流体输配管网系统的水力工况优化方法

本发明涉及供暖系统控制领域，尤其涉及一种流体输配管网系统的水力工况优化方法。

背景技术：

1、流体输配管网系统是由管道、阀门、泵站、仪表等组成的一个网络，用于输送和分配液体到不同的使用点或设备。流体输配管网系统的设计和运行需要综合考虑液体性质、输送距离、预期流量和压力需求等因素。然而，在实际应用场景中，供热系统受供热管道的影响，由于流体输配管网末端的温度与供热管网预设温度相差很大，给供热管网的用暖端群体造成了较大不便。因此，如何在保证供暖效率的前提下对水力工况进行快速地精准调控，是当下技术人员亟待解决的问题。

2、中国专利公开号cn115076766a公布了一种关于供热管网水力平衡的运行方法，包括：一次网分布式供热输配系统建立；全网分布式输配方案；所述一次网分布式供热输配系统建立包括：零压点的确定；供热系统的水力工况分析；运行调节；所述全网分布式输配方案包括：零压点的确定；供热系统的水力工况分析；运行调节。通过设置由分布式循环水泵、无线压力传感器、远传系统、远程数据管理系统，设置以数据采集为基础的控制平台，根据室外热负荷变化，自动调整水泵运行频率，进行变流量调节。由此可见，所述一种关于供热管网水力平衡的运行方法公开了根据室外热负荷变化，自动调整水泵运行频率并进行变流量调节，但是存在以下问题：用暖端受到用暖端调控的影响，阀门的状态不断变化，不同周期内与系统连接的用暖端有所变化，导致管网的阻力系数和系统循环流量也发生变化，水力不稳定。

技术实现思路

1、为了实现上述目的，本发明提供一种流体输配管网系统的水力工况优化方法，用以克服现有技术中用暖端受到用暖端调控的影响，导致管网的阻力系数和系统循环流量也发生变化，水力不稳定的问题。

2、为此，本发明提供一种流体输配管网系统的水力工况优化方法，包括：

3、s1，数据采集单元持续针对目标管网进行需求数据监测；

4、s2，数据分析单元对单个监测周期内数据采集单元采集单个用暖端对应的子供暖数据进行有效度分析以确定一级有效数据和二级有效数据；

5、s3，根据单个监测周期内一级有效数据和二级有效数据的数量差值确定对参考温度的计算方法并计算单个监测周期参考温度；

6、s4，建立横轴为参考温度且纵轴为阀门开启比例的二维坐标系，并建立参考区域且根据四分法将参考区域划分为若干个子区域，计算各子区域的数据聚集度，将检测到的最大聚集度对应的子区域记为阻力参考区域；

7、s5，提取阻力参考区域内各数据点所属监测周期的管网流量，若单个数据点所属监测周期的管网流量稳定度处于预设流量稳定度范围，判定该监测周期的管网流量平均值记为有效流量；

8、s6，提取各单个监测周期的有效流量和该单个监测周期的有效流量对应的管道压差平均值计算单个监测周期对应的最佳阻力系数；

9、s7，目标管网运行时，压差控制单元根据当前管网流量以及当前时刻所属监测周期的最佳阻力系数确定水泵压差并根据管网流量所处预设流量阈值范围确定是否对水泵压差进行调节；

10、所述需求信息包括用暖端的阀门开启度、所有用暖端阀门的总数量、用暖端的阀门开启时长、用暖端的室内温度、管网流量以及管道压差。

11、进一步地，所述数据分析单元在第一数据分析条件下依次对所述数据采集单元采集的子供暖数据进行有效度分析；

12、若子供暖数据处于第一子供暖有效状态，所述数据分析单元判定该子供暖数据无效；

13、若子供暖数据处于第二子供暖有效状态，所述数据分析单元判定该子供暖数据为二级有效数据，并计算二级有效数据的有效度；

14、若子供暖数据处于第二子供暖有效状态，所述数据分析单元判定该子供暖数据为一级有效数据；

15、其中，所述第一子供暖有效状态为单个周期内阀门开启度小于预设阀门开启度且阀门开启总时长小于预设开启时长；所述第二子供暖统计状态为单个周期内阀门开启度小于预设阀门开启度且阀门开启总时长大于或等于预设开启总时长；所述第三子供暖统计状态为单个周期阀门开启度大于或等于预设阀门开启度且阀门开启总时长大于或等于预设开启总时长；

16、其中，所述第一数据分析条件为单个监测周期结束。

17、进一步地，所述数据分析单元在第二数据分析条件下根据单个二级有效数据对应的开启度差值确定该二级有效数据的有效度；

18、所述开启度差值与所述二级有效数据的有效度为负相关关系；

19、其中，所述二级有效数据的有效度小于最大有效度，所述开启度差值为预设阀门开启度减去阀门开启度所得数值，所述第二数据分析条件为存在子供暖数据处于第二子供暖有效状态。

20、进一步地，所述数据分析单元在第三数据分析条件下根据有效数据量差值确定参考温度的确定方法；

21、若有效数据量差值处于第一预设差值状态，所述数据分析单元判定采用第一参考温度计算方法；

22、若有效数据量差值处于第二预设差值状态，所述数据分析单元判定采用第二参考温度计算方法；

23、若有效数据量差值处于第三预设差值状态，所述数据分析单元判定采用第三参考温度计算方法；

24、其中，所述第一预设差值状态为一级有效数据的数量大于二级有效数据的数量且有效数据量差值大于预设有效数据量差值，所述第二预设差值状态为二级有效数据的数量大于一级有效数据的数量且有效数据量差值大于预设有效数据量差值，所述第三预设差值状态为有效数据量差值小于或等于预设有效数据量差值，所述第三数据分析条件为二级有效数据的有效度确定完成。

25、进一步地，所述数据分析单元在第四数据分析条件下根据一级有效数据的数量与二级有效数据的数量的差值状态确定单个周期内子供暖数据的参考温度的计算公式；

26、若为第一预设差值状态，所述数据分析单元判定采用第一参考温度公式计算参考温度，参考温度记为t01，第一参考温度公式其中，α1为最大有效度，α2为二级有效数据的有效度，0＜α2＜0.5＜α1＜1，α1＝1-α2，t1 i为第i个一级有效数据对应的用暖端温度，t2u为第u个二级有效数据对应的用暖端温度，i＝0，1,2,3，……，imax，imax为一级有效数据总数量，umax为二级有效数据总数量；

27、若为第二预设差值状态，所述数据分析单元判定第二参考温度公式计算参考温度，参考温度记为t02，第二参考温度公式

28、其中，所述第四数据分析条件为有效数据量差值大于预设有效数据量差值。

29、进一步地，所述数据分析单元在第五数据分析条件下根据二级有效数据平均温度确定参考温度公式；

30、若二级有效数据平均温度小于预设有效温度，采用第一参考温度公式；

31、若二级有效数据平均温度大于或等于预设有效温度，采用第二参考温度公式；

32、其中，所述第五数据分析条件为有效数据量差值小于或者等于预设有效数据量差值。

33、进一步地，所述系数生成单元在第一系数生成条件下建立二维坐标区域，二维坐标系的横轴为监测周期的参考温度，二维坐标系的纵轴为监测周期的阀门开启比例，建立参考区域，参考区域为一矩形区域，参考区域的横坐标最大值为监测周期对应的参考温度的最大值，参考区域的纵坐标最大值为监测周期对应的阀门开启比例的最大值，参考区域的横坐标最小值以及参考区域的纵坐标最小值均为0，且参考区域的横边与二维坐标系的横边平行以及参考区域的竖边与二维坐标系的纵边平行，将参考区域划分为9个子区域，并计算9个子区域的数据聚集度，将检测到的最大聚集度对应的子区域记为阻力参考区域；

34、所述第z个子区域的聚集度qz的计算公式为：

35、

36、其中，cz为第z个子区域的数据点的数量，z＝1,2,3，……，9；

37、其中，所述第一系数生成条件为每个周期的参考温度的确定方法选择完成。

38、进一步地，所述系数生成单元在第二系数生成条件下提取阻力参考区域内各数据点所属监测周期的管网流量以确定最佳阻力系数；

39、若单个数据点所属监测周期的管网流量稳定度处于预设流量稳定度范围，系数生成单元判定该监测周期的管网流量平均值记为有效流量；根据各单个监测周期的有效流量和所述单个监测周期的有效流量对应的管道压差平均值计算各单个监测周期对应的最佳阻力系数sc；

40、所述单个监测周期的阻力系数sc计算公式为：

41、

42、所述δpc为第c个监测周期的有效流量对应的管道压差平均值；gc为第c个监测周期的有效流量；

43、其中，所述第二系数生成条件为监测周期的阻力参考区域确定。

44、进一步地，所述压差控制单元在第一压差控制条件下根据当前管网流量以及当前时刻所属监测周期确定水泵压差；

45、所述水泵压差计算公式为δp＝sc×g；

46、其中，sc为当前时刻所述的监测周期对应的最佳阻力系数；g为当前管网流量；

47、其中，所述第一压差控制条件为监测周期的最佳阻力系数确定完成。

48、进一步地，所述压差控制单元在第二压差控制条件下根据管网流量确定是否对水泵压差进行调节；

49、若管网流量处于第一预设流量范围，所述压差控制单元判定水泵压差不需要进行调节；

50、若管网流量处于第二预设流量范围，所述压差控制单元判定水泵压差调节模式采用增大调节模式；

51、若管网流量处于第三预设流量范围，所述压差控制单元判定水泵压差调节模式采用减小调节模式；

52、所述第一预设流量范围内的数值均大于各监测周期有效流量的最小值且小于各监测周期有效流量最大值；所述第二预设流量范围内的数值均大于各监测周期有效流量最大值；所述第三预设流量范围内的数值均小于各监测周期有效流量最小值；

53、所述水泵压差调节量与流量差值的绝对值为正相关关系；若管网流量处于第二预设流量范围，所述流量差值为管网流量减去各监测周期有效流量最大值所得数值；若管网流量处于第三预设流量范围，所述流量差值为各监测周期有效流量最小值减去管网流量所得数值；

54、其中，所述第二压差控制条件为水泵压差确定完成。

55、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，根据数据采集单元获取的子供暖数据进行有效度分析，剔除了无效子供暖数据，提高了数据的有效性，并且根据不同供暖需求用暖端的数量状态确定不同的参考温度计算方法，提高了判定结果的准确度，根据子供暖数据状态分布确定阻力参考区域并计算单个周期的最佳阻力系数，以及根据当前时刻的管网流量确定所属监测周期确定水泵压差，根据实际应用场景对水泵压差进行调节，提高了本发明的应用效率。

56、进一步地，本发明中所述数据分析单元在第一数据分析条件下依次对所述数据采集单元采集的子供暖数据进行有效度分析，从而反映用暖端周期内的阀门使用情况，进一步减小无效子供暖数据对本发明后续参考温度的判定精度的影响，提高了本发明的数据处理效率。

57、进一步地，本发明中所述数据分析单元在第三数据分析条件下根据有效数据量差值确定参考温度的确定方法，依据二级数据和一级数据的数据量状态反映不同供暖需求用暖端的数量状态，从而使得以此确定的参考温度的确定方法更加符合实际应用场景，提高了本发明技术方案的实用性以及判定结果的准确度。

58、进一步地，本发明中所述数据分析单元在第五数据分析条件下根据二级有效数据平均温度确定参考温度公式，通过二级有效数据平均温度与预设有效温度的比对，进一步精确反映用暖端的供暖需求以对应选择参考温度公式，进而提高了本发明的判定结果的准确度。

59、进一步地，本发明中所述压差控制单元根据管网流量确定水泵压差的调节模式和水泵压差的调节程度，使水泵压差调节更加符合实际应用场景，结合流量变化情况实现了水泵变压差自适应控制，提高了本发明的应用效率。