基于TBB的并行遗传算法蒸汽管网模型自动校准系统技术方案

一种基于TBB的并行遗传算法蒸汽管网模型自动校准系统，属于蒸汽管网模型校准计算技术领域。硬件系统包括关系数据库服务器，实时数据库服务器，应用服务器，工程师站。关系数据库服务器与工程师站和应用服务器相连，应用服务器除与关系数据库服务器相连外，还与实时数据库和工程师站相连，保持三者之间数据交换。应用模块包括关系数据库，数据采集模块，数据结果显示模块，水力热力耦合计算模块和管网模型自动校准模块。优点在于，实现了快速准确的蒸汽管网模型计算。使得管网模型计算更加准确，更加有助于对管网的分析和维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于蒸汽管网模型校准计算
，特别是提供一种基于TBB(Threading Building Blocks )并行遗传算法的蒸汽管网模型校准系统,实现了快速准确的管网模型计算精度校准辨识。
技术介绍
在蒸汽管网实际运行过程中，由于蒸汽管网结构复杂，管壁粗糙度、管道保温情况等难以准确取值，随着其改造、老化、运行工况的改变，管网内的物理参数将不断变化，计算误差较大且无法进行在线测量。在管网模型计算过程中，压降修正系数受到管壁物理特性、流体性质以及流态变化的影响，因此在动态过程中很难保证对管网压降系数的较好估计。同时管道温降修正系数和流量因子修正系数也需及时校准。为使管网模型计算结果更佳接近实际运行工况，并为管网的正常设计、运营、管理及压力流量的实时控制和准确计量提供 理论依据，管网模型系数校准便显得非常重要。校准本质上就是在输入输出测量数据的基 础上求解系统模型或模型中未知参数的过程。蒸汽管网计算模型可广泛地应用于蒸汽管网的分析、设计、运行和维护等方面。与蒸汽管网有关的投资等许多重大的决策也是以水力热力模型为基础的，因此需要管网水力热力模型与管网实际运行尽可能吻合。但管网模型是模拟真实蒸汽管网运行的数学模型，无论模型多么复杂，它也只是对真实管网运行的近似估计。为了使模型的预测值跟实际值更为接近，需对蒸汽管网的模型进行校准。管网模型校准是在建立耦合方程组的基础上，采用合适的准则函数，利用不同的数值计算方法进行校准辨识。模型的校核是管网计算的重要部分，蒸汽管网耦合模型是基于管网监测点的压力、流量进行校核。结合蒸汽管网的特点与计算需要，选择节点压力与管段流量作为监测数据，建立基于最小二乘原理的管网计算校准数学模型。数学模型的求解方法有遗传算法、蚂蚁算法、粒子群算法等通过迭代求解逐步逼近最优解。随着计算机数值求解技术、自动控制技术的不断完善和发展，管网模型自动校准成为可能。模型校准需要尽可能多的实测数据，并且保证测量数据相关性尽可能小，以减小辨识校正的误差。本专利技术将建立一种快速准确的蒸汽管网模型自动校准计算方法，可实时校核管网计算模型，从而使得管网模型计算更加准确，切合生产运行实际。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于TBB的并行遗传算法蒸汽管网模型自动校准系统，实现了快速准确的蒸汽管网模型计算。使得管网模型计算更加准确，更加有助于对管网的分析和维护。用于模型校核的传统优化数学模型一般都是利用节点压力或者管段流量来进行校核，即在满足管网本身的水力热力平衡(包括压降方程、温降方程、节点连续性方程、能量方程以及虚环方程等)和参数本身的取值范围的约束条件下，寻找最优的待校核参数取值。使得管网节点压力或管道流量实测值与计算值之间的平方和所构成的目标函数值为最小。本专利技术硬件系统包括关系数据库服务器，实时数据库服务器，应用服务器，工程师站。关系数据库服务器与工程师站和应用服务器相连，应用服务器除与关系数据库服务器相连外，还与实时数据库和工程师站相连，保持三者之间数据交换。应用模块包括关系数据库，数据采集模块，数据结果显示模块，水力热力耦合计算模块和管网模型自动校准模块。其中数据结果显示模块部署在工程师站，管网耦合计算模块和模型自动校准模块部署在应用服务器，关系数据库部署在关系数据库服务器，数据采集模块部署在实时数据库。关系数据库是显示模块与耦合计算模块、模型自动校准模块之间的数据通讯媒介。耦合计算模型与自动校准程序将计算结果写入关系数据库，显示模块再从关系数据库中读出并予以显示。关系数据库存储用于模型计算、模型校准、数据显示的数据。包括管点信息，管段信息，水力热力耦合模型计算结果，模型校准结果等信息。数据采集模块由实时数据库和现场采集仪表以及传输网络组成；现场采集仪表将信息实时传入实时数据库中，并有数据采集模块根据要求相管网耦合计算模型提供数据。数据结果显示模块数据接口部分，为模型计算提供数据输入功能，包括读取数据文件，直接读取GIS信息功能；计算结果的显示对模型计算结果实现多种方式显示，包括图表显示和图形显示；管网耦合计算模块包括I、建立多气源管网拓扑模型结构，并对管网结构进行合理适当的串联、并联简化，便于模型计算；2、基于IF97公式，水力学热力学定律，以及基尔霍夫定律建立蒸汽管网水力热力耦合计算模型；3、通过牛顿-拉夫逊法求解管网水力热力模型，通过压降计算公式，将节点流量连续方程组表示为以管段压降为未知量的方程组；之后，利用环路压降能量方程，将方程中的管段压降表示为管段始段、末段压力的差值，得到关于节点压力的非线性方程组；利用泰勒公式将方程组线性化，并对其求解，得到独立节点压力的修正量。采用同样流程，可得到独立节点温度的修正量。随后迭代求解独立节点压力、温度，管段压降、温降，管段流量和参考节点流量，直到满足精度要求。管网模型校准模块I、建立模型校准目标方程辨识思路最优化模型思路是在满足管网本身的水力热力平衡和校核参数本身的取值范围等约束条件下，建立基于最小二乘原理的参数辨识数学模型，寻找最优的待校核参数的取值，使得由管网实测值与计算值之差的平方和所构成的目标函数值为最小。显然，该问题为复杂约束的非线性规划问题，其复杂程度正比于管网的规模。为了得到更多的校正数据，采用多工况分析的方法，利用并行遗传算法对蒸汽管网校准优化目标函数为权利要求1.一种基于TBB的并行遗传算法蒸汽管网模型自动校准系统，其特征在于，包括关系数据库服务器，实时数据库服务器，应用服务器，工程师站；关系数据库服务器与工程师站和应用服务器相连，应用服务器除与关系数据库服务器相连外，还与实时数据库和工程师站相连，保持三者之间数据交换；应用模块包括关系数据库，数据采集模块，数据结果显示模块，水力热力耦合计算模块和管网模型自动校准模块；其中数据结果显示模块部署在工程师站，管网耦合计算模块和模型自动校准模块部署在应用服务器，关系数据库部署在关系数据库服务器，数据采集模块部署在实时数据库； 关系数据库是显示模块与耦合计算模块、模型自动校准模块之间的数据通讯媒介；耦合计算模型与自动校准程序将计算结果写入关系数据库，显示模块再从关系数据库中读出并予以显示。2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于， 所述的关系数据库存储用于模型计算、模型校准、数据显示的数据；包括管点信息，管段信息，水力热力耦合模型计算结果，模型校准结果等信息； 所述的数据采集模块由实时数据库和现场采集仪表以及传输网络组成；现场采集仪表将信息实时传入实时数据库中，并有数据采集模块根据要求相管网耦合计算模型提供数据； 所述的数据结果显示模块数据接口部分，为模型计算提供数据输入功能，包括读取数据文件，直接读取GIS信息功能；计算结果的显示对模型计算结果实现多种方式显示，包括图表显示和图形显示。3.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述的管网耦合计算模块的功能为 建立多气源管网拓扑模型结构，并对管网结构进行合理适当的串联、并联简化，便于模型计算； 基于IF97公式，水力学热力学定律，以及基尔霍夫定律建立蒸汽管网水力热力耦合计算模型； 通过牛顿-拉夫逊法求解管网水力热力模型，通过压降计算公式，将节点流量连续方程组表示为以管段压降为未知量的方程组；之后，利用环路压降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于TBB的并行遗传算法蒸汽管网模型自动校准系统，其特征在于，包括关系数据库服务器，实时数据库服务器，应用服务器，工程师站；关系数据库服务器与工程师站和应用服务器相连，应用服务器除与关系数据库服务器相连外，还与实时数据库和工程师站相连，保持三者之间数据交换；应用模块包括关系数据库，数据采集模块，数据结果显示模块，水力热力耦合计算模块和管网模型自动校准模块；其中数据结果显示模块部署在工程师站，管网耦合计算模块和模型自动校准模块部署在应用服务器，关系数据库部署在关系数据库服务器，数据采集模块部署在实时数据库；关系数据库是显示模块与耦合计算模块、模型自动校准模块之间的数据通讯媒介；耦合计算模型与自动校准程序将计算结果写入关系数据库，显示模块再从关系数据库中读出并予以显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：马湧，孙彦广，于立业，苏胜石，朱寅，徐化岩，曾玉娇，张鹏飞，
申请(专利权)人：冶金自动化研究设计院，上海金自天正信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：