[发明专利]一种考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计方法

摘要

本发明涉及一种考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计方法，属于综合能源系统的运行和控制技术领域。首先将蒸汽供热管道和疏水阀等效成两条管道，建立考虑疏水模型的蒸汽供热管道的Γ型等效模型，再建立考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计的目标函数，根据目标函数对蒸汽供热管道稳态运行状态进行估计。本发明方法考虑了蒸汽供热管道中由于部分蒸汽凝结产生的疏水现象，可以有效的监测蒸汽供热管道的运行状况，对疏水量给出定量估计，在非全量测配置下补全量测，辨识坏数据，为能量管理系统和调度管理系统提供详实的数据支撑。

主权项

1.一种考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将蒸汽供热管道和疏水阀等效成两条管道，建立一个考虑疏水模型的蒸汽供热管道的Γ型等效模型，具体过程如下：(1‑1)根据蒸汽供热管道内蒸汽的流量变化，得到一个蒸汽供热管道流量守恒方程：m₁‑m₂＝m_d其中，m₁为蒸汽供热管道首端流量，m₂为蒸汽供热管道末端流量，m_d为疏水阀等效成的管道内蒸汽流量；(1‑2)根据蒸汽供热管道内蒸汽的压力变化，得到一个蒸汽供热管道动量守恒方程：其中，p₁为蒸汽供热管道首端压力，p₂为蒸汽供热管道末端压力，d为蒸汽供热管道的直径，f为蒸汽供热管道的摩擦阻力，从蒸汽管网设计说明书中获取，为供热管道内蒸汽的平均密度，从不同工况下蒸汽密度表中获取，为供热管道内蒸汽的平均流速，为供热管道内蒸汽的平均流量，S为蒸汽供热管道的横截面积；(1‑3)根据蒸汽供热管道内蒸汽的焓变化，得到一个蒸汽供热管道能量守恒方程：其中，H₁为蒸汽供热管道首端蒸汽的焓，H₂为蒸汽供热管道末端蒸汽的焓，l为蒸汽供热管道的长度，S为上述步骤(1‑2)中蒸汽供热管道的横截面积，d为上述步骤(1‑2)中蒸汽供热管道的直径，λ为蒸汽供热管道的散热系数，从相应的数据手册中获取，为蒸汽供热管道内平均温度，通过蒸汽供热管道首末端温度求出，T₁为管道首端温度，T₂为管道末端温度，T_A为环境温度，H_d为进入疏水阀等效成的管道内的蒸汽的焓，H_d＝m_d·h_d，m_d为上述步骤(1‑1)中疏水阀等效成的管道内蒸汽流量，h_d为进入疏水阀等效成的管道内的蒸汽的比焓，h_d＝h_d(p_d，T_d)，p_d为疏水阀等效成的管道内蒸汽的压力，T_d为疏水阀等效成的管道内蒸汽的温度，Q_d为产生疏水现象过程中的热损失，Q_d＝c_p·m_d(T₂‑T_d)+m_d·γ_d，c_p为蒸汽的比热容，由流体的物性参数表获取，γ_d为蒸汽的潜热系数，由蒸汽汽化潜热值表获取；令T_d≈T₂，p_d＝p₂，p₂为蒸汽供热管道末端压力，得到蒸汽供热管道能量守恒方程的最终表达形式如下：其中，(2)建立一个考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计的目标函数，如下：min J(x_h)＝min{[z_h‑f(x_h)]^TW^‑1[z_h‑f(x_h)]}其中，W为测量值的协方差矩阵，上标T表示矩阵转置，J(x_h)表示目标函数表达式，z_h为蒸汽供热管道量测值，包括蒸汽管道首端温度m₁、首端压力p₁、首端温度T₁、末端温度m₂、末端压力p₂、末端温度T₂，z_h＝[m₁，p₁，T₁，m₂，p₂，T₂]^T，上述量测值从热网的数据采集与监视控制系统中实时测量获取，x_h为蒸汽供热管道状态量，x_h＝[m₁，p₁，T₁，m_d]^T，m₁、p₁、T₁、m_d分别为蒸汽供热管道首端流量、蒸汽供热管道首端压力、蒸汽供热管道首端温度和疏水阀内流量，f(x)为描述蒸汽管道状态量与测量值之间关系的量测函数，f(x)＝f(x_h)，量测方程如下：其中，h₁为供热管道首端蒸汽的比焓，h₁＝h₁(p₁，T₁)，h₂为供热管道末端蒸汽的比焓，h₂＝h₂(p₂，T₂)；(3)对上述步骤(2)的目标函数进行状态估计，设定蒸汽供热管道状态估计的收敛精度δ和最大循环次数d，初始化时设循环次数k为0，选用无约束的牛拉法进行估计，该方法取最优解的条件为：进行第k次迭代式为：其中，J(x_h)为上述步骤(2)中的目标函数，f(x_h)为上述步骤(2)中的量测函数，x_h为上述步骤(2)中的状态量，上标T表示矩阵转置，W为上述步骤(2)中测量值的协方差矩阵，z_h为上述步骤(2)中的量测值；(4)对上述步骤(3)的状态估计结果进行收敛性判断：若循环次数k达到预设循环次数d，即k≥d，则将本次状态估计结果作为t时刻考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计结果；若循环次数k未达到预设循环次数d，即k＜d，则进一步根据蒸汽供热管道状态估计的精度δ对状态估计结果收敛性进行判断：若最近相邻两次状态估计结果中的状态量估计值x^(k)和x^(k‑1)的差值小于状态估计精度δ，即max|x^(k)‑x^(k‑1)|＜δ，则将本次状态估计结果作为t时刻考虑疏水模型的蒸汽供热管道稳态运行状态估计结果，若最近两次状态估计结果中的状态变量估计值x^(k)和x^(k‑1)的差值大于状态估计精度δ，即max|x^(k)‑x^(k‑1)|≥δ，则更新状态变量，并根据本次状态估计所得的温度值更新蒸汽供热管道首端流量、压力、温度和疏水阀内流量，同时使k＝k+1，并返回步骤(3)，继续本次状态估计过程。