CN111611674B - 一种供热系统仿真运行工况可视化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种供热系统仿真运行工况可视化方法，主要是包括基于专业软件Flowmaster和通用软件Matlab联合，可视化方法包括以下步骤：(1)基于PostgreSql数据库系统收集集中供热系统供热物理网、供热物联网数据，基于专业软件Flowmaster建立集中供热系统模型；(2)将专业软件Flowmaster运行结果的数据导出表格；(3)基于Matlab的GUI编写程序，读取基于Flowmaster建立的集中供热系统模型运行结果的表格，基于图形用户界面实现集中供热系统模型的水力、热力运行工况可视化；(4)通过编写Matlab程序每10秒刷新一次数据，实现集中供热系统模型的运行工况动态可视化。
Description
技术领域
本发明属于供热系统智能监控技术领域，具体涉及一种集中供热系统仿真运行工况可视化方法。
背景技术
由于集中供热系统的大滞后性、非线性、多变量耦合等特点，传统上通过结构机理和实验辨识建立模型的方法比较复杂。传统方法通过将间接供热系统分为热源、一次管网、换热站、二次管网、热用户等五大部分，基于图论方法建立供热系统各部分的机理模型，利用现场采集的数据，对管道的阻力系数进行修正，从而仿真模型能够较好的匹配与映射物理热网的运行特性。传统建模需要大量的现场采集数据，仿真系统比较复杂。
目前，多采用通用软件，即基于Matlab对集中供热系统进行仿真建模，将集中供热系统分为传统的五大部分进行建模，再使用Simulink模块将各个部分连接，从而实现对整个供热系统优化控制。虽然不需要现场大量采集数据，但是基于Matlab的仿真建模仍然比较复杂。
近年来，多有热力公司采用一些专业软件，如Termis、Flowra、CyberSim、Flowmaster等对集中供热系统进行建模仿真和优化控制，仿真建模简单。但仍然存在专业软件较为昂贵，以及不同专业软件是针对不同的供热系统的问题，不具有很大的通用性。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于Flowmaster和Matlab联合的集中供热系统仿真运行工况可视化方法，使得操作人员可以看到集中供热系统模型可视化运行工况。本发明通过将专业软件Flowmaster和通用软件Matlab联合，可以简单并且经济地实现集中供热系统模型运行工况可视化，既解决了专业软件使用昂贵的问题，又解决了通用软件建模较为复杂的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种供热系统仿真运行工况可视化方法，基于专业软件Flowmaster和通用软件Matlab，具体包括以下步骤：
(1)基于PostgreSql数据库系统收集集中供热系统供热物理网、供热物联网数据，基于专业软件Flowmaster建立集中供热系统模型；
(2)将专业软件Flowmaster运行结果的数据导出表格，其中运行结果数据包括水力工况和热力工况两个方面，水力工况包括：一次网供回水流量、一次网供回水压力；热力工况包括：一次网供回水温度、各个换热站的设计热负荷和实际热负荷；
(3)基于Matlab的GUI编写程序，读取基于Flowmaster建立的集中供热系统模型运行结果的表格，基于图形用户界面实现集中供热系统模型的水力、热力运行工况可视化；
(4)通过编写Matlab程序每10秒刷新一次数据，实现集中供热系统模型的运行工况动态可视化。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)将专业软件Flowmater的部分功能和通用软件Matlab相联合，简单并且经济地实现了集中供热系统仿真运行工况动态可视化。
(2)使用Flowmaster专业软件的部分功能，即使用Flowmaster可以迅速搭建仿真的集中供热系统模型、仿真模型通用性好的基本功能，使得相比较传统的机理建模和Matlab建模，建模方法快速、简单，解决了通用软件建模较为复杂的问题。
(3)联合通用软件Matlab，即使用图形用户界面GUI编写程序，读取Flowmaster仿真运行结果并且实现动态可视化。通过联合专业软件Flowmaster和通用软件Matlab可以经济地实现仿真的集中供热系统模型运行工况动态可视化，解决了专业软件使用昂贵的问题。
附图说明
图1是本发明的系统总体结构示意图；
图2是联合Matlab实现水力工况动态可视化图；
图3是联合Matlab实现热力工况动态可视化图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种供热系统仿真运行工况可视化方法，主要是基于专业软件Flowmaster和通用软件Matlab联合，可视化方法包括以下步骤：
(1)基于PostgreSql数据库系统收集集中供热系统供热物理网、供热物联网数据，基于专业软件Flowmaster快速建立集中供热系统模型。
(2)将专业软件Flowmaster运行结果的数据导出表格，其中运行结果数据主要包括水力工况和热力工况两个方面，水力工况包括：一次网供回水流量、一次网供回水压力；热力工况包括：一次网供回水温度、各个换热站的设计热负荷和实际热负荷。
(3)基于Matlab的GUI编写程序，读取集中供热系统模型运行结果的表格，基于图形用户界面实现集中供热系统模型的水力、热力运行工况可视化。
(4)通过编写Matlab程序每10秒可以刷新一次数据，简单并且经济地实现集中供热系统模型运行工况动态可视化。
步骤(3)中基于Matlab程序读取Flowmaster仿真的集中供热系统模型运行结果，联合了专业仿真软件Flowmaster的通用功能，即迅速搭建仿真的集中供热系统模型，简单并且经济地实现了集中供热系统仿真运行工况动态可视化。
具体的，针对某管道上含有8个换热站的集中供热系统，对2019年1月1日至2019年1月10日的仿真的集中供热系统运行工况进行动态可视化，仿真的集中供热系统运行工况动态可视化设计流程见图1，主要包括基于Flowmaster的建模、基于PostgreSql建立数据库、基于BP神经网络预测热负荷、联合MatlabGUI实现仿真的集中供热系统动态可视化四个方面。
基于专业软件Flowmaster，采用该软件的通用功能，即拖拽部分元件便可以迅速、准确的搭建集中供热系统仿真模型，建立某管道上含有8个换热站的集中供热系统模型，分为热源和一次网管道、换热站和二次网管道、热用户三大部分。搭建的仿真模型在地理位置和管道节点上均接近于真实的集中供热系统。
基于搭建的仿真模型，基于PostgreSql收集集中供热系统的真实供热物理网、供热物联网信息，其中供热物理网的信息主要包括：热源的循环泵的信息，一次网供回水管道的长度、直径、粗糙度，换热站的设计热负荷、标高，二次网的供回水管道的长度、直径、粗糙度，热用户的用热面积。其中供热物联网的信息主要包括：2019年1月1日至2019年1月10日该地区的室外天气情况，2019年1月1日至2019年1月10日集中供热系统8个换热站的实时热负荷。
点击Flowmaster仿真模型五大部分中的中的元件，即可方便、简单、迅速、准确地输入五大部分元件的不同属性参数，使得建立的模型可以尽可能接近真实的集中供热系统。
基于搭建的仿真模型，基于BP神经网络预测8个换热站的热负荷，BP神经网络的输入有10个参数，包括：是否是工作日、当天的室外温度、当天的一次网供回水温度、当天的二次网供回水温度、当天的一次网供回水压力、前2天的历史热负荷，输出为当天的历史热负荷，输出有一个参数：当天的热负荷。
根据公式Q＝cm(t1-t2)将预测的8个换热站的热负荷转化为8个热用户室内温度曲线，点击仿真模型的热用户部分的元件，双击输入8个热用户的室内温度曲线，不断完善建立模型的原始数据。建立完集中供热系统仿真模型之后，即可运行，将系统运行的水力、热力工况数据进行表格的输出，将运行工况首先以数字化的方式呈现。
联合Flowmaster的通用基本功能和Matlab实现仿真的集中供热系统运行工况动态可视化。通过Matlab编程，点击导入数据，即可实时读取Flowmaster仿真运行的水力工况并且以动态可视化界面呈现。水力动态可视化界面见图2，点击导入数据将8个换热站的一次网供回水管道的流量和压力数据分别通过表格和柱图的形式表现，同时将Flowmaster模拟的系统图也可以实时展示在可视化界面中。
联合Flowmaster的通用基本功能和Matlab实现仿真的集中供热系统运行工况动态可视化。通过Matlab编程，点击导入数据，即可实时读取Flowmaster仿真运行的热力工况并且以动态可视化界面呈现。热力动态可视化界面见图3，点击导入数据将8个换热站的一次网供回水管道的温度和8个换热站的热负荷数据分别通过表格和柱图的形式表现，同时将Flowmaster模拟的系统图也可以实时展示在可视化界面中。
本发明并不限于上文描述的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在描述和说明本发明的技术方案，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的。在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，本领域的普通技术人员在本发明的启示下还可做出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种供热系统仿真运行工况可视化方法，其特征在于，基于专业软件Flowmaster和通用软件Matlab，具体包括以下步骤：
(1)基于PostgreSql数据库系统收集集中供热系统供热物理网、供热物联网数据，基于专业软件Flowmaster建立集中供热系统模型；
(2)将专业软件Flowmaster运行结果的数据导出表格，其中运行结果数据包括水力工况和热力工况两个方面，水力工况包括：一次网供回水流量、一次网供回水压力；热力工况包括：一次网供回水温度、各个换热站的设计热负荷和实际热负荷；
(3)基于Matlab的GUI编写程序，读取基于Flowmaster建立的集中供热系统模型运行结果的表格，基于图形用户界面实现集中供热系统模型的水力、热力运行工况可视化；
(4)通过编写Matlab程序每10秒刷新一次数据，实现集中供热系统模型的运行工况动态可视化。
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