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《山东大学》 2011年
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集中供热系统热力工况动态特性仿真及控制优化研究

张峥  
【摘要】:随着集中供热的大规模应用,许多学者对集中供热系统进行了大量的研究,但是目前对集中供热系统整体实时性的研究较少,本文通过构建的仿真系统对供热管网进行了实时仿真,并对供热系统的优化调节及PID自动控制进行了研究。 本文首先对将供热一次网分为热源、管道、节点、加热器、水泵等子系统,并针对各子系统分别建立数学模型:根据供热管网管道的特点,将其视为一元管道,然后对管道的流动、传热建立了求解方程;热网循环水泵采用了变频水泵,对其数学模型进行了推导和求解;建立改进的节点方程,对其的动态特性进行了研究;建立板式换热器的换热模型,并求解动态响应。 随后,本文将各子系统有机地结合,组成了热网的整体实时仿真系统,对不同工况下的流动和换热进行了研究,并对供热系统事故的发生进行了讨论,仿真结果表明:当某一支路的流量发生大幅度变化时,其它支路可能会发生水力失调和热力失调等现象,因此必须限制支路流量的调节在一定范围内;在不同的工况下,由于工质的流动滞后性和传热滞后性,用户出口温度会出现峰值或谷值等不同的现象;当循环水泵和蒸汽加热器发生故障,停止工作时,由于管道、水、换热器等的蓄热作用,供热系统的加热作用需要经过一段较长时间才会逐渐消失,不过这种事故将会导致汽化等现象的发生;当节点发生泄露时,泄露位置的不同,各支路用户的流量和温度会出现上升、下降等不同的变化,这对于从运行变化上发现泄露是非常有帮助的。 为了实现供热系统支路的自动控制,本文设计了基于二自由度的PID一次热网支路控制器,对PID参数进行优化整定,并使用MATLAB/SIMULINK进行了控制仿真。通过与普通PID调节的对比,发现二自由度PID控制器的调节更加准确,稳定性较好。 在考虑管网热损失、漏水热损失等因素的情况下,本文建立一次热网运行能耗方程,对质调节、量调节以及质量并调三种热网运行调节方式进行了经济性比较;利用遗传算法对该能耗方程进行最优求解,得到了不同运行工况下的最优供水温度及相应的循环水流量。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TU995

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