[发明专利]基于滚动时域估计理论的热网动态调节运行参数估计方法

权利要求书

1.一种基于滚动时域估计理论的热网质调节运行参数估计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)从热网的数据采集与监视控制系统中获取从t₁到t_n时刻、间隔时间为Δt的热网运行数据，包括热网中各节点压力H，任意两个节点间支路的流量m，两个节点间支路的首端温度T_f和末端温度T_t，热源和热负荷等效成的连接支路，热功率φ^q，其中上标q表示连接支路，Δt为设定的间隔时间，为采样间隔时间的整数倍，上述运行数据构成n个时刻的测量值列向量z_h；

(2)建立热网管道内部温度状态量离散差分形式的描述：

对于热网中编号为b＝1，2，3，...，Y的管道，将管道按长度Δx的体积分为Z^b段，管道内部状态点编号依次为i＝0，1，2，3，...，Z^b，为保证差分格式的稳定性，Δx的取值需满足Courant-Friedrichs-Lewy条件，即

其中，r称为离散差分格式的网格比，m为任意两个节点间支路的流量，ρ为供热介质的密度，由流体的物性参数表获得，S为热网中支路的管道横截面积，从相应数据手册中获取；

(3)利用滚动时域估计方法，对质调节运行进行参数估计：

(3-1)将t₁到t_n时刻的状态量划分为s个时间窗，每个时间窗内包含I个时刻的状态信息，I＝n/s；

(3-2)对于任意一个时间窗，将热网所有待估计的估计量构成一个列向量x_h(t)，列向量x_h(t)中包括状态列向量x_state(t)和参数列向量x_para，列向量x_state(t)包括热网中各支路流量m(t)、各节点压力H(t)以及任两个节点间支路管道首末端及内部的全部温度状态量列向量x_para包括任两个节点间支路的管道阻力系数K以及普通支路的散热系数λ^p，上标p表示供水支路和回水支路组成的普通支路；

(3-3)建立一个描述热网状态量、参数量与测量值之间关系的量测函数f₁(x)，f₁(x)＝f₁(x_h(t))，f₁(x_h(t))为热力系统潮流方程组，热力系统潮流方程组包括支路压力损失方程和支路热功率方程，

A^TH(t)＝ΔH(t)-H^p(t)

其中，A^T为节点-支路关联矩阵A的转置，H_p为支路上泵扬程组成的列向量，a、b、c为泵参数，从泵的产品铭牌上获取，m_p(t)为泵所在支路的流量，ΔH为热网中每条支路压力损失组成的列向量，支路压力损失ΔH(t)＝K(t)·m(t)·|m(t)|，上标q表示连接支路，φ^q(t)为连接支路的用热功率，热负荷处的用热功率为正，热源处的用热功率为负，C_p为供热介质的比热容，由流体的物性参数表获取，m^q(t)为连接支路流量，为连接支路首端温度，为连接支路末端温度；

(4)根据上述步骤(1)的测量值，建立一个基于多工况的热网稳态运行参数估计的目标函数如下：

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(t))表示目标函数表达式；

(5)建立热网质调节运行的约束条件c(x_h(t))，包括：

(5-1)对所有节点建立流量连续性约束，流量连续性约束表示为如下矩阵形式：

AM(t)＝0

其中，M(t)为热网每条支路流量构成的列向量，将供水支路和回水支路统一等效为普通支路，用上标p表示，连接支路等效为特殊支路，用上标q表示，则M(t)表示为：

其中，M^p(t)表示供水支路和回水支路即普通支路流量组成的子向量，M^q(t)表示连接支路流量组成的子向量；

(5-2)对热网中的所有节点建立温度混合约束：

(∑m_out(t))T_n(t)＝∑(m_in(t)T_in(t))

其中，m_out(t)为供热介质流出节点的支路流量，m_in(t)为供热介质流入节点的支路流量，T_n(t)为节点处供热介质混合后的温度，T_in(t)为不同支路供热介质在节点处混合前的温度；

用不同支路末端温度T_out(t)代替支路供热介质在节点处混合前的温度T_in(t)，则节点温度混合约束表示为如下矩阵形式：

diag(A_fM(t))T_n(t)＝A_tdiag(M(t))T_out(t)

其中，A_f、A_t分别为正节点-支路关联矩阵和负节点-支路关联矩阵，diag(·)表示对角阵，即

(5-3)对于管道内部的温度状态量建立温度转移关系约束：

i＝0，1，2，3，...，(Z^b-1)；b＝1，2，3，...，Y

其中，为编号为b的管道在i状态点处t时刻的温度，表示管道b在t时刻的首端温度，表示管道b在t时刻的末端温度，T_a为环境温度，l为热网中支路的管道长度，λ为热网中普通支路的散热系数，为待估计量，C_p为供热介质的比热容，从相应数据手册中获取；

同时，对于第一个时间窗，t的取值时刻分别为t₂，t₃，...，t_I，对于后续的第n个时间窗，t的取值为t_1+nI，t_2+nI，t_3+nI，...，t_nI；

(6)利用信赖域反射算法(Trust region reflective)、有效集算法(Active set)、内点法(Interior point)或序列二次规划算法(SQP)，在给定的迭代精度和最大迭代次数下，对由上述步骤(4)的目标函数和上述步骤(5)的约束条件构成的优化问题进行求解，最后得到的x_para即为每个时间窗热网网络参数的估计结果；

(7)遍历s个时间窗，重复步骤(4)-(6)，则对于一段连续的质调节运行过程，得到s组网络参数估计结果x_para，1，x_para，2，...，x_para，s，取平均值，得到最后的估计结果，即