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《哈尔滨工业大学》 2011年
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基于矩阵论的供热管网阻力系数辨识研究

刘永鑫  
【摘要】:集中供热系统是城市重要的基础设施,因其具有节能、环保和供热质量好等优点,在“节能减排”的大环境下将得到更广泛的应用。供热管网作为集中供热系统中的重要部分,具有规模大、结构复杂、投资巨大以及社会影响重大等特点,因此倍受关注。目前,供热管网水力工况计算、运行调度以及可靠性分析等几个方面的研究较多,而供热管网阻力特性辨识方面的研究较少。如果无法准确获得供热管网实际运行条件下的阻力系数,供热管网水力工况计算以及运行调度等研究大都只能停留在理论计算模拟与定性分析上。计算与分析的结果往往与实际运行情况不符,从而大大降低研究成果的实用价值。目前在为数不多的供热管网阻力系数辨识研究中,对供热管网辨识模型的研究还比较少,并且辨识方法单一,辨识准确程度不高、辨识计算耗时较大。因此,对供热管网阻力系数辨识问题开展深入研究有着重要的理论意义和实用价值。 本文针对供热管网阻力系数辨识问题进行了较为深入的研究,提出了一些行之有效的辨识研究方法。首先利用矩阵方程形式表达供热管网阻力系数辨识问题,并结合系统能观测性理论,指出供热管网节点压力均可观测是满足供热管网阻力系数辨识能观测性的必要条件。在此基础上提出多水力工况条件下满足供热管网阻力系数辨识能观测性的充分条件以及该条件下的辨识求解方法,为供热管网阻力系数辨识的理论研究及实验测试提供了一种新的研究途径。 考虑现有供热管网的实际观测条件一般不能满足辨识能观测性的要求,本文结合线性方程组的解分析理论和广义逆矩阵理论,提出基于广义逆矩阵理论辨识供热管网阻力系数的方法。该方法可以应用于一般观测条件下的供热管网阻力系数辨识问题的研究,其中利用逐步线性化的迭代方法求解辨识方程组的广义逆解,并以方程组解中的阻力系数值作为辨识结果,逼近供热管网阻力系数的实际值。而后,将基于广义逆矩阵理论辨识供热管网阻力系数的方法应用于辨识算例。 本文提出在可能获取更多的观测数据的条件下,可以利用部分管段(一般为一组链支管段)阻力系数初始值作为辨识的已知条件,辨识得到供热管网阻力系数。考虑到利用空间供热管网模型可以更直接地反映供热管网实际情况,利用分块矩阵表示空间供热管网阻力系数辨识问题,在求解辨识问题的同时结合空间供热管网的特点提出适用于空间供热管网阻力系数辨识的链支管段选择方案。 结合聚类分析理论提出了基于反映供热管网阻力系数变化的管段流量和节点压力观测点优化布置方法。基于矩阵论中的矩阵对矩阵微分运算法则以及供热管网阻力系数变化对管段流量和节点压力影响的线性分析结果,在上述研究基础上,提出利用管段流量和节点压力观测点相对灵敏度研究观测点优化布置问题,并且根据供热管网设计值计算相对灵敏度。 最后,利用供热系统多功能试验台及某集中供热管网观测数据进行供热管网阻力系数模拟辨识研究,说明不同供热管网观测条件下的阻力系数辨识方法的实现过程,表明本文所提出的辨识方法具有较高的辨识计算效率和较好的实际工程应用前景。 本文基于系统能观测性理论指出多水力工况条件下供热管网阻力系数辨识满足能观测性条件的可能性,在满足辨识能观测性的条件下可以直接求解阻力系数辨识问题。考虑到实际供热管网中压力和流量观测点的布置情况,提出基于广以逆矩阵理论辨识供热管网阻力系数的方法,以辨识方程组的广义逆解作为供热管网阻力系数辨识结果,该结果与实际值一般比较接近。在具备更加完善观测条件的情况下,可以利用基于一组链支管段阻力系数值的辨识方法得到更加接近实际值的供热管网阻力系数辨识结果。在上述研究基础上,可以依据观测点相对灵敏度选择合适的观测数据进行供热管网阻力系数辨识。本文的研究成果为进一步研究供热管网阻力系数辨识问题及实际工程应用奠定了理论基础,具有一定前导性。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU995.3

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【参考文献】
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