基于矩陣論的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識研究.pdf

1、集中供熱系統(tǒng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，因其具有節(jié)能、環(huán)保和供熱質(zhì)量好等優(yōu)點，在“節(jié)能減排”的大環(huán)境下將得到更廣泛的應(yīng)用。供熱管網(wǎng)作為集中供熱系統(tǒng)中的重要部分，具有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、投資巨大以及社會影響重大等特點，因此倍受關(guān)注。目前，供熱管網(wǎng)水力工況計算、運行調(diào)度以及可靠性分析等幾個方面的研究較多，而供熱管網(wǎng)阻力特性辨識方面的研究較少。如果無法準(zhǔn)確獲得供熱管網(wǎng)實際運行條件下的阻力系數(shù)，供熱管網(wǎng)水力工況計算以及運行調(diào)度等研究大都只能停留在理論計

2、算模擬與定性分析上。計算與分析的結(jié)果往往與實際運行情況不符，從而大大降低研究成果的實用價值。目前在為數(shù)不多的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識研究中，對供熱管網(wǎng)辨識模型的研究還比較少，并且辨識方法單一，辨識準(zhǔn)確程度不高、辨識計算耗時較大。因此，對供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識問題開展深入研究有著重要的理論意義和實用價值。
　　本文針對供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識問題進行了較為深入的研究，提出了一些行之有效的辨識研究方法。首先利用矩陣方程形式表達供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨

3、識問題，并結(jié)合系統(tǒng)能觀測性理論，指出供熱管網(wǎng)節(jié)點壓力均可觀測是滿足供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識能觀測性的必要條件。在此基礎(chǔ)上提出多水力工況條件下滿足供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識能觀測性的充分條件以及該條件下的辨識求解方法，為供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識的理論研究及實驗測試提供了一種新的研究途徑。
　　考慮現(xiàn)有供熱管網(wǎng)的實際觀測條件一般不能滿足辨識能觀測性的要求，本文結(jié)合線性方程組的解分析理論和廣義逆矩陣?yán)碚?，提出基于廣義逆矩陣?yán)碚摫孀R供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的方

4、法。該方法可以應(yīng)用于一般觀測條件下的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識問題的研究，其中利用逐步線性化的迭代方法求解辨識方程組的廣義逆解，并以方程組解中的阻力系數(shù)值作為辨識結(jié)果，逼近供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的實際值。而后，將基于廣義逆矩陣?yán)碚摫孀R供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的方法應(yīng)用于辨識算例。
　　本文提出在可能獲取更多的觀測數(shù)據(jù)的條件下，可以利用部分管段（一般為一組鏈支管段）阻力系數(shù)初始值作為辨識的已知條件，辨識得到供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)?？紤]到利用空間供熱管網(wǎng)模型可

5、以更直接地反映供熱管網(wǎng)實際情況，利用分塊矩陣表示空間供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識問題，在求解辨識問題的同時結(jié)合空間供熱管網(wǎng)的特點提出適用于空間供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識的鏈支管段選擇方案。
　　結(jié)合聚類分析理論提出了基于反映供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)變化的管段流量和節(jié)點壓力觀測點優(yōu)化布置方法?；诰仃囌撝械木仃噷仃囄⒎诌\算法則以及供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)變化對管段流量和節(jié)點壓力影響的線性分析結(jié)果，在上述研究基礎(chǔ)上，提出利用管段流量和節(jié)點壓力觀測點相對靈敏度研究

6、觀測點優(yōu)化布置問題，并且根據(jù)供熱管網(wǎng)設(shè)計值計算相對靈敏度。
　　最后，利用供熱系統(tǒng)多功能試驗臺及某集中供熱管網(wǎng)觀測數(shù)據(jù)進行供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)模擬辨識研究，說明不同供熱管網(wǎng)觀測條件下的阻力系數(shù)辨識方法的實現(xiàn)過程，表明本文所提出的辨識方法具有較高的辨識計算效率和較好的實際工程應(yīng)用前景。
　　本文基于系統(tǒng)能觀測性理論指出多水力工況條件下供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識滿足能觀測性條件的可能性，在滿足辨識能觀測性的條件下可以直接求解阻力系數(shù)辨識問

7、題?？紤]到實際供熱管網(wǎng)中壓力和流量觀測點的布置情況，提出基于廣以逆矩陣?yán)碚摫孀R供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)的方法，以辨識方程組的廣義逆解作為供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識結(jié)果，該結(jié)果與實際值一般比較接近。在具備更加完善觀測條件的情況下，可以利用基于一組鏈支管段阻力系數(shù)值的辨識方法得到更加接近實際值的供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識結(jié)果。在上述研究基礎(chǔ)上，可以依據(jù)觀測點相對靈敏度選擇合適的觀測數(shù)據(jù)進行供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識。本文的研究成果為進一步研究供熱管網(wǎng)阻力系數(shù)辨識問題