CN112883662A - 一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，所述方法包括：获取参数，所述参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M；将所述参数输入到状态估计模型中；所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态。本发明提出的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统，从而适应工程现场的蒸汽网络动态工况，对蒸汽网络的水力运行状态做出精确估计，提高水力运行数据的采集质量，确保网络处于安全运行状态。

Description

一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统

技术领域

本发明属于综合能源系统的运行控制技术领域，特别涉及一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统。

背景技术

凭借高能量密度的特点，蒸汽在食品、制造等工业中存在广泛应用，与之对应的能源消耗在国民经济总能耗中占比很大。为充分共享蒸汽传输基础设施，相关工厂通常聚集成工业园区并建立蒸汽网络。为确保蒸汽网络的安全运行与高质量数据采集，有必要对其进行状态估计。这其中，与网络安全息息相关的水力状态估计尤为重要。供热网络是综合能源系统中非常重要的一部分，目前已有很多研究通过利用能源网络中供热网络的灵活性提高新能源的渗透率和能源利用率，在这些研究中均考虑热水为供热网络供热介质，但是在很多工业园区供热网络会选择高温高压蒸汽作为供热介质。相比较于热水管网，蒸汽管网的传输过程更加复杂，成为利用蒸汽管网的灵活性对综合能源系统进行组合分析和优化的一大障碍。

目前已有一部分对蒸汽网络进行水力状态估计的方法研究，但是普遍基于稳态运行工况展开。事实上，工程现场的蒸汽网络由于供、需的非实时平衡特点，大部分时间都处于动态运行工况，即蒸汽流量、压力随时间波动。此时，基于稳态方程的水力状态估计会导致较大的估计误差。

因此，基于稳态方程的水力状态估计会导致较大的估计误差等问题越来越成为亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统，本发明从描述蒸汽动态特性的流体力学方程出发，建立蒸汽供热网络的动态运行水力状态估计模型，并提出相应的求解方法，从而提高水力状态估计精度，实现蒸汽网络运行状态的更有效监测。

本发明提供一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，所述方法包括：

获取参数，所述参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M；

将所述参数输入到状态估计模型中；

所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态。

进一步地，所述状态估计模型的建立方法具体包括：

建立蒸汽供热管道的支路方程；

建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程；

根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型。

进一步地，所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态具体包括：

求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

根据所述状态估计模型算出所有管道的蒸汽流量、蒸汽流速、蒸汽密度和蒸汽压强状态。

进一步地，所述建立蒸汽供热管道的支路方程具体过程包括：

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其质量守恒方程：

其中，ρ为蒸汽密度，v为蒸汽流速，τ表示时间维度，x表示沿蒸汽供热管道方向的一维空间维度；

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其动量守恒方程：

其中，p为蒸汽压强，λ为管道摩擦系数，D为管道内径，g为重力加速度，α为管道倾角，t为时间；

建立蒸汽的状态方程：

p_i＝ρ_iRT_i

p_j＝ρ_jRT_j

其中，p_i为节点i处的蒸汽压强，p_j为节点j处的蒸汽压强，ρ_i为节点i处的蒸汽密度，ρ_j为节点j处的蒸汽密度，R为蒸汽在运行工况附近拟合的气体常数，Ti是节点i处蒸汽的量测温度，T_j是节点j处蒸汽的量测温度；

建立管道内蒸汽的流量方程：

其中，G_ij表示支路ij首端的流量，G_ji表示支路ij末端的流量，ν_i为节点i处的蒸汽流速，ν_j为节点j处的蒸汽流速。

进一步地，所述建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程为：

其中，G_ki表示支路ki流入节点i的流量，G_il表示支路il流出节点i的流量，

为流入节点i的支路集，

为流出节点i的支路集。

进一步地，所述根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体过程包括：

以最小化考虑协方差的均方误差为目标，建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的目标函数：

其中，W表示量测值构成的协方差矩阵，x表示所有量测变量组成的向量，

表示所有量测值组成的向量，具体为：

x＝[p₁,…,p_N,G₁,…,G_M]^T

其中，p为蒸汽的实际压强，N为节点数，M为支路数，p₁为节点1的蒸汽实际压强，p_N为节点N的蒸汽实际压强，G₁为支路1的流量，G_M为支路M的流量，

为节点1蒸汽压强的传感器采样值，

为节点N蒸汽压强的传感器采样值，

为支路1流量的传感器采样值，

为支路M流量的传感器采样值。

进一步地，所述求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体流程包括：

S1：固定所有流速变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S2：固定S1中求解得到的流量变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S3：检查收敛性，当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数小于给定阈值，则求解收敛；

当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数大于或等于给定阈值，则返回S1-S2，继续迭代。

本发明还提供一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，所述系统包括：

获取单元，所述获取单元用于获取参数，所述参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M；

输入单元，所述输入单元用于将所述参数输入到状态估计模型中；

估计单元，所述估计单元用于所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态。

进一步地，所述估计单元中的所述状态估计模型的建立方法具体包括：

建立蒸汽供热管道的支路方程；

建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程；

根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型。

进一步地，所述估计单元用于所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态具体包括：

求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

根据所述状态估计模型算出所有管道的蒸汽流量、蒸汽流速、蒸汽密度和蒸汽压强状态。

进一步地，所述估计单元中建立蒸汽供热管道的支路方程具体过程包括：

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其质量守恒方程：

其中，ρ为蒸汽密度，v为蒸汽流速，τ表示时间维度，x表示沿蒸汽供热管道方向的一维空间维度；

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其动量守恒方程：

其中，p为蒸汽压强，λ为管道摩擦系数，D为管道内径，g为重力加速度，α为管道倾角，t为时间；

建立蒸汽的状态方程：

p_i＝ρ_iRT_i

p_j＝ρ_jRT_j

其中，p_i为节点i处的蒸汽压强，p_j为节点j处的蒸汽压强，ρ_i为节点i处的蒸汽密度，ρ_j为节点j处的蒸汽密度，R为蒸汽在运行工况附近拟合的气体常数，Ti是节点i处蒸汽的量测温度，T_j是节点j处蒸汽的量测温度；

建立管道内蒸汽的流量方程：

其中，G_ij表示支路ij首端的流量，G_ji表示支路ij末端的流量，ν_i为节点i处的蒸汽流速，ν_j为节点j处的蒸汽流速。

进一步地，所述估计单元用于建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程为：

其中，G_ki表示支路ki流入节点i的流量，G_il表示支路il流出节点i的流量，

为流入节点i的支路集，

为流出节点i的支路集。

进一步地，所述估计单元用于根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体过程包括：

以最小化考虑协方差的均方误差为目标，建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的目标函数：

其中，W表示量测值构成的协方差矩阵，x表示所有量测变量组成的向量，

表示所有量测值组成的向量，具体为：

x＝[p₁,…,p_N,G₁,…,G_M]^T

其中，p为蒸汽的实际压强，N为节点数，M为支路数，p₁为节点1的蒸汽实际压强，p_N为节点N的蒸汽实际压强，G₁为支路1的流量，G_M为支路M的流量，

为节点1蒸汽压强的传感器采样值，

为节点N蒸汽压强的传感器采样值，

为支路1流量的传感器采样值，

为支路M流量的传感器采样值。

进一步地，所述估计单元用于求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型采用爬山法的具体流程包括：

S1：固定所有流速变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S2：固定S1中求解得到的流量变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S3：检查收敛性，当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数小于给定阈值，则求解收敛；

当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数大于或等于给定阈值，则返回S1-S2，继续迭代。

本发明提出一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法及系统，从而适应工程现场的蒸汽网络动态工况，对蒸汽网络的水力运行状态做出精确估计，提高水力运行数据的采集质量，确保网络处于安全运行状态。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明实施例的一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，如图1所示，图1示出了根据本发明实施例的一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法流程图，具体估计方法包括：

获取参数，参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M，采用传感器采集上述参数。

将参数输入到状态估计模型中，状态估计模型根据参数确定水力状态。

具体地，状态估计模型的建立方法具体包括：

建立蒸汽供热管道的支路方程；建立不同蒸汽供热管道的连接处的节点方程；根据支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型。

状态估计模型根据参数确定水力状态具体包括：

求解根据支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

根据状态估计模型算出所有管道的蒸汽流量、蒸汽流速、蒸汽密度和蒸汽压强状态，即为水力状态。

建立蒸汽供热管道的支路方程(也称为蒸汽供热管道的水力模型)具体过程包括：

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其质量守恒方程：

其中，ρ为蒸汽密度，v为蒸汽流速，τ表示时间维度，x表示沿蒸汽供热管道方向的一维空间维度；

为确保上述质量守恒方程在计算机上可处理，将上述偏微分方程转换为差分方程：

其中，i为蒸汽供热管道的首端、j为蒸汽供热管道的末端，ρ_i,t表示节点i在t时刻的蒸汽密度，ρ_i,t+1表示节点i在t+1时刻的蒸汽密度，ρ_j,t表示节点j在t时刻的蒸汽密度，ρ_j,t+1表示节点j在t+1时刻的蒸汽密度，v_i,t表示节点i在t时刻的蒸汽流速，v_j,t表示节点j在t时刻的蒸汽流速，Δt表示时间步长，L_ij表示管道ij的长度；

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其动量守恒方程：

其中，p为蒸汽压强，λ为管道摩擦系数，D为管道内径，g为重力加速度，α为管道倾角，t为时间；

为确保上述动量守恒方程在计算机上可处理，将上述偏微分方程转换为差分方程：

其中，p_i,t表示节点i在t时刻的蒸汽压力，p_j,t表示节点j在t时刻的蒸汽压力，v_i,t+1表示节点i在t+1时刻的蒸汽流速，v_j,t+1表示节点j在t+1时刻的蒸汽流速；

建立蒸汽的状态方程：

p_i＝ρ_iRT_i

p_j＝ρ_jRT_j

其中，p_i为节点i处的蒸汽压强，p_j为节点j处的蒸汽压强，ρ_i为节点i处的蒸汽密度，ρ_j为节点j处的蒸汽密度，R为蒸汽在运行工况附近拟合的气体常数，Ti是节点i处蒸汽的量测温度，T_j是节点j处蒸汽的量测温度；

建_立管道内蒸汽的流量方程：

其中，G_ij表示支路ij首端的流量，G_ji表示支路ij末端的流量，ν_i为节点i处的蒸汽流速，ν_j为节点j处的蒸汽流速。

针对每一条管道的支路方程，将三次等式约束式，转换为双线性约束：

其中，G_i，t+1为节点i在t+1时刻的流量，G_i，t为节点i在t时刻的流量，G_j，t+1为节点j在t+1时刻的流量，G_j，t为节点j在t时刻的流量，p_i,t表示节点i在t时刻的蒸汽压力，p_j,t表示节点j在t时刻的蒸汽压力，v_i,t表示节点i在t时刻的蒸汽流速，v_j,t表示节点j在t时刻的蒸汽流速，Δt表示时间步长，L_ij表示管道ij的长度，ρ_i,t表示节点i在t时刻的蒸汽密度，ρ_j,t表示节点j在t时刻的蒸汽密度。

建立不同蒸汽供热管道的连接处的节点方程(也称为拓扑约束方程)为：

其中，G_ki表示支路ki流入节点i的流量，G_il表示支路il流出节点i的流量，

为流入节点i的支路集，

为流出节点i的支路集。

根据支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体过程包括：

以最小化考虑协方差的均方误差为目标，建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的目标函数：

其中，W表示量测值构成的协方差矩阵，x表示所有量测变量组成的向量，

表示所有量测值组成的向量，具体为：

x＝[p₁,…,p_N,G₁,…,G_M]^T

其中，p为蒸汽的实际压强，N为节点数，M为支路数，p₁为节点1的蒸汽实际压强，p_N为节点N的蒸汽实际压强，G₁为支路1的流量，G_M为支路M的流量，

为节点1蒸汽压强的传感器采样值，

为节点N蒸汽压强的传感器采样值，

为支路1流量的传感器采样值，

为支路M流量的传感器采样值。

求解根据支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型采用爬山法的具体流程包括：

S1：固定所有流速变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S2：固定S1中求解得到的流量变量，求解作为LP问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S3：检查收敛性，当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与该步骤事前固定的流量之差的范数小于给定阈值，则求解收敛；

当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与该步骤事前固定的流量之差的范数大于或等于给定阈值，则返回S1-S2，继续迭代，S1与S2由Cplex或Gurobi商业求解器完成。

一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，包括：获取单元，获取单元用于获取参数，获取单元获取的参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α、节点数N和支路数M；输入单元，输入单元用于将参数输入到状态估计模型中；估计单元，估计单元用于状态估计模型根据参数确定水力状态。

估计单元中的状态估计模型的建立方法具体包括：

建立蒸汽供热管道的支路方程；

建立不同蒸汽供热管道的连接处的节点方程；

根据支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型。

估计单元用于状态估计模型根据参数确定水力状态具体包括：求解根据支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

根据状态估计模型算出所有管道的蒸汽流量、蒸汽流速、蒸汽密度和蒸汽压强状态，即为水力状态。

估计单元中建立蒸汽供热管道的支路方程具体过程包括：

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其质量守恒方程：

其中，ρ为蒸汽密度，v为蒸汽流速，τ表示时间维度，x表示沿蒸汽供热管道方向的一维空间维度；

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其动量守恒方程：

其中，p为蒸汽压强，λ为管道摩擦系数，D为管道内径，g为重力加速度，α为管道倾角，t为时间；

建立蒸汽的状态方程：

p_i＝ρ_iRT_i

p_j＝ρ_jRT_j

其中，p_i为节点i处的蒸汽压强，p_j为节点j处的蒸汽压强，ρ_i为节点i处的蒸汽密度，ρ_j为节点j处的蒸汽密度，R为蒸汽在运行工况附近拟合的气体常数，T_i是节点i处蒸汽的量测温度，T_j是节点j处蒸汽的量测温度；

建立管道内蒸汽的流量方程：

其中，G_ij表示支路ij首端的流量，G_ji表示支路ij末端的流量，ν_i为节点i处的蒸汽流速，ν_j为节点j处的蒸汽流速。

估计单元用于建立不同蒸汽供热管道的连接处的节点方程为：

其中，Gki表示支路ki流入节点i的流量，Gil表示支路il流出节点i的流量，

为流入节点i的支路集，

为流出节点i的支路集。

估计单元用于根据支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体过程包括：

以最小化考虑协方差的均方误差为目标，建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的目标函数：

其中，W表示量测值构成的协方差矩阵，x表示所有量测变量组成的向量，

表示所有量测值组成的向量，具体为：

x＝[p₁,…,p_N,G₁,…,G_M]^T

其中，p为蒸汽的实际压强，N为节点数，M为支路数，p₁为节点1的蒸汽实际压强，p_N为节点N的蒸汽实际压强，G₁为支路1的流量，G_M为支路M的流量，

为节点1蒸汽压强的传感器采样值，

为节点N蒸汽压强的传感器采样值，

为支路1流量的传感器采样值，

为支路M流量的传感器采样值。

估计单元用于求解根据支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型采用爬山法的具体流程包括：

S1：固定所有流速变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S2：固定S1中求解得到的流量变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S3：检查收敛性，当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与该步骤事前固定的流量之差的范数小于给定阈值，则求解收敛；

当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与该步骤事前固定的流量之差的范数大于或等于给定阈值，则返回S1-S2，继续迭代。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (14)

1.一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，其特征在于，所述方法包括：

获取参数，所述参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M；

将所述参数输入到状态估计模型中；

所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态。

2.根据权利要求1所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，其特征在于，

所述状态估计模型的建立方法具体包括：

建立蒸汽供热管道的支路方程；

建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程；

根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型。

3.根据权利要求2所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，其特征在于，

所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态具体包括：

求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

根据所述状态估计模型算出所有管道的蒸汽流量、蒸汽流速、蒸汽密度和蒸汽压强状态。

4.根据权利要求2所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，其特征在于，所述建立蒸汽供热管道的支路方程具体过程包括：

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其质量守恒方程：

其中，ρ为蒸汽密度，v为蒸汽流速，τ表示时间维度，x表示沿蒸汽供热管道方向的一维空间维度；

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其动量守恒方程：

其中，p为蒸汽压强，λ为管道摩擦系数，D为管道内径，g为重力加速度，α为管道倾角，t为时间；

建立蒸汽的状态方程：

p_i＝ρ_iRT_i

p_j＝ρ_jRT_j

其中，p_i为节点i处的蒸汽压强，p_j为节点j处的蒸汽压强，ρ_i为节点i处的蒸汽密度，ρ_j为节点j处的蒸汽密度，R为蒸汽在运行工况附近拟合的气体常数，T_i是节点i处蒸汽的量测温度，T_j是节点j处蒸汽的量测温度；

建立管道内蒸汽的流量方程：

其中，G_ij表示支路ij首端的流量，G_ji表示支路ij末端的流量，ν_i为节点i处的蒸汽流速，ν_j为节点j处的蒸汽流速。

5.根据权利要求2所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，其特征在于，

所述建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程为：

其中，G_ki表示支路ki流入节点i的流量，G_il表示支路il流出节点i的流量，

为流入节点i的支路集，

为流出节点i的支路集。

6.根据权利要求2所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，其特征在于，

所述根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体过程包括：

以最小化考虑协方差的均方误差为目标，建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的目标函数：

其中，W表示量测值构成的协方差矩阵，x表示所有量测变量组成的向量，

表示所有量测值组成的向量，具体为：

x＝[p₁,…,p_N,G₁,…,G_M]^T

其中，p为蒸汽的实际压强，N为节点数，M为支路数，p₁为节点1的蒸汽实际压强，p_N为节点N的蒸汽实际压强，G₁为支路1的流量，G_M为支路M的流量，

为节点1蒸汽压强的传感器采样值，

为节点N蒸汽压强的传感器采样值，

为支路1流量的传感器采样值，

为支路M流量的传感器采样值。

7.根据权利要求3所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计方法，其特征在于，

所述求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体流程包括：

S1：固定所有流速变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S2：固定S1中求解得到的流量变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S3：检查收敛性，当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数小于给定阈值，则求解收敛；

当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数大于或等于给定阈值，则返回S1-S2，继续迭代。

8.一种蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，其特征在于，所述系统包括：

获取单元，所述获取单元用于获取参数，所述参数包括每条管道的蒸汽流量G、蒸汽流速v、蒸汽密度ρ、蒸汽压强p、管道内径D、管道倾角α，节点数N和支路数M；

输入单元，所述输入单元用于将所述参数输入到状态估计模型中；

估计单元，所述估计单元用于所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态。

9.根据权利要求8所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，其特征在于，

所述估计单元中的所述状态估计模型的建立方法具体包括：

建立蒸汽供热管道的支路方程；

建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程；

根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型。

10.根据权利要求9所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，其特征在于，

所述估计单元用于所述状态估计模型根据所述参数确定水力状态具体包括：

求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

根据所述状态估计模型算出所有管道的蒸汽流量、蒸汽流速、蒸汽密度和蒸汽压强状态。

11.根据权利要求9所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，其特征在于，

所述估计单元中建立蒸汽供热管道的支路方程具体过程包括：

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其质量守恒方程：

其中，ρ为蒸汽密度，v为蒸汽流速，τ表示时间维度，x表示沿蒸汽供热管道方向的一维空间维度；

将蒸汽供热管道内蒸汽简化为沿管道方向的一维流动，建立其动量守恒方程：

其中，p为蒸汽压强，λ为管道摩擦系数，D为管道内径，g为重力加速度，α为管道倾角，t为时间；

建立蒸汽的状态方程：

p_i＝ρ_iRT_i

p_j＝ρ_jRT_j

其中，p_i为节点i处的蒸汽压强，p_j为节点j处的蒸汽压强，ρ_i为节点i处的蒸汽密度，ρ_j为节点j处的蒸汽密度，R为蒸汽在运行工况附近拟合的气体常数，T_i是节点i处蒸汽的量测温度，T_j是节点j处蒸汽的量测温度；

建立管道内蒸汽的流量方程：

其中，G_ij表示支路ij首端的流量，G_ji表示支路ij末端的流量，ν_i为节点i处的蒸汽流速，ν_j为节点j处的蒸汽流速。

12.根据权利要求9所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，其特征在于，

所述估计单元用于建立不同所述蒸汽供热管道的连接处的节点方程为：

其中，G_ki表示支路ki流入节点i的流量，G_il表示支路il流出节点i的流量，

为流入节点i的支路集，

为流出节点i的支路集。

13.根据权利要求9所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，其特征在于，

所述估计单元用于根据所述支路方程和节点方程建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的具体过程包括：

以最小化考虑协方差的均方误差为目标，建立蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型的目标函数：

其中，W表示量测值构成的协方差矩阵，x表示所有量测变量组成的向量，

表示所有量测值组成的向量，具体为：

x＝[p₁,…,p_N,G₁,…,G_M]^T

其中，p为蒸汽的实际压强，N为节点数，M为支路数，p₁为节点1的蒸汽实际压强，p_N为节点N的蒸汽实际压强，G₁为支路1的流量，G_M为支路M的流量，

为节点1蒸汽压强的传感器采样值，

为节点N蒸汽压强的传感器采样值，

为支路1流量的传感器采样值，

为支路M流量的传感器采样值。

14.根据权利要求10所述的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计系统，其特征在于，

所述估计单元用于求解根据所述支路方程和节点方程建立的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型采用爬山法的具体流程包括：

S1：固定所有流速变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S2：固定S1中求解得到的流量变量，求解作为线性规划问题的蒸汽供热网络动态运行水力状态估计模型；

S3：检查收敛性，当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数小于给定阈值，则求解收敛；

当S2中得到的流速依据流量方程反推出的流量与S2事前固定的流量之差的范数大于或等于给定阈值，则返回S1-S2，继续迭代。

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