梯度，包括：通过如下算式计算所述数值梯度：；其中，和分别为所述压力数值梯度和所述流量数值梯度；q为所述泄露流量，q0为0泄露流量，P0和G0分别为所述目标供水管网的泄露流量为0时的压力分布和流量分布，P
q
和G
q
分别为所述目标供水管网的泄露流量为q时的压力分布和流量分布。
[0009]进一步地，对比所述目标供水管网的归一化压力差与每个管段单元的归一化的流量数值梯度的相似度，并将相似度最大的管段单元确定为包括渗漏管段的管段单元，包括：通过如下算式计算所述目标供水管网的归一化压力差与每个管段单元的归一化的流量数值梯度的相似度：；将取最小值时对应的管段单元，确定为相似度最大的管段单元；
[0010]其中，，，n为所述管段单元的总数量；norm2表示取二范数。
[0011]进一步地，在得到多个管段单元之后，还包括：对所述多个管段单元的渗漏可能性
进行排序，并以几何分布为比例为每个管段单元的渗漏权重进行赋值；基于所述渗漏权重和蒙特卡罗法构造随机渗漏组合；每个随机渗漏组合包括多个管段单元；对比所述目标供水管网的压力差与每个随机渗漏组合的压力差的相似度，并将相似度最大的随机渗漏组合确定为包括多个渗漏管段的随机渗漏组合。
[0012]进一步地，通过如下算式计算所述目标供水管网的压力差与每个随机渗漏组合的压力差的相似度：；其中，P
u
为所述可测量压力矩阵，q为泄露流量，q
j
为第j个随机渗漏组合的泄露流量。
[0013]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种基于稳态水力平差计算的管网渗漏定位系统，包括：模型构建模块，第一确定模块，第二确定模块，计算模块，聚类模块和定位模块；其中，所述模型构建模块，用于基于目标供水管网的基础信息，构建所述目标供水管网的数学模型；所述目标供水管网为包括渗漏管段的供水管网；所述数学模型包括基本关联矩阵、节点流向向量、水泵参数向量和管道阻抗向量；所述基本关联矩阵为关于所述目标供水管网的节点与管段的关联关系矩阵；所述第一确定模块，用于基于所述数学模型和稳态水力平差的方法，确定所述目标供水管网的流量分布和压力分布；所述第二确定模块，用于基于所述流量分布和所述压力分布，确定所述目标供水管网的可测量压力矩阵和可测量流量矩阵；所述计算模块，用于分别计算所述可测量流量矩阵和所述可测量压力矩阵对泄露流量的数值梯度；所述数值梯度包括流量数值梯度和压力数值梯度；所述聚类模块，用于基于所述数值梯度对所述目标供水管网的管段进行聚类，得到多个管段单元；其中，每个管段单元包括多个空间上相邻、数值梯度相近的管段；所述定位模块，用于对比所述目标供水管网的归一化压力差与每个管段单元的归一化的流量数值梯度的相似度，并将相似度最大的管段单元确定为包括渗漏管段的管段单元。
[0014]进一步地，所述定位模块，还用于：对所述多个管段单元的渗漏可能性进行排序，并以几何分布为比例为每个管段单元的渗漏权重进行赋值；基于所述渗漏权重和蒙特卡罗法构造随机渗漏组合；每个随机渗漏组合包括多个管段单元；对比所述目标供水管网的压力差与每个随机渗漏组合的压力差的相似度，并将相似度最大的随机渗漏组合确定为包括多个渗漏管段的随机渗漏组合本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于稳态水力平差计算的管网渗漏定位方法，其特征在于，包括：基于目标供水管网的基础信息，构建所述目标供水管网的数学模型；所述目标供水管网为包括渗漏管段的供水管网；所述数学模型包括基本关联矩阵、节点流向向量、水泵参数向量和管道阻抗向量；所述基本关联矩阵为关于所述目标供水管网的节点与管段的关联关系矩阵；基于所述数学模型和稳态水力平差的方法，确定所述目标供水管网的流量分布和压力分布；基于所述流量分布和所述压力分布，确定所述目标供水管网的可测量压力矩阵和可测量流量矩阵；分别计算所述可测量流量矩阵和所述可测量压力矩阵对泄露流量的数值梯度；所述数值梯度包括流量数值梯度和压力数值梯度；基于所述数值梯度对所述目标供水管网的管段进行聚类，得到多个管段单元；其中，每个管段单元包括多个空间上相邻、数值梯度相近的管段；对比所述目标供水管网的归一化压力差与每个管段单元的归一化的流量数值梯度的相似度，并将相似度最大的管段单元确定为包括渗漏管段的管段单元。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述数学模型和稳态水力平差的方法，确定所述目标供水管网的流量分布和压力分布，包括：基于稳态水力平差的方法，构造满足管段压力平衡关系的初始流量分布和初始压力分布；通过迭代方程组对所述初始流量分布和所述初始压力分布进行迭代，得到所述目标供水管网的流量分布和压力分布。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述管段压力平衡关系包括：；所述迭代方程组包括：；所述迭代方程组的迭代终止条件包括：；其中，G
k
和P
k
分别为第k次迭代时的流量分布和压力分布；G
k+1
和P
k+1
分别为第k+1次迭代时的流量分布和压力分布；A为所述基本关联矩阵；Q为所述节点流量向量；S为所述管道阻抗向量；V0、V1和V2均为所述水泵参数向量。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述流量分布和所述压力分布，确定所述目标供水管网的可测量压力矩阵和可测量流量矩阵，包括：通过如下算式确定所述可测量压力矩阵和所述可测量流量矩阵：P
u
=E
u
P，G
u
=E
u
G；
其中，P
u
为所述可测量压力矩阵，G
u
为所述可测量流量矩阵；P为所述压力分布，G为所述流量分布；E
u
为与所述目标供水管网的管段对应的仅包含0和1的对角阵，其中，可测量位置对应1，不可测量位置对应0。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：分别计算所述可测量流量矩阵和所述可测量压力矩阵对泄露流量的数值梯度，包括：通过如下算式计算所述数值梯度：其中，和分别为所述压力数值梯度和所述流量数值梯度；q为所述泄露流量，q0为0泄露流量，P0和G0分别为所述目标供水管网的泄露流量为0时的压力分布和流量分布，P
q
【专利技术属性】
技术研发人员：李力，王娜，胡明明，胡子彧，张冲，欧亮，郭磊宏，王占山，朱超然，肖木森，
申请(专利权)人：天津市津安热电有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。