[发明专利]一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统

说明书

本发明涉及一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，所述方法包括：获取参数，所述参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M；将所述参数输入到状态估计模型中；所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态。本发明提出的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统，从而适应工程现场的蒸汽网络动态工况，对蒸汽网络的水力运行状态做出精确估计，提高水力运行数据的采集质量，确保网络处于安全运行状态。

技术领域

本发明属于综合能源系统的运行控制技术领域，特别涉及一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统。

背景技术

凭借高能量密度的特点，蒸汽在食品、制造等工业中存在广泛应用，与之对应的能源消耗在国民经济总能耗中占比很大。为充分共享蒸汽传输基础设施，相关工厂通常聚集成工业园区并建立蒸汽网络。为确保蒸汽网络的安全运行与高质量数据采集，有必要对其进行状态估计。这其中，与网络安全息息相关的水力状态估计尤为重要。供热网络是综合能源系统中非常重要的一部分，目前已有很多研究通过利用能源网络中供热网络的灵活性提高新能源的渗透率和能源利用率，在这些研究中均考虑热水为供热网络供热介质，但是在很多工业园区供热网络会选择高温高压蒸汽作为供热介质。相比较于热水管网，蒸汽管网的传输过程更加复杂，成为利用蒸汽管网的灵活性对综合能源系统进行组合分析和优化的一大障碍。

目前已有一部分对蒸汽网络进行水力状态估计的方法研究，但是普遍基于稳态运行工况展开。事实上，工程现场的蒸汽网络由于供、需的非实时平衡特点，大部分时间都处于动态运行工况，即蒸汽流量、压力随时间波动。此时，基于稳态方程的水力状态估计会导致较大的估计误差。

因此，基于稳态方程的水力状态估计会导致较大的估计误差等问题越来越成为亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统，本发明从描述蒸汽动态特性的流体力学方程出发，建立蒸汽供热网络的动态运行水力状态估计模型，并提出相应的求解方法，从而提高水力状态估计精度，实现蒸汽网络运行状态的更有效监测。

本发明提供一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，所述方法包括：

获取参数，所述参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M；

将所述参数输入到状态估计模型中；

所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态。

进一步地，所述状态估计模型的建立方法具体包括：

建立蒸汽供热管道的支路方程；

建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程；

根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型。

进一步地，所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态具体包括：

求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

根据所述状态估计模型算出所有管道的蒸汽流量、蒸汽流速、蒸汽密度和蒸汽压强状态。

进一步地，所述建立蒸汽供热管道的支路方程具体过程包括：

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其质量守恒方程：

其中，ρ为蒸汽密度，v为蒸汽流速，τ表示时间维度，x表示沿蒸汽供热管道方向的一维空间维度；

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其动量守恒方程：