專利名稱：一種熱力系統(tǒng)動態(tài)模型的建立方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱力系統(tǒng)的特性分析及優(yōu)化運行技術(shù)領(lǐng)域；特別涉及一種熱力系統(tǒng)動 態(tài)模型的建立方法。
背景技術(shù)：
熱力系統(tǒng)的動態(tài)模型對于供熱、火力發(fā)電過程或具有類似熱力過程的工業(yè)系統(tǒng)的 運行特性分析、故障檢測與診斷、系統(tǒng)優(yōu)化設計、節(jié)能減排運行模式選擇、以及仿真平臺構(gòu) 建等具有重要的理論意義和應用價值。目前，熱力系統(tǒng)運行模型的建模方法是主要采用理論分析、經(jīng)驗歸納或二者相結(jié) 合的方法。建立理論解析模型需要深入了解對象的基本物理、化學規(guī)律，具有較嚴密的科學 根據(jù)，所建模型機理明晰，但建模過程專業(yè)性強且無法對復雜系統(tǒng)進行精確解析。經(jīng)驗歸納 模型不需要考慮系統(tǒng)或過程的工作機理，主要根據(jù)實測數(shù)據(jù)的定量關(guān)系建立，屬黑箱建模 范疇。但是這種建模方法需要大量的實測數(shù)據(jù)，模型的復雜程度不易確定，且對于不同工況 數(shù)據(jù)的響應一致性較差。當前另外一種比較流行的熱力系統(tǒng)建模方法是神經(jīng)網(wǎng)絡建模。通過將系統(tǒng)的輸 入、輸出數(shù)據(jù)導入神經(jīng)網(wǎng)絡，讓神經(jīng)網(wǎng)絡在運行中自動學習，適應較大工況范圍變化及系統(tǒng) 運行特性的時變性。這種建模方法的缺點是模型參數(shù)不具有物理意義，且在參數(shù)較多時運 行速度變慢，收斂性變差。在實際熱力系統(tǒng)建模過程中常出現(xiàn)兩種傾向一是片面強調(diào)運行數(shù)據(jù)的作用，忽 視對系統(tǒng)運行機理的研究，通過逼近、擬合的方式得到輸入/輸出間的復雜映射，進而模擬 系統(tǒng)的運行。這種方式在理論研究和工程應用中存在模型變量物理意義不明確、模型結(jié)構(gòu) 復雜、調(diào)試困難等問題。二是過于看重模型的精度，希望將系統(tǒng)內(nèi)部、外部的各種影響因素 統(tǒng)統(tǒng)考慮進去，機械地擴充模型的規(guī)模，認為越復雜的模型精度越高。這種方式不僅不能保 證模型的質(zhì)量，還會在一定程度上降低模型的實用性和適用性。

發(fā)明內(nèi)容
為了簡單明晰地表征熱力系統(tǒng)的靜、動態(tài)特性，建立關(guān)鍵物理參數(shù)的因果關(guān)聯(lián)，本 發(fā)明提出了一種熱力系統(tǒng)動態(tài)模型的建立方法，其特征在于，所述熱力系統(tǒng)的動態(tài)模型具 有規(guī)范的自下而上的多層、多節(jié)點因果動態(tài)傳遞拓撲結(jié)構(gòu)，該拓撲結(jié)構(gòu)的最下層為輸入層， 包含1-m個輸入節(jié)點，每個輸入節(jié)點代表一個輸入變量；最上層為輸出層，包含l-η輸出節(jié) 點，每個輸出節(jié)點代表一個輸出變量；輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間包含有從第2層至第i-Ι層 的多個中間層，各中間層具有I-P個數(shù)量不等的多個中間節(jié)點，每個中間節(jié)點代表輸入變 量到輸出變量傳遞過程中的一個中間變量；其中m、n、i和ρ均為正整數(shù)。所述因果動態(tài)傳遞拓撲結(jié)構(gòu)中，下層節(jié)點到上層節(jié)點之間具有一對多或多對一的 因果傳遞關(guān)系，通過標注箭頭的有向線段連接；箭頭由下層節(jié)點指向上層節(jié)點時表示輸入 變量到中間變量或中間變量到輸出變量的正向影響；箭頭由上層節(jié)點指向下層節(jié)點時表示輸出變量對中間變量或中間變量對輸入變量的反向影響；每條有向線段起始端的節(jié)點稱為 “因節(jié)點”，終到端的節(jié)點稱為“果節(jié)點”，它們構(gòu)成“因果節(jié)點對”。因果節(jié)點之間的動態(tài)傳遞關(guān)系由標注在有向線段上的標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，其對應的數(shù)學關(guān)系為
權(quán)利要求
1.一種熱力系統(tǒng)的動態(tài)模型，其特征在于，所述熱力系統(tǒng)的動態(tài)模型具有規(guī)范的自下 而上的多層、多節(jié)點因果動態(tài)傳遞拓撲結(jié)構(gòu)，該拓撲結(jié)構(gòu)的最下層為輸入層，包含1-m個輸 入節(jié)點，每個輸入節(jié)點代表一個輸入變量；最上層為輸出層，包含1-n輸出節(jié)點，每個輸出 節(jié)點代表一個輸出變量；輸入節(jié)點和輸出節(jié)點之間包含有從第2層至第i-Ι層的多個中間 層，各中間層具有I-P個數(shù)量不等的多個中間節(jié)點，每個中間節(jié)點代表輸入變量到輸出變 量傳遞過程中的一個中間變量；其中m、n、i和ρ均為正整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述熱力系統(tǒng)的動態(tài)模型，其特征在于，所述因果動態(tài)傳遞拓撲結(jié) 構(gòu)中，下層節(jié)點到上層節(jié)點之間具有一對多或多對一的因果傳遞關(guān)系，通過標注箭頭的有 向線段連接；箭頭由下層節(jié)點指向上層節(jié)點時表示輸入變量到中間變量或中間變量到輸出 變量的正向影響；箭頭由上層節(jié)點指向下層節(jié)點時表示輸出變量對中間變量或中間變量對 輸入變量的反向影響；每條有向線段起始端的節(jié)點稱為“因節(jié)點”，終到端的節(jié)點稱為“果節(jié) 點”，它們構(gòu)成“因果節(jié)點對”。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述熱力系統(tǒng)的動態(tài)模型，其特征在于，因果節(jié)點之間的動態(tài)傳遞 關(guān)系由標注在有向線段上的標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[士，v，K，T，T]ab。d定義，其對應的數(shù)學關(guān)系為
4.一種熱力系統(tǒng)的動態(tài)模型建立方法，其特征在于，具體實施步驟如下步驟1 分析待建模熱力系統(tǒng)中主要參數(shù)的因果關(guān)系，確定模型的輸入變量、輸出變量 及中間變量；步驟2:根據(jù)輸入變量、輸出變量、中間變量個數(shù)以及它們的傳遞順序，確定因果動態(tài) 傳遞拓撲結(jié)構(gòu)圖中的節(jié)點層數(shù)及各層中的節(jié)點數(shù)，用帶箭頭的有向線段連接具有因果傳遞 關(guān)系的節(jié)點，確定系統(tǒng)的整體因果傳遞拓撲結(jié)構(gòu)；步驟3 在每一條代表因果關(guān)系的有向線段上標注標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[士，v，K，T，i]ab。d，其 中每一組標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中各參數(shù)的確定順序為①若某有向線段輸入節(jié)點參數(shù)值增大時輸 出節(jié)點參數(shù)值相應增大，則該有向線段上標注的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)取“ + ”，若輸出節(jié)點參數(shù)值減小則 取“_”;②選取系統(tǒng)由一個工作點躍變到另一個工作點的一組實際運行數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)觀察， 若該有向線段連接的輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)具有時間上的線性累加關(guān)系時ν取1，若為類拋 物線形的累加關(guān)系時ν近似取2 ；若輸出參數(shù)與輸入?yún)?shù)之間不具有累積關(guān)系，即當輸入?yún)?數(shù)偏離原平衡點且穩(wěn)定后，輸出參數(shù)也很快穩(wěn)定下來不再發(fā)生變化，則選擇ν = 0 ；若輸出 參數(shù)與輸入?yún)?shù)之間有近似微分關(guān)系，則選擇ν = "I ；③從選取的系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)曲線觀測，輸入?yún)?shù)躍變的起始時刻與輸出參數(shù)響應起始時刻之間的時間間隔即為τ ；④從選 取的系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)曲線觀測，當ν = -1或0時，從輸出參數(shù)響應起始時刻到其趨于穩(wěn) 定所用時間約為3. 5Τ ；當ν = 1或2時，從輸出參數(shù)響應起始時刻到其曲率半徑趨于穩(wěn)定 所用時間約為3. 5Τ ；⑤從選取的系統(tǒng)實際運行數(shù)據(jù)曲線觀測，當ν = -1，從輸出參數(shù)響應起 始時刻到其趨于穩(wěn)定之間的峰值約為其輸入躍變量的K倍；當ν = 0，輸出參數(shù)響應趨于穩(wěn) 定后的穩(wěn)態(tài)值約為其輸入躍變量的K倍；當ν = 1或2，則輸出參數(shù)響應趨于穩(wěn)定后的曲率 半徑約為其輸入躍變量的K倍；步驟4:確定因果傳遞拓撲結(jié)構(gòu)中每一條有向線段的標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)后，測試因果拓撲 結(jié)構(gòu)的輸入層和輸出層之間的靜、動態(tài)關(guān)系是否符合熱力系統(tǒng)的實際情況，重點檢查靜態(tài) 增益是否準確，如偏差較大則需適當調(diào)整相關(guān)標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的參數(shù)值。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于熱力系統(tǒng)動態(tài)特性分析及優(yōu)化運行技術(shù)領(lǐng)域的一種熱力系統(tǒng)動態(tài)模型的建立方法。首先分析待建模熱力系統(tǒng)中主要參數(shù)的因果關(guān)系，確定若干輸入、輸出及中間變量；根據(jù)各變量的傳遞順序，確定輸入層、輸出層、若干中間層及各層中的節(jié)點個數(shù)，用帶箭頭的有向線段連接具有因果或逆向因果傳遞關(guān)系的節(jié)點，確定系統(tǒng)的整體因果傳遞拓撲結(jié)構(gòu)；在每一條代表因果關(guān)系的有向線段上標注標準數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并由系統(tǒng)運行實測數(shù)據(jù)辨識每個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的相關(guān)參數(shù)。該方法所建模型能夠?qū)崃ο到y(tǒng)中各關(guān)鍵物理參數(shù)的因果動態(tài)傳遞關(guān)系進行有效地描述，適于從相對宏觀的角度分析熱力系統(tǒng)的物質(zhì)、能量傳遞及平衡關(guān)系，進而對系統(tǒng)的運行特性進行分析和優(yōu)化。
文檔編號G06F17/50GK102096741SQ20111004202
公開日2011年6月15日 申請日期2011年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月21日
發(fā)明者張建新, 房方, 魏樂 申請人:華北電力大學