供热管网水力仿真模型辨识修正方法及系统、操作方法与流程

技术特征：

1.一种供热管网水力仿真模型辨识修正方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，选取供热系统在稳态工况下的多组实测数据；

步骤S2，计算各管段的阻力系数理论值；以及

步骤S3，建立供热管网水力仿真模型，利用粒子群算法结合多组实测数据辨识计算各阻力系数修正量，并获得修正过的阻力系数。

2.根据权利要求1所述的供热管网水力仿真模型辨识修正方法，其特征在于，

所述步骤S1中选取供热系统在稳态工况下的多组实测数据，即

识别供热管网系统的多个稳态运行工况，选取多组稳态运行工况的实测数据，其方法包括：

步骤S11，工况数据预处理；

步骤S12，求各热力站的稳态工况时间区间；

步骤S13，求整个供热管网系统的稳态工况时间区间；以及

步骤S14，选取所述多组实测数据。

3.根据权利要求2所述的供热管网水力仿真模型辨识修正方法，其特征在于，

所述步骤S2中计算各管段的阻力系数理论值的方法包括：

通过如下机理公式计算出各管段的阻力系数理论值；即

${\mathrm{\δ}}_i=6.88\×{10}^{-3}\frac{K^{0.25}}{{\mathrm{\ρd}}_i^{5.25}}(l_i+l_{di}),i=1,2,...,D$

δ_i为管段i的阻力系数(Pa/(t/h)2)；K为管壁的当量绝对粗糙度；d_i为管道内径，单位为m；l_i为管段长度，单位为m；l_di为管段局部阻力当量长度，单位为m；ρ为管内热水的平均密度，单位为kg/m3；D为管段数量。

4.根据权利要求3所述的供热管网水力仿真模型辨识修正方法，其特征在于，

所述步骤S3中建立供热管网水力仿真模型的方法包括：

将供热管网转换为由节点和区段构成的有向图模型，即管网图；其中

节点表示存在流量进出的点，用集合V表示，V＝{V₁,V₂,…,V_n}，式中，n为管网中的节点个数；

区段表示节点间的连接管段，用集合E表示，E＝{E₁,E₂,…,E_m}，式中D为区段数即管段数量；

转换为有向图，则表示为G＝<V,E>；

根据网络图论得到供热管网的关联矩阵A和基本回路矩阵B，其中A为n×D阶矩阵，B为s×D阶矩阵，s为基本回路个数s＝D-n+1；

构建供热管网水力仿真模型，即

AG^T＝0；

BΔH^T＝0；

式中，G为记录管网图中各管段内体积流量的行向量，即

G＝[G₁,G₂,…,G_D]；

ΔH为记录管网图中各管段总阻力损失的列向量，即

ΔH＝ζ*|G|*G+Z-H_b；

式中，ζ为管网中各管段的阻力系数矩阵；

ζ＝diag{δ₁+Δδ₁,δ₂+Δδ₂,…,δ_D+Δδ_D}；

其中δ₁、δ₂、……、δ_D为阻力系数理论值，Δδ₁、Δδ₂、……、Δδ_D为阻力系数修正量，即需要辨识的参数；D表示待辨识的阻力系数修正量的维数；

Z为管段两节点位能差的列向量Z＝[Z₁,Z₂,…,Z_D]^T；

H_b为热网中的水泵扬程列向量H_b＝[H_b1,H_b2,…,H_bD]^T；

在供热管网水力仿真模型应用于辨识时，将其抽象表示为如下形式：

Y＝Func(X,δ)

式中X表示输入的多组实测数据；Y表示输出向量；δ表示待辨识管段的阻力系数向量,δ＝[δ₁+Δδ₁,δ₂+Δδ₂,…,δ_D+Δδ_D]。

5.根据权利要求4所述的供热管网水力仿真模型辨识修正方法，其特征在于，

所述步骤S3中利用粒子群算法结合多组实测数据辨识计算各阻力系数修正量，即

采用粒子群算法在每一代产生不同的阻力系数修正量，并通过供热管网水力仿真模型中不同阻力系数修正量向量在多个工况下管网的流动状态与相应实测数据进行对比，辨识出最优的阻力系数修正量。

6.根据权利要求5所述的供热管网水力仿真模型辨识修正方法，其特征在于，

采用粒子群算法结合多组实测数据辨识计算各阻力系数修正量向量的方法包括如下步骤：

步骤S31，粒子群算法参数设置，即

微粒个数N、微粒维数D，以及决策变量上界U＝[Δδ_1u,Δδ_2u,…,Δδ_Du]和下界L＝[Δδ_1l,Δδ_2l,…,Δδ_Dl]；

步骤S32，初始化，即

读取阻力系数理论值，生成N个微粒，即N组阻力系数修正量向量；

步骤S33，建立用于阻力系数修正量辨识的目标函数，以计算各微粒的目标函数值；

所述目标函数如下：

$\min Z({\mathrm{\&Delta;\&delta;}}_1,{\mathrm{\&Delta;\&delta;}}_2,...,{\mathrm{\&Delta;\&delta;}}_D)=\underset{j=1}{\overset{N_C}{\&Sigma;}}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\&Sigma;}}{({\mathrm{PC}}_{ij}-{\mathrm{PO}}_{ij})}^2$

当阻力系数修正量Δδ₁,Δδ₂,…,Δδ_D作为决策变量给定值后，通过供热管网水力仿真模型计算得到相应输出数据；

对每一个微粒k∈{1,2,…,N}，将其与阻力系数理论值向量[δ₁,δ₂,…,δ_D]相加，得到该微粒代表的阻力系数向量将δ_k输入供热管网水力仿真模型，并依次利用第1、2，……，第N_C组实测数据对其进行水力计算，得到相应工况下各热力站的压力计算值；

式中，

PC_ij：稳态工况j下由仿真模型计算得到的热力站i的压力计算值；

PO_ij：稳态工况j下热力站i对应的压力测量值；

N_P：压力测点数量；

步骤S34，微粒飞行，产生下一代微粒；

步骤S35，达到设定的运行代数，算法终止，否则回到步骤S33继续执行。

7.一种供热管网水力仿真模型辨识修正系统，其特征在于，包括：

粒子群算法单元，产生每一代的阻力系数修正量对应的微粒，并将微粒写入数据库，并且读取各微粒的目标函数值；

目标函数计算单元，建立用于阻力系数修正量辨识的目标函数，驱动多个供热管网水力仿真模型，即产生N个仿真模型进行并行的模拟计算，并从数据库获取微粒，通过仿真模型计算微粒的目标函数值并写回数据库。

数据库单元，存储阻力系数修正量向量的群体和目标函数值，以及目标函数的计算状态，并且还将稳态工况的实测数据以及每一代优化计算的结果也存入数据库中。

8.根据权利要求7所述的供热管网水力仿真模型辨识修正系统，其特征在于，

所述目标函数如下：

$\min Z({\mathrm{\&Delta;\&delta;}}_1,{\mathrm{\&Delta;\&delta;}}_2,...,{\mathrm{\&Delta;\&delta;}}_D)=\underset{j=1}{\overset{N_C}{\&Sigma;}}\underset{i=1}{\overset{N_P}{\&Sigma;}}{({\mathrm{PC}}_{ij}-{\mathrm{PO}}_{ij})}^2$

当阻力系数修正量Δδ₁,Δδ₂,…,Δδ_D作为决策变量给定值后，通过供热管网水力仿真模型计算得到相应输出数据；

对每一个微粒k∈{1,2,…,N}，将其与阻力系数理论值向量[δ₁,δ₂,…,δ_D]相加，得到该微粒代表的阻力系数向量将δ_k输入供热管网水力仿真模型，并依次利用第1、2，……，第N_C组实测数据对其进行水力计算，得到相应工况下各热力站的压力计算值；

式中，

PC_ij：稳态工况j下由仿真模型计算得到的热力站i的压力计算值；

PO_ij：稳态工况j下热力站i对应的压力测量值；

N_P：压力测点数量。

9.一种根据权利要求7所述的供热管网水力仿真模型辨识修正系统的操作方法，包括如下步骤：

步骤Sa，建立待辨识管网的拓扑结构模型，以生成管网各部件的唯一标识ID；

步骤Sb，获得工况实测数据和计算阻力系数理论值的准备工作；

步骤Sc，设置粒子群算法单元中的算法参数，启动该单元；

步骤Sd，启动目标函数计算单元。

10.根据权利要求9所述的操作方法，其特征在于，

所述步骤Sb中所述准备工作包括：将待辨识管段的ID和阻力系数理论值对应地整理到配置文件中，供粒子群算法单元读取；以及

将筛选的多组实测数据写入数据库中，供目标函数计算单元查询，每一组工况数据包括工况编号、热源或热力站ID、热源或热力站对应的流量和供回水压力。