1、书书书?基金项目?中国政府?世界银行?全球环境基金?中国可再生能源规模化发展二期?资助项目?第一作者简介?刘壮阔?男?硕士生?从事可再生能源研究?通信作者简介?周恩泽?男?副教授?硕士?主要从事建筑节能和低品位能源应用等方面的研究?收稿日期?修回日期?热网?供冷管网?热力站?基于差分进化算法的供热管网阻力系数辨识刘壮阔?周恩泽?徐文晓?吴?言?青岛理工大学 环境与市政工程学院?山东 青岛?代傲表计?济南?有限公司?山东 济南?摘?要?提出基于差分进化算法的多工况供热管网阻力系数辨识方法?先辨识室外管段和变阻力末端管段的阻力系数?确定室外管段阻力系数满意值?将其作为已知条件再次辨识变阻力末端管段
2、的阻力系数?对有?个变阻力末端管段的实际管网试算?经过?个连续工况的辨识后停止?平均每个工况辨识?次?变阻力末端管段辨识结果的计算流量与观测流量的相对误差绝对值在?以内?表明该方法可获得较高精度的辨识结果?关键词?供热管网?热计量?阻力系数辨识?差分进化算法中图分类号?文献标志码?文章编号?概述供热系统的节能减排对于我国双碳目标的实现具有重要意义?分户热计量是促进供热节能的有效措施?户内环路中温控阀以及单元热力入口处自力式压差阀的调节会引起供热系统水力工况变化?而获取实时的阻力分布对改善水力失调状况?分析自力式阀门的适用性均有一定的指导意义?实际供热系统中安装的压力?流量测点有限?所以不能直接
3、计算各管段的阻力系数?为辨识实际的阻力系数?许多学者?采用优化辨识模型结合各种随机搜索算法求解?但是?供热管网阻力优化辨识属于多目标优化问题?该问题的子指标是管网某一处实际观测到的节点压力或流量与模型理论计算出的相应值是否近似相等?上述文献将多目标优化中的不同指标根据权重组合成一个单目标适应度函数?从形式上将多目标优化问题转化为单目标的优化问题?但是多目标优化问题的特点依然存在?与单目标优化问题的本质区别是?多目标问题的解不是唯一的?而是存在一个最优解集合?即?最优解集或非劣解集?管段阻力系数的不确定性对热网管段流量和节点压力的计算有较大的影响?为了提高管段阻力系数辨识结果的稳定性和唯一性?等
4、人?和王海等人?利用多工况迭代的辨识算法计算出了能满足水力计算应用要求的辨识结果?其方法中未考虑阀门等局部阻力部件可调节的情况?所以适用的场合比较小?许刚等人?和?等人?使用多组水力工况控制阻抗辨识值的相对误差?为降低管段阻力系数辨识结果的波动性?张土乔等人?通过分析节点压力受管段阻力影响的敏感度?提出对管道进行分组校正的方法?上述文献介绍的方法均对后续阻力系数辨识的研究有借鉴意义?对于多目标优化问题来说?一般是先通过某种搜索机制找到一组比较满意的候选方案?然后从这一组候选方案中选择最佳方案?这其中包含一个如何选择的问题?上述文献提供的辨识理论并没有涉及这一点?本文提出的辨识方法中通过分析?第
5、?卷?第?期?年?月煤 气 与 热 力?每根管段阻力系数多次辨识结果的频数分布直方图来选择最优解集的最佳结果?近年来?本课题组屠丽娟等人?利用热量表实时远传的流量数据对热力入口处变阻力管段进行了阻力系数辨识研究?通过实际管网验证说明所提出的辨识方法是可行的?为掌握供热管网实时的阻力分布?本文在本课题组研究的基础上对供热管网的阻力系数辨识展开研究?在对管网末端的变阻力管段进行阻力系数辨识的同时?也考虑了室外管段阻力系数真实值与设计值不相符的情况?辨识原理与辨识方法?最优化模型在供热系统中?温控阀和压差阀等开度可调节的部件集中分布在楼宇内供热系统中?但是辨识楼宇内每根管段的阻力系数会付出巨大的计算
6、成本?本文为了简化计算?将整个楼宇内供热系统等效于一根局部阻力较大的管段?称为变阻力末端管段?采用优化算法辨识管网阻力系数是将参数辨识问题转化为最优化问题?其解决思路是利用优化算法在阻力系数搜索范围内生成并不断优化管段的阻力系数?每次优化管段的阻力系数都会通过求解水力模型计算出相应的压力?流量?当压力?流量的计算值与实际观测值近似相等时?优化过程停止?认为此时优化得到的管段阻力系数可以代替真实的阻力系数?为充分利用末端热量表的流量观测数据?本文阻力系数辨识最优化模型中的目标函数和约束条件见下式?()?式中?阻力系数辨识最优化模型目标函数?待辨识管段的数量?某工况下管段?观测流量?某工况下管段?由辨识结果计算出的流量?简称计算流量?优化算法生成的管段?阻力系数?管段?阻力系数搜索范围的下限?管段?阻力系数搜索范围的上限?最优化模型中的目标函数是衡量优化算法生成的变阻力末端管段?的阻力系数?所对应的计算流量与观测流量的逼近程度?目标函数的值即为种群中个体的适应度?指导优化算法的优化方向?约束条件是对待辨识管段的阻力系数搜索范围的限制?王晋达?比较系统地介绍了供热管网各管段阻力系数搜索范围的
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