CN106958855B - 供热系统水力平衡的模型预测控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供热系统水力平衡的模型预测控制方法及系统，本模型预测控制方法包括如下步骤：步骤S1，建立供热系统的水力学仿真模型；步骤S2，计算各热力站的流量分配方案；步骤S3，通过供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降；步骤S4，通过各热力站运行历史数据，建立可调阀门开度或水泵频率与热力站水力特性的对应关系；以及步骤S5,由各热力站的目标流量及站内压降条件，计算各热力站中可调阀门的开度或可调增压水泵的频率，并据此执行控制操作。

Description

供热系统水力平衡的模型预测控制方法及系统

技术领域

本发明属于供热系统的先进控制领域，具体涉及到一种为实现供热系统水力平衡而对系统中多个热力站内可调阀门或可调水泵进行模型预测控制的方法与系统。

背景技术

供热系统通过在热源厂内生产高温热水并驱动热水在一级管网内循环流动，向地理上分布的各热力站输送热能。在输送过程中，通过调节系统中各热力站内的阀门减压或水泵增压实现热水流量在各热力站之间的按需分配，即保持水力平衡。目前，供热系统水力平衡的自动控制方法，主要是通过跟踪各热力站供回水水温与设定值的偏差，或直接跟踪进入热力站的热水流量与设定值的偏差而对站内的可调阀门或水泵进行反馈控制调节。然而，由于供热系统的热惰性和高时滞，以及多个热力站之间的水力耦合特性，使得针对一个热力站的反馈控制调节会明显受到其他热力站控制调节的干扰和影响。特别是在供热系统运行工况发生大幅度变化时，高时滞和强耦合特性可能会使供热系统在反馈控制模式下产生严重振荡，无法保持稳定运行。因此，供热系统还在相当大的程度上需要通过人工经验方式来手动调节水力平衡。而在手动调节方式下，针对数量众多的阀门或水泵，每调整一个阀门的开度或水泵的运行频率，都需要等待系统运行稳定后，依据调节效果再作后续调节，需要经历调节、稳定、再调节的反复校准过程，效率低下且对运行人员的技术水平要求很高。为此，本发明基于供热系统的水力学仿真模型，通过在线仿真模型计算与运行数据辨识相结合，提供一种供热系统水力平衡调节的模型预测控制方法，解决供热系统一级网水力平衡调节难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种供热系统水力平衡的模型预测控制方法，预测并控制各工况下热力站的阀门开度或水泵的运行频率，解决因阀门或水泵的耦合关系带来的反复调节问题，实现供热系统的稳定运行。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种供热系统水力平衡的模型预测控制方法，包括如下步骤：

步骤S1，建立供热系统的水力学仿真模型；

步骤S2，计算各热力站的流量分配方案；

步骤S3，通过供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降；

步骤S4，通过各热力站运行历史数据，建立可调阀门开度或水泵频率与热力站水力特性的对应关系；以及

步骤S5,由各热力站的目标流量及站内压降条件，计算各热力站中可调阀门的开度或可调增压水泵的频率，并据此执行控制操作。

进一步，步骤S1，建立供热系统的水力学仿真模型的方法，即通过已知的管网总供回水压力和各热力站流量，并结合管网水力学仿真计算获得各热力站进出口压力，进而计算获得各热力站的站内压降，以及分别建立供水、回水管网模型以构建所述水力学仿真模型。

进一步，分别建立供水、回水管网模型以构建所述水力学仿真模型的方法包括：

基于图论对供热管网结构进行建模，将热力站、管路分支连接处抽象成连接节点，两个节点之间供水管段、回水管段均抽象成边，则供热管网结构抽象成节点与边的表现形式；

所述供水管网模型为

上式中，

DS：供水管网对应的节点与边构成的关系矩阵；

Q_s：供水管节点流量，Q_s＝[q_s0,q_s1,…,q_si,…,q_sm]^T，单位kg/s；

Q_es：供水管边流量，Q_es＝[q_es0,q_es1,…,q_esj,…,q_esn]，单位kg/s；

P_s：供水管节点压力，P_s＝[p_s0,p_s1,…,p_si,…,p_sm]，单位Pa；

ΔP_es：供水管边压降，ΔP_es＝[Δp_es0,Δp_es1,…,Δp_esj,…,Δp_esn]^T，单位Pa；

Δp_esj：为第j条供水边的压降，单位Pa；

λ_sj、ξ_sj：分别为第j条边的供水管的沿程阻力系数与局部阻力系数；

q_esj：第j条供水边的流量，单位kg/s；

ρ：液体的密度，单位kg/m³；

d_sj：第j条边的供水管内径，单位m；以及

所述回水管网模型为

上式中，

DR：回水管网对应的节点与边构成的关系矩阵；

Q_r：回水管节点流量，Q_r＝[q_r0,q_r1,…,q_ri,…,q_rm]^T，单位kg/s；

Q_er：回水管边流量，Q_er＝[q_er0,q_er1,…,q_erj,…,q_ern]，单位kg/s；

P_r：回水管节点压力，P_r＝[p_r0,p_r1,…,p_ri,…,p_rm]，单位Pa；

ΔP_er：回水管边压降，ΔP_er＝[Δp_er0,Δp_er1,…,Δp_erj,…,Δp_ern]^T，单位Pa；

Δp_erj：第j条回水边上的压降，单位Pa；

d_rj：第j条边的回水管内径，单位m；

λ_rj、ξ_rj：分别为第j条边的回水管的沿程阻力系数与局部阻力系数；

q_erj：第j条回水边的流量，单位kg/s；

上述供水管网模型和回水管网模型即构成所述水力学仿真模型。

进一步，步骤S3，通过供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降的方法包括：

将热源供、回水压力，热力站流量以及管网结构作为水力学仿真模型的输入条件，以计算获得热力站供水压力与回水压力；即

第i个热力站流量为q_i时，则该站内须提供的压降为：

Δp_i＝p_si-p_ri；

并且得到热力站内压降Δp，即

Δp^sub＝[Δp_v,Δp_v+1,…,Δp_v+i,…,Δp_t]；

v表示热源数量，并令v+k＝t，且k表示热力站数量；

热源数量为1时，计算供水压力表达式如下：

通过已知热力站节点流量计算各边流量，即：

Q_es＝-[DS]^-1.Q_s；

由各边流量计算供水管节点压力P_s，

P_s＝-[DS]^-1·ΔP_es＝-[DS]^-1.[Δp_es0,Δp_es1,…,Δp_esj,…,Δp_esn]^T；

以及

计算回水压力P_r的表达式如下：

P_r＝-[DR]^-1·ΔP_er＝-[DR]^-1.[Δp_er0,Δp_er1,…,Δp_erj,…,Δp_ern]^T；

即第i个热力站流量为q_i时，则该站内须提供的压降为：

Δp_i＝p_si-p_ri；

并且得到热力站内压降Δp，即

Δp^sub＝[Δp_v,Δp_v+1,…,Δp_v+i,…,Δp_t]；

上式中，

λ_sj、ξ_sj分别为第j根供水管段上的沿程阻力系数与局部阻力系数；

λ_rj、ξ_rj分别为第j根回水管段上的沿程阻力系数与局部阻力系数；

进一步，通过各热力站运行历史数据，建立可调阀门开度或水泵频率与热力站水力特性的对应关系的步骤如下：

步骤S410，获得热力站的运行数据库；以及

步骤S420，从所述运行数据库获得各热力站运行历史数据，以建立阀门或水泵与热力站水力特性的对应关系；其中

热力站运行历史数据包括：热力站阀门开度、热力站一次侧流量、一次侧供水压力、回水压力、一次侧阀门开度或水泵的运行频率。

进一步，所述步骤420，通过从所述运行数据库获得各热力站运行历史数据，以建立阀门或水泵与热力站水力特性的对应关系的方法包括：

采用神经网络算法训练阀门或水泵的运行特性调节模型，即

通过拟合热力站阀门位于不同开度或水泵处于不同的运行频率、不同流量与不同压降的运行数据，建立阀门开度运行特性模型θ＝f(q,Δp)，及水泵运行特性模型n＝f(q,Δp)，用于描述在开度或频率一定时，热力站流量与压降的一一对应关系。

进一步，所述步骤S5中由各热力站的目标流量及站内压降条件，计算各热力站中可调阀门的开度或可调增压水泵的频率并据此执行的方法包括：

通过阀门开度运行特性模型和水泵运行特性模型，得到阀门或水泵的调节特性曲线，即

根据当前站内流量，以及计算获得的站内压降为条件，通过阀门开度特性模型或水泵运行特性模型计算得出相应阀门开度或水泵运行频率，并将此参数提供给控制系统执行控制操作。

又一方面，本发明还提供了一种供热系统水力平衡控制系统，包括：

模型建立模块，建立供热系统的水力学仿真模型；

流量分配计算模块，计算各热力站的流量分配方案；

热力站站内压降计算模块，通过供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降。

进一步，所述供热系统水力平衡控制系统还包括：

阀门开度运行特性模型、水泵运行特性模型建立模块，并通过阀门开度运行特性模型和水泵运行特性模型，得到阀门或水泵的调节特性曲线，即根据当前站内流量，以及计算获得的站内压降为条件，通过阀门开度特性模型或水泵运行特性模型计算得出相应阀门开度或水泵运行频率，并将此参数提供给控制系统执行控制操作。

本发明的有益效果是，本发明首先计算了工况条件下热力站的需求流量，并通过建立供回水管网仿真模型，计算该流量分布下热力站的站内压降，再结合热力站流量、压降等运行数据，可获得流量、压降确定条件下的阀门开度。本发明结合供热系统仿真模型与运行数据，预测性的获得工况条件下热力站的阀门开度，避免了因阀门耦合关系与热延迟特性对阀门的反复调节，提升供热系统的控制水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明方法的主要步骤。

图2是本发明系统的控制流程图。

图3是供热系统的管网结构示意图。

图4是建立供水管仿真计算模型的管网结构示意图。

图5是建立回水管仿真计算模型的管网结构示意图。

图6是阀门调节特性曲线示意图。

图7是水泵调节特性曲线示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明属于供热系统的模型预测控制范畴，通过预先建立供热系统的水力学仿真模型，实现供热系统水力平衡的在线预测控制调节，解决供热系统强耦合、热惰性、多约束调控难题。调节过程中，首先基于天气以及热源侧供给热能的条件确定供热系统中各热力站的合理流量分配方案，然后基于所建立的水力学仿真模型计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降，最后结合热力站内阀门的调节特性曲线获得各热力站阀门的开度，或结合热力站内变频增压水泵的特性曲线确定各增压水泵的工作频率，并将上述各阀门开度及各水泵频率整体设置为系统控制的目标设定值。该方法与系统可以广泛应用于供热系统水力平衡调节，特别是能够应用于解决系统运行工况发生大幅度波动变化时，反馈控制方法难以跟踪建立平衡，而人工经验方法需要反复多次调节校准的问题，能够显著缩短供热系统水力平衡调节时间，提升供热系统运行的稳定性与舒适性。

以下通过实施例1和实施例2对本模型预测控制方法进行展开说明。

实施例1

结合图1和图2，本发明的供热系统水力平衡调节的模型预测控制方法，具体包括以下步骤：

步骤S1，建立供热系统的水力学仿真模型；

步骤S2，计算各热力站的流量分配方案；

步骤S3，通过供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降；

步骤S4，通过各热力站运行历史数据，建立可调阀门开度或水泵频率与热力站水力特性的对应关系；以及

步骤S5,由各热力站的目标流量及站内压降条件，计算各热力站中可调阀门的开度或可调增压水泵的频率，并据此执行控制操作。

进一步，所述步骤S1建立供热系统的水力仿真模型包括：

如图3至图5所示，已知一个示例性供热管网结构包含5个热力站，实线表示一级网供水管，虚线表示一级网回水管，热力站与一级网的供回水管路相连，且站内供水或回水管路上有可调阀门或水泵。基于图论对供热管网结构进行建模，将热力站、管路分支连接处抽象成连接节点，两个节点之间供回水管段抽象成管段，则供热管网结构可抽象成节点与边(管段)的表现形式。

在已知管网总供回水压力和各热力站流量的前提条件下，可采用管网水力学仿真计算方法获得各热力站进出口压力，进而可计算获得各热力站的站内压降。通过分别建立供水、回水管网模型的方式，建立供热系统的水力学仿真模型。

以下列形式表示供水管网模型：

供水节点集表示为S＝[S₀,S₁,…,S_i,…,S_m]^T，m为节点总数；

供水边集表示为ES＝[ES₀,ES₁,…,ES_j,…,ES_n]，n为边集数量；

设热源数量为v，热力站数量为k，则S_0～S_v-1为热源端供水节点，S_v～S_v+k分别为热力站的供水节点；S_v+k+1～S_m热力站供水与主管道分支节点；同理，ES_0～ES_v-1为热源端供水管，ESv～ES_v+k为热力站供水管，ES_v+k+1～ES_n为供水主管或支管，为表示方便，令v+k＝t。

令供水管网对应的节点与边构成的关系矩阵为DS，即：

其中：当节点与边存在连接且ES_j指向节点S_i时矩阵值a_ij取1，由节点S_i出发时a_ij取-1，两者无连接时取0；

示例结构中m＝9，n＝8，v＝1，k＝5，t＝6。

则关系矩阵DS为：

基于供水管连续性方程，建立供水管网模型如下：

上式中，

Q_s：供水管节点流量，Q_s＝[q_s0,q_s1,…,q_si,…,q_sm]^T，单位kg/s；

Q_es：供水管边流量，Q_es＝[q_es0,q_es1,…,q_esj,…,q_esn]，单位kg/s；

P_s：供水管节点压力，P_s＝[p_s0,p_s1,…,p_si,…,p_sm]，单位Pa；

ΔP_es：供水管边压降，ΔP_es＝[Δp_es0,Δp_es1,…,Δp_esj,…,Δp_esn]，单位Pa；

Δp_esj：为第j条供水边的压降，单位Pa；

d_sj：第j条边的供水管内径，单位m；

q_esj：第j条供水边的流量，单位kg/s；

ρ：液体的密度，单位kg/m³；

[A]^T为矩阵A的转秩矩阵。

与供水管网模型对应，回水管网模型表述如下：

回水节点集表示为R＝[R₀,R₁,…,R_i,…,R_m]^T；

回水边集表示为ER＝[ER₀,ER₁,…,ER_j,…,ER_n]；

则R_0～R_v-1为热源端回水节点，R_v～R_t为热力站的回水节点；R_t+1～R_m热力站回水与主管道分支节点；

ER_0～ER_v-1为热源端回水管，ER_v～ER_t为热力站回水管，ER_t+1～ER_n为回水主管或支管；

令回水管网对应的节点与边构成的关系矩阵为DR，即：

基于回水管连续性方程，建立回水管网模型如下：

上式中，

Q_r：回水管节点流量，Q_r＝[q_r0,q_r1,…,q_ri,…,q_rm]^T，单位kg/s；

Q_er：回水管边流量，Q_er＝[q_er0,q_er1,…,q_erj,…,q_ern]，单位kg/s；

P_r：回水管节点压力，P_r＝[p_r0,p_r1,…,p_ri,…,p_rm]，单位Pa；

ΔP_er：回水管边压降，ΔP_er＝[Δp_er0,Δp_er1,…,Δp_erj,…,Δp_ern]^T，单位Pa；

Δp_erj：为第j条回水边的压降，单位Pa；

d_rj：第j条边的回水管内径，单位m；

λ_rj、ξ_rj：分别为第j条边的回水管的沿程阻力系数与局部阻力系数；

q_erj：第j条回水边的流量，单位kg/s；

其他符号意义同前。

进一步，步骤S2依据工况条件，计算各热力站的流量分配方案包括：

热力站的流量则

其中：

为热力站供水节点的流量；

为热力站回水节点的流量，

上述流量单位均为kg/s；

可以按照以下两种可选的方式进行计算：

方式一：供热面积与用热特性关系式进行计算，即

在上式中，

q：热力站流量，单位，kg/s；

A：为热力站的供热面积，单位m²；

δ：用热特性系数，与所处地理位置有关、建筑的类型、工况条件有关，由人工经验决定，一般可取5～10。

方式二：可根据不同天气工况(天气工况数据记为U，包括室外温度T_f、湿度W_f、风速V_f等参数)与热力站历史工况的流量数据q_sh进行拟合，生成热力站流量预测模型q＝f(U,q_sh)，可计算工况条件下热力站的需求流量。即：

且q_sh：热力站历史工况的流量数据，单位kg/s；

f(U,q_sh)：天气工况与热力站流量的模型；

即通过以上方式之一或其他分配原则，可计算得到运行工况条件下的各热力站流量。

进一步，所述步骤S3，基于供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降包括：

已知热源供、回水压力p_s0～p_s,v-1、p_r0～p_r,v-1，热力站流量q_v～q_t以及管网结构及基础数据λ、ξ、d等为输入条件，基于步骤S1建立的水力学仿真模型，

即式(I)共联立2n+m个方程，Q_es＝[q_es0,q_es1,…,q_esj,…,q_esn]含n个变量，Q_s＝[q_s0,q_s1,…,q_si,…,q_sm]^T有v个变量，P_s＝[p_s0,p_s1,…,p_si,…,p_sm]含m-v个变量，ΔP_es＝[Δp_es0,Δp_es1,…,Δp_esj,…,Δp_esn]^T含n个变量，共2n+m个变量，方程有唯一解，可计算获得热力站供水压力P_s。

以及式(II)共联立2n+m个方程，Q_er＝[q_er0,q_er1,…,q_erj,…,q_ern]含n个变量，Q_r＝[q_r0,q_r1,…,q_ri,…,q_rm]^T有v个变量，P_r＝[p_r0,p_r1,…,p_ri,…,p_rm]含m-v个变量，ΔP_er＝[Δp_er0,Δp_er1,…,Δp_erj,…,Δp_ern]^T含n个变量，共2n+m个变量，方程有唯一解，可计算获得热力站回水压力P_r。

即第i个热力站流量为q_i时，则该站内须提供的压降为：

Δp_i＝p_si-p_ri；

并且得到热力站内压降Δp，即

Δp^sub＝[Δp_v,Δp_v+1,…,Δp_v+i,…,Δp_t]；

示例结构计算供水压力表达式如下：

通过已知热力站节点流量计算各边流量，即：

Q_es＝-[DS]^-1.Q_s；

由各边流量计算供水管节点压力P_s，

P_s＝-[DS]^-1·ΔP_es＝-[DS]^-1.[Δp_es0,Δp_es1,…,Δp_esj,…,Δp_esn]^T

同样，计算热力站的回水压力P_r，

P_r＝-[DR]^-1·ΔP_er＝-[DR]^-1.[Δp_er0,Δp_er1,…,Δp_erj,…,Δp_ern]^T

即第i个热力站流量为q_i时，则该站内须提供的压降为：

Δp_i＝p_si-p_ri

则可仿真计算得到热力站内压降Δp，即

Δp^sub＝[Δp_v,Δp_v+1,…,Δp_v+i,…,Δp_t]；

进一步，所述步骤S4建立可调阀门开度或水泵频率与热力站水力特性的对应关系：

步骤S410，通过热网SCADA系统(Supervisory Control And Data Acquisition)获得热力站的运行数据库；

以及步骤S420，基于运行数据库，获取阀门或水泵与热力站水力特性的对应关系；

进一步，步骤410通过SCADA系统获得热力站的运行数据库包括：

阀门或水泵可为站内提供需要的流量、压降或资用压头(该压降或资用压头已经计入站内管件设备的阻力，如电动阀、除污器、闸阀、流量计等等，为热力站供水回水管的总压降)。而且，在热力站流量与压降确定的条件下，阀门开度或水泵的频率唯一确定。

因此，利用现有SCADA系统的测量数据，获得供热系统运行数据库。本发明需要的各热力站运行数据包括：热力站阀门开度、热力站一次侧流量、一次侧供水压力、回水压力、一次侧阀门开度或水泵的运行频率。即热力站一次侧需要安装的可远传数据的传感器有：流量计数据、供水压力数据、回水压力数据的测量设备，用于采集运行过程中的数据，以及可远传开度或频率的阀门或水泵。

通过现有SCADA系统获得采暖季包含以上运行数据的数据库，数据采集时间间隔为y分钟，y一般可取5分钟。

进一步，步骤420基于运行数据库，获取阀门或水泵与热力站水力特性的对应关系；

如图6和图7所示，基于步骤410建立的运行数据库，可动态采用神经网络算法训练阀门或水泵的运行特性调节模型，即：

由阀门或水泵的调节特性可知，且当开度变化时，流量q与压降Δp相互耦合变化。因此，通过拟合热力站阀门位于不同开度或水泵处于不同的运行频率、不同流量与不同压降的运行数据，建立阀门开度运行特性模型θ＝f(q,Δp)，对水泵建立运行特性模型n＝f(q,Δp)，用于描述在开度或频率一定时，热力站流量与压降的一一对应关系。

因阀门或水泵的调节特性会根据管网的阻力特性发生改变，应每隔一段时间，应根据热力站运行数据对调节特性模型θ＝f(q,Δp)或n＝f(q,Δp)关系进行重新训练。

基于阀门与水泵的调节模型，可得到阀门或水泵的调节特性曲线，即当站内流量为q₁，站内压降分别为Δp₁、Δp₂、Δp₃，则可对应得到阀门开度θ₁、θ₂、θ₃，对水泵可得到运行频率为n₁、n₂、n₃。

进一步，所述步骤S5由各热力站的目标流量及站内压降条件，计算各热力站中可调阀门的开度或可调增压水泵的频率，并据此执行控制操作包括：

计算热力站流量为q、站内压降为Δp已知时的阀门开度或水泵的频率。即计算当热力站流量为q_i、压降为Δp_i，根据数据辨识得到的阀调节模型θ_i＝f(q_i,Δp_i)或水泵的调节模型n_i＝f(q_i,Δp_i)，可唯一确定热力站阀门开度θ_i，或水泵的运行频率n_i，该控制参数用于控制热力站内的阀门或增压水泵，使对应工况条件下满足热力站的需求流量与供热负荷。

因此，在工况确定的条件下，根据阀门与水泵的调节特性模型，可计算得到各热力站的控制参数分别为将此控制参数，传递给热网SCADA系统，下发指令至热力站对应的控制器，用于执行阀门或水泵的控制操作。

可选的，在实现各热力站阀门或水泵的模型预测控制调节之后，若系统运行工况较为稳定，可切换到水力平衡的反馈控制策略。

实施例2

在实施例1基础上，本实施例2提供了一种供热系统水力平衡控制系统，包括：

模型建立模块，建立供热系统的水力学仿真模型；

流量分配计算模块，计算各热力站的流量分配方案；

热力站站内压降计算模块，通过供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降。

所述供热系统水力平衡控制系统还包括：阀门开度运行特性模型、水泵运行特性模型建立模块，并通过阀门开度运行特性模型和水泵运行特性模型，得到阀门或水泵的调节特性曲线，即根据当前站内流量，以及计算获得的站内压降为条件，通过阀门开度特性模型或水泵运行特性模型计算得出相应阀门开度或水泵运行频率，并将此参数提供给控制系统执行控制操作。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (4)

1.一种供热系统水力平衡的模型预测控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，建立供热系统的水力学仿真模型；

步骤S2，计算各热力站的流量分配方案；

步骤S3，通过供热系统仿真模型，计算与流量分配方案相对应的各热力站站内压降；

步骤S4，通过各热力站运行历史数据，建立可调阀门开度或水泵频率与热力站水力特性的对应关系；以及

步骤S5,由各热力站的目标流量及站内压降条件，计算各热力站中可调阀门的开度或可调增压水泵的频率，并据此执行控制操作；

步骤S1，建立供热系统的水力学仿真模型的方法，即

通过已知的管网总供回水压力和各热力站流量，并结合管网水力学仿真计算获得各热力站进出口压力，进而计算获得各热力站的站内压降，以及

分别建立供水、回水管网模型以构建所述水力学仿真模型；

分别建立供水、回水管网模型以构建所述水力学仿真模型的方法包括：

基于图论对供热管网结构进行建模，将热力站、管路分支连接处抽象成连接节点，两个节点之间供水管段、回水管段均抽象成边，则供热管网结构抽象成节点与边的表现形式如下：

所述供水管网模型为

上式中，

DS：供水管网对应的节点与边构成的关系矩阵；

Q_s：供水管节点流量，Q_s＝[q_s0,q_s1,…,q_si,…,q_sm]^T，单位kg/s；

Q_es：供水管边流量，Q_es＝[q_es0,q_es1,…,q_esj,…,q_esn]，单位kg/s；

P_s：供水管节点压力，P_s＝[p_s0,p_s1,…,p_si,…,p_sm]，单位Pa；

ΔP_es：供水管边压降，ΔP_es＝[Δp_es0,Δp_es1,…,Δp_esj,…,Δp_esn]^T，单位Pa；

Δp_esj：为第j条供水边的压降，单位Pa；

λ_sj、ξ_sj：分别为第j条边的供水管的沿程阻力系数与局部阻力系数；

q_esj：第j条供水边的流量，单位kg/s；

ρ：液体的密度，单位kg/m³；

d_sj：第j条边的供水管内径，单位m；以及

所述回水管网模型为

上式中，

DR：回水管网对应的节点与边构成的关系矩阵；

Q_r：回水管节点流量，Q_r＝[q_r0,q_r1,…,q_ri,…,q_rm]^T，单位kg/s；

Q_er：回水管边流量，Q_er＝[q_er0,q_er1,…,q_erj,…,q_ern]，单位kg/s；

P_r：回水管节点压力，P_r＝[p_r0,p_r1,…,p_ri,…,p_rm]，单位Pa；

ΔP_er：回水管边压降，ΔP_er＝[Δp_er0,Δp_er1,…,Δp_erj,…,Δp_ern]^T，单位Pa；

Δp_erj：为第j条回水边的压降，单位Pa；

q_erj：第j条回水边的流量，单位kg/s；

d_rj：第j条边的回水管内径，单位m；

λ_rj、ξ_rj：分别为第j条边的回水管的沿程阻力系数与局部阻力系数；

上述供水管网模型和回水管网模型即构成所述水力学仿真模型。

2.根据权利要求1所述的模型预测控制方法，其特征在于，

步骤S4，通过各热力站运行历史数据，建立可调阀门开度或水泵频率与热力站水力特性的对应关系的步骤如下：

步骤S410，获得热力站的运行数据库；以及

步骤S420，从所述运行数据库获得各热力站运行历史数据，以建立阀门或水泵与热力站水力特性的对应关系；其中

热力站运行历史数据包括：热力站阀门开度、热力站一次侧流量、一次侧供水压力、回水压力、一次侧阀门开度或水泵的运行频率。

3.根据权利要求2所述的模型预测控制方法，其特征在于，

步骤420，通过从所述运行数据库获得各热力站运行历史数据，以建立阀门或水泵与热力站水力特性的对应关系的方法包括：

采用神经网络算法训练阀门或水泵的运行特性调节模型，即

通过拟合热力站阀门位于不同开度或水泵处于不同的运行频率、不同流量与不同压降的运行数据，建立阀门开度运行特性模型θ＝f(q,Δp)，及水泵运行特性模型n＝f(q,Δp)，用于描述在开度或频率一定时，热力站流量与压降的一一对应关系。

4.根据权利要求3所述的模型预测控制方法，其特征在于，

所述步骤S5中由各热力站的目标流量及站内压降条件，计算各热力站中可调阀门的开度或可调增压水泵的频率并据此执行的方法，包括：

通过阀门开度运行特性模型和水泵运行特性模型，得到阀门或水泵的调节特性曲线，即

根据当前站内流量，以及计算获得的站内压降为条件，通过阀门开度特性模型或水泵运行特性模型计算得出相应阀门开度或水泵运行频率，将此参数提供给控制系统执行控制操作。