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集中供热系统优化控制方案的模糊综合评价研究

作　者: 曹晓飞
导　师: 周恩泽
学　校: 青岛理工大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 分户计量混水供热系统控制方案模糊综合评价
分类号: TU995
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

供热系统实行分户计量后，热用户的自主调节行为使集中供热混水系统变流量运行。稳态控制方法在供热系统为变流量的情况下并不适应。主要原因为热量在传递过程中存在延迟。这要求系统必须采用适当的控制设备进行动态的控制。本文的目的是建立供热系统仿真模型，研究供热系统在变流量运行过程中，一次网和二次网的流量和压力的动态变化，采用合理的调节策略和控制方案，确定最优的末端压差控制方案，实现系统的运行稳定和节能要求。首先，分析集中供热系统主要设备的仿真模型，特别针对集中供热管网，提出了基于基本回路法的水力工况模拟与分析方法，对供热管网拓扑结构节点关联矩阵和回路矩阵的计算机生成方法进行了深入的分析研究。应用图论描述管网的拓扑结构，引入描述热源和热用户信息的峰阵，提出了利用峰阵自动生成基本关联矩阵和独立回路矩阵的实用方法。该方法可以简化管网计算，缩短整个管网计算过程的时间，减少原始数据的准备工作量和难度，为供热管网的动态模拟、优化调节的方案研究提供了方便。在此基础上编制了计算程序，通过算例验证了该方法的正确性和实用性。并且建立了集中供热系统的仿真平台，为控制方案的优化选择提供基础。然后，针对分户计量混水系统提出适应供热管网动态特性的调节策略和控制方案，即针对实际供热系统，提出多组压差控制点和压差设定值的末端压差优化控制方案，并且利用时间序列模型进行负荷预测，利用预测的负荷，确定系统的供水温度，使得热量输送到各热力站时刚好满足当前的负荷需求。这样，能够减少热延迟给供热调节带来的影响，更进一步的实现按需供热。最后，针对集中供热管网变流量系统的运行特点，将模糊综合评价法应用于控制方案的寻优评价。分析了采用模糊综合评价方法评价控制方案的必要性，建立了集中供热系统控制方案的评价体系。建立集中供热系统的动态模拟仿真平台，应用实例，深入的评价研究了变流量系统的末端压差控制方案。确定控制方案的评价指标，采用模糊综合评价法进行评价，选择最优的压差控制方案。通过实例验证了评价模型的正确性和实用性，为供热系统的节能运行提供了理论基础和方法。集中供热系统变流量运行的优化控制研究起步较晚，缺乏真实可靠的原始数据以及统一规范的管网信息库，模糊综合评价法正好弥补了此方面的不足，它不仅能够量化一些难以回避的模糊概念，而且能够使对系统控制方案的评价主观和客观相统一。

全文目录

摘要  9-11
Abstract  11-13
第1章绪论  13-20
  1.1 研究的背景及意义  13-15
  1.2 国内外研究现状和发展动态  15-17
    1.2.1 国外研究现状和发展动态  15-16
    1.2.2 国内研究现状和发展动态  16-17
  1.3 论文的研究目的及主要内容  17-20
    1.3.1 论文的研究目的  17-18
    1.3.2 论文的主要内容  18-20
第二章供热系统主要设备的仿真模型  20-29
  2.1 锅炉模型  20-21
  2.2 变速水泵模型  21-23
  2.3 电动调节阀模型  23-26
    2.3.1 电动调节阀的调节原理  23-24
    2.3.2 电动调节阀的流量特性  24-26
  2.4 压差控制阀模型  26-28
    2.4.1 压差控制阀的工作原理  26-27
    2.4.2 压差控制阀的适用性  27-28
  2.5 小结  28-29
第三章管网模型及供热系统仿真平台的建立  29-57
  3.1 管网拓扑结构的矩阵表达及最小生成树算法  29-33
    3.1.1 管网拓扑结构的矩阵表达  29-31
    3.1.2 最小生成树算法  31-33
  3.2 管网矩阵的生成  33-39
    3.2.1 峰阵的表示及信息录入  33-34
    3.2.2 关联矩阵 A 的生成  34-35
    3.2.3 最小生成树的生成  35-36
    3.2.4 回路矩阵 B 的生成  36-37
    3.2.5 算法步骤  37-39
  3.3 管网的流量-压力模型  39-44
    3.3.1 节点流量平衡方程  40
    3.3.2 回路压力平衡方程  40
    3.3.3 管道阻力损失计算  40-44
  3.4 管网流量-压力模型的求解方法  44-51
    3.4.1 求解方法的确定  44-45
    3.4.2 模型的建立  45
    3.4.3 模型的简化  45-46
    3.4.4 模型的求解  46-49
    3.4.5 求解算例  49-51
  3.5 系统仿真平台的建立  51-54
  3.6 能耗的计算  54-55
  3.7 小结  55-57
第四章供热管网的控制方案及其模糊综合评价方法  57-86
  4.1 供热管网的控制方案  57-62
    4.1.1 供热管网运行调节策略的分析  57-58
    4.1.2 供热管网的控制方案  58-60
    4.1.3 负荷时间序列预测方法  60-61
    4.1.4 PID 控制器  61-62
  4.2 控制方案的模糊综合评价方法  62-67
    4.2.1 模糊综合评判法的原理  63-65
    4.2.2 模糊综合评判法的步骤  65-66
    4.2.3 集中供热系统控制方案评价体系的建立  66-67
  4.3 应用实例  67-84
    4.3.1 系统简介  67-68
    4.3.2 仿真模型的建立及模型参数的确定  68-74
    4.3.3 控制方案的设计计算  74-76
    4.3.4 负荷时间序列预测模型参数的确定  76-81
    4.3.5 PID 控制器参数的整定  81-82
    4.3.6 应用模糊综合评价方法确定最优控制方案  82-84
  4.4 小结  84-86
结论与展望  86-88
参考文献  88-91
研究生期间发表论文及获得专利  91-92
致谢  92

集中供热系统优化控制方案的模糊综合评价研究

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