CN1129861C - 启动对技术设备特性模拟的方法和技术设备的模拟系统 - Google Patents

Abstract

一种启动对技术设备特性模拟的方法和技术设备的模拟系统，为了在对含有一定的数量部件的技术设备的特性模拟启动时，以很少的费用确保特别可靠的参数输入，按照本发明的建议，对每个部件分别判定一个部件类型，该部件类型的线路连接特性由分别对于某个参数的一定数量的输入和一定数量的输出表示，并且对于一个部件，根据所存储的部件类型专用的信号流结构为每个输出的参数确定出，是否要求输入参数。

Description

启动对技术设备特性模拟的方法 和技术设备的模拟系统

本发明涉及一种启动对含有一定数量部件的技术设备特性模拟的方法。另外本发明还涉及一种用于实施此方法的模拟系统。

在对综合技术设备，例如发电设备设计时，需要尽可能精确地了解在各种工作状况下的设备特性并且甚至在故障-或干扰情况下的设备特性。在对设备特性进行为此必要的分析时，在对可选择的情况预定的情况下，模拟方法可对情景进行揭示。其中，模拟可对整个设备或甚至仅对一含有一定数量部件的设备分系统加以描述，通常含有大量部件的全套技术设备，或者其中的分系统可根据设备部件的特性进行模拟。

在对具有一定数量部件的技术设备进行模拟时，通常以部件间的相互作用为基础，所述相互作用以相应的方式体现了部件间的过程参数的交换。其中例如对发电设备规定，用由鼓风机至烟囱的气流来说明部件“鼓风机”与部件“烟囱”间的相互作用。用于描述该气流的相应参数例如可以是其温度、其质量流和压力损耗。

通常实施对全套技术设备模拟的启动方式如下，对设备的每个部件都进行启动。为此对所有部件的参数分别输入启动值。因而对各种类型的参数需要分别输入启动值。通常对待模拟的技术设备的每个部件输入所有用于确定该部件与其它部件之间相互作用的参数的启动值。在一个具有后置于鼓风机的烟囱的技术设备中例如规定，在启动模拟时必须输入鼓风机输出的气流的温度、质量流和压力的启动值和输入烟囱的气流的温度、质量流和压力的启动值。例如为进行启动可采用数字方法，但在采用该方法时会出现收敛问题。

在对技术设备的模拟进行这种启动时，当误输入参数时会出现数据的不一致。这会导致错误的模拟结果或导致模拟方法失效。另外对这种启动尤其在具有大量部件的例如发电设备等全套技术设备中将付出特别昂贵的代价。

本发明的目的在于提出一种用于启动对含有大量部件的技术设备的特性模拟的方法，其中仅付出很小的代价即可实现特别可靠的参数输入。另外还将提出一种特别适用于实施此方法的技术设备的模拟系统。

就启动方法而言，本发明的目的是这样来实现的，即，对每个部件分别进行部件类型识别，所述部件类型的线路连接特性由分别用于一个参数的一定数量的输入和一定数量的输出表示，并且对一个部件，借助所存储的部件类型专用的信号流结构为每个输出的参数确定，是否要求输入参数。

本发明考虑问题的出发点在于，在进行特别可靠的和一致的参数输入时应大大避免冗余的参数输入过程。为此每个参数仅在启动单独的一个部件的模拟时应予输入并且此后在启动其它部件的模拟需要该参数时自动准备出该参数。为避免一个参数的冗余输入或重复输入，必须对每个与部件相关的参数进行检查，是否需要输入参数，或是否该参数可由其它的、输入给部件的参数推导出。当待处理的部件就其线路连接特性根据部件类型被分类时，则可以用特别简单的方法实现这种检查。其中仅需付出很小的计算代价，即可以根据部件类型专用的信号流结构确定出是否需要输入参数。

其中部件类型专用的信号流结构系记录纸形式的数据组，所述数据组为某个部件类型给出，该部件类型的哪些参数具有哪些输入和哪些输出。另外，数据组为每个输出的参数给出，该输出的参数取决于哪些其它的参数。其中尤其可以确定出，是否输出的参数完全由该部件的输入的参数决定。如果是此情况，则对此输出的参数不需要输入参数。其中对完全的启动仅需要了解在该部件输入端上的参数，所述参数可根据前置于某输入端的其它部件分别求出。所述参数例如系指描述某质量流的物理测量值或通常方式的有待传输的信号或信息。

每个部件类型的信号流结构宜以相关矩阵的形式进行存储。这种相关矩阵例如可以用列表示某种部件类型的输入并且用行表示其输出。在输出的参数仅有在了解输入的参数的情况下才能确定时，可以在相关矩阵的相应位置记入值“1”。在输出的参数不需了解输入的参数即可确定时，则在相关矩阵的相应位置记入值“0”。在设计这种相关矩阵时，除参数的物理相关性，还可以对设备专业知识及标准和规定进行考虑。

比较有利的是，在启动对部件的模拟时，对于一个输出所求出的或输入的参数值被用于启动其输入端后置于该相应输出端的另一部件的模拟。

就具有一定数量的部件且这些部件被分类成多种部件类型的技术设备的模拟系统而言，本发明的目的是通过采用一个存储组件和一个计算组件来实现的，在所述存储组件中为每个部件类型存储有一个组件类型专用的信号流结构，在所述计算组件中对某个部件根据组件类型专用的信号流结构确定出是否要求输入参数。

其中在存储组件中相宜地以相关矩阵形式存储信号流结构。

相关矩阵也可以分两级构成。其中在第一级以矩阵形式固定出部件具有哪些物理输入和输出并且这些输入和输出如何相互连接在一起。所述物理输入及输出在此系指根据介质流表示的特性单元，所述单元由多个过程参数决定。例如部件“鼓风机”作为物理输出具有一个气流输出，所述气流输出由过程参数质量流、温度和焓决定。这些过程参数可以被综合成一个表示物理输出特性的参数组。在配属的相关矩阵的第一级中固定有该物理输出与哪些物理输入连接在一起。

在相关矩阵的两级结构的第二级中，对每个物理输入和输出存储有有关过程参数的信息。因此两级结构的相关矩阵的两级的总体具有与直接涉及过程参数的单级相关矩阵相同的信息内容。

采用本发明实现的优点尤其在于，只有在检查部件类型专用的信号流结构后才要求参数输入，因而避免了冗余或重复参数输入。因而极为可靠地避免了参数输入的不一致，从而使启动方法特别可靠。另外在参数输入时所付出的代价特别小。启动方法是递归分析的并且是非数字的，从而不会产生收敛问题。

启动方法以面向信号的分类方式实现了有逻辑针对性的参数输入。在对某部件输出的参数判别出该参数可完全由在该部件输入端上的参数决定时，则即刻可求出和启动这些输入端上的参数。为此可以以回路信号跟踪方式为每个以如此方式表示的部件输入求出前置部件的与该输入连接的输出。在此处的参数视需要可直接地或者通过参数输入或者在其完全由该部件输入端上的参数确定的情况下通过继续进行的回路信号跟踪按需要来赋予初值。因此可以保证提供所有必需的信息以便对部件输出端上的参数赋予初值。

无论是对技术设备的模拟还是仅仅对技术设备的分系统的模拟均可同样采用这种启动方式。

下面将对照附图对本发明的实施例作进一步的说明，附图中：

图1示出技术设备的模拟系统；

图2为技术设备的部件的示意图；

图3为技术设备的含有大量部件的分系统的连接示意图。

在图中对相同的部件采用相同的附图标记加以标示。

图1示出的模拟系统1包括一个计算组件2，在所述计算组件上接有一个输入/输出单元4。在本实施例中作为输入/输出单元4的是一个带有起输出媒体作用的荧光屏5和起输入媒体作用的键盘6及鼠标器7的终端。另外计算组件2与第一存储组件8和第二存储组件10连接。

所述模拟系统1用于模拟一个包含有大量部件的、图中未详细示出的技术设备的特性。在本实施例中一发电设备的分系统作为技术设备。但也可以涉及一种任意的其它的技术设备。技术设备的部件又被分成部件类型。一种部件类型的部件具有相类似的连接特性。例如发电设备通常含有大量的作为部件的换热器。模拟时，每个换热器被归入部件类型“换热器”并相应用线路连接在一起。

通过线路连接，由一个参数的一定数量的输入和一定数量的输出标示部件类型的特性。例如通常由一次介质流经换热器、一次介质的热量传导到同样流经换热器的二次介质上。按线路连接，换热器具有表示流入的介质流的参数的输入。这些参数例如可以是：一次介质的温度、压力和质量流及二次介质的温度、压力和质量流。同样换热器换线路连接具有下述参数的输出：流出的一次介质的温度、压力和质量流及流出的二次介质的温度、压力和质量流。

因而按所述实施例通过6个输入和6个输出按线路连接完全标示出部件类型“换热器”的特征。

对每个部件类型有一个部件类型专用的信号流结构以相关矩阵12形式存储在存储组件10内。每个相关矩阵12的列表示作为基础的部件类型的输入并且行表示其输出。对某个部件类型的每个输出在某个相关矩阵12中记录有，是否其参数完全由某个部件类型的输入端上的参数确定。若是则在该相关矩阵12中用值“1”表示。

在对泄漏值忽略不计的情况下，例如对换热器要求，换热器输出端上的一次介质的质量流应等于在换热器输入端上的一次介质的质量流。在此情况时，在部件类型“换热器”输出端“一次介质质量流”上的参数完全由部件类型”换热器”输入端“一次介质质量流”上的参数决定。因而部件类型“换热器”的相关矩阵12在相应位置上具有值“1”。

在图2中示意示出作为部件的一个三通管(Leitungs-T-Stueck)20，以便对相关矩阵12的结构作进一步的说明。三通管20具有一个输入端22、一个分支点24和输出端26、28。一种介质，例如一种液体输送入三通管20的输入端22。在三通管20输入端22上的质量流m_E表示介质流。质量流m_E在分支点24被分成第一分质量流m_A1和第二分质量流m_A2。第一分质量流m_A1经输出端26离开三通管，而第二分质量流经其输出端28离开三通管20。由管路专用的分流比确定由流入的质量流m_E分流成的分流m_A1、m_A2。

三通管20被归属于部件类型“三通件”。边界条件，即流出的分流m_A1、m_A2的和必须等于流入的质量流m_E，对该部件类型是适用的。因而为了完全说明部件类型“三通件”的部件的线路特性，仅需要给出流入的质量流m_E和两个流出的分流m_A1或m_A2中的一个。某另一流出的分流m_A1或m_A2业已被完全确定。另一种替代方案是，给出两个流出的分流m_A1和m_A2已足够了。在此情况时出于一致性原因完全确定出流入的质量流m_E。

在配属的相关矩阵12中反映出部件类型“三通件”的线路连接特性。由于部件类型“三通件”具有一个用于流入的质量流m_E的参数输入端和两个用于流出的分流m_A1和m_A2的参数输出端，因而配属给部件类型“三通件”的相关矩阵具有一列和两行。

在配属的相关矩阵12中存储有线路连接的信息，从而通过给出另一输出端的参数和输入端的参数可完全确定出两个输出端中的一个的参数。其中作为常规可以输入，因而第一输出端的参数必须输入，同时由输入的并加在输入端上的数据求出第二输出端的参数。据此，配属的相关矩阵12具有结构

在相关矩阵12的下面行中的“1”表示，可以完全由该部件类型的另一输入和/或输出端的参数确定出由该行表示的输出端的参数。所以不必输入该参数。在计算时需要采用输入端的参数。与上述相反，在相关矩阵12的上面行中的“0”表示，在计算配属的输出端的参数时不需要采用输入端的参数。换句话说，该输出端参数需要输入。

在图3中示意示出发电设备分系统40的线路连接。该分系统40含有一个作为部件的烟气通道42，在该通道42后面接有一个烟囱44。另外，作为分系统40的部件在烟气通道42前面接有一个进气节流阀46并且在烟气通道42中设置有一预热面48。在预热面48的前面和后面分别接有作为分系统40的其它部件的一个液体源50和一个液体容器52。所述部件从线路连接上以如下方式进行相互作用：

烟气流由进气阀46流向烟气通道42。用温度T₁和质量流m₁及压力p₁表示其特性。压力p₁由烟气通道42的特性决定，这一点用箭头60表示。

废气流由烟气通道42流向烟囱44。该废气流由质量流m₂定义。作为其它的参数，由烟囱44有一个压力p₂作用于烟气通道42，此点用箭头62表示。

在烟气通道42中，烟气的热被传导到在预热面48上流动的介质中。由热量q₃和温度T₃表示热传导特性。另外由预热面48输出的温度T₄对烟气通道42中的介质特性施加影响。

热量q₃被传递给输送给预热面48的介质上。所述介质由液体源50输送给预热面48，其中由温度T₅、质量流m₅和焓h₅表示介质流特性。液体源50的特性受预热面48与液体源50间的压力p₅影响，此点用箭头64表示。

经预热的液体由预热面48流向液体容器52。由温度T₆、质量流m₆和焓h₆表示所配属的介质流特性。同样预热面48的特性又受预热面48与液体容器52间的压力p₆的影响，此点用箭头66表示。

所以在启动对分系统40的模拟时需要输入大量的参数。为了使为此必须付出的费用保持在特别小的程度并且避免不一致性的出现，在模拟系统1中首先对每个部件分别判别出一种部件类型。借助一个在存储组件10中存储的部件类型专用的信号流结构对某部件的每个输出的参数确定是否需要输入参数。为此将利用某个在存储组件10中存储的相关矩阵12。

例如在启动预热面48时首先识别其部件类型，它通过与存储组件8中所存储的一些模型类型作比较后可以求出。对于预热面48确定它是一种“加热面”类型的部件。一个“加热面”类型的部件由一种介质流过并具有一个入口和一个出口。对相关介质流的描述如图3所示可借助参数温度，质量流和焓来进行。相应地对于这样的部件类型设置用于这些参数的输入口或输出口。

“加热面”类型的部件的作用方式另外可通过它与烟气通道42的相互作用来确定。借助热量流q₃和温度T₃可描述这一相互作用。相应地“加热面”部件类型分别具有一个用于热量流和温度参数的输入口。此外，还设有压力p₆的一输入口和温度T₄的一输出口以及另一压力p₅的输出口。

对于每个输出参数都要确定在启动预热面48时是否需要输入参数。在作这样的确定时是以作为部件类型专用的信号流结构的为部件类型“预热面”所存储的相关矩阵12为基础。在相应的相关矩阵12中以编码方式为每个输出存储了是否该相应的输出参数完全由输入端上的参数决定的信息。如果完全由输入端上的参数决定，则对某个输出端上的参数不再需要输入参数。

例如对质量流m₆可以判定，在对泄漏率忽略不计的情况下该质量流m₆必须等于输送给预热面48的质量流m₅。因此不必考虑其它参数，质量流m₆完全由加在输入端上的质量流m₅决定。故在启动对预热面48的模拟时不必输入质量流m₆的参数并且据此也不要求输入。

预热面48输出的液体的焓h₆和温度T₆分别是输送给预热面48的介质的温度T₅、质量流m₅和焓h₅，以及热量q₃和温度T₃的明确的函数。因此在启动对预热面48的模拟时同样也不需要对参数h₆和T₆进行参数输入并且因此也不要求输入。这同样也适用于参数T₄和T₅。

因此在启动对预热面48的模拟时，将对照配属的相关矩阵12确定，所有输出的参数完全由输入的参数确定。因而可以省去对参数的输入。采用此方式可以在启动时可靠地避免冗余参数输入和由此可能导致的不一致性。

但在结束对预热面48模拟的启动时，需要了解在输入端上的相关参数。为此要确定出哪些部件的输出端前置于某个输入端。例如对输送给预热面48的液体的温度T₅、质量流m₅和焓h₅判定液体源50是相关的前置部件。

故在对预热面48的模拟的启动准备好之前，首先进行前置于预热面的液体源50的模拟启动。其中最好所采用的方式与对预热面48所描述的方式相同。尤其确定出，由输送给预热面48的介质的温度T₅、质量流m₅和焓h₅的输出表示液体源50的特性。

另一方面对液体源50仅有一个用于压力p₅的输入。根据为液体源50存储的相关矩阵12确定出，温度T₅、质量流m₅和焓h₅并不是由在液体源50输入端上的参数，即压力p₅完全确定的。故为实现启动必须输入这些参数。所以在启动液体源50的模拟时要求输入参数温度T₅、质量流m₅和焓h₅。由于通过输入参数确定出在液体源50所有输出端上的参数，因而可结束对液体源模拟的启动。这些参数在其输入和计算后也可以被自动提供用于对后置于液体源的预热面48模拟的启动。因而可以继续进行对预热面48模拟的启动。

对分系统40的所有部件的模拟以类似的方式启动。其中链接的启动方式按顺序连接的部件的线路连接结构进行。由于对输入参数的要求是有选择的，故仅付出特别小的代价即可避免过剩的参数输入和由此可能产生的不一致性。

Claims (5)

1.一种用于启动对技术设备的特性模拟的方法，包括步骤：

对具有多个部件的技术设备的每个部件，识别出一种以线路连接关系表示、由对于一个参数的多个输入端和多个输出端限定的部件类型；

利用描述关于该多个输出端的每一个的一个参数的部件类型专用信号流结构的、已存储的相关矩阵，确定不能从要馈入到该部件的其他参数导出的多个输出端的每一个参数，该相关矩阵具有对应于该部件类型的多个输入端的多个列和对应于该部件类型的多个输出端的多个行，并且该相关矩阵还在关于部件类型的每个输出端的行中记录有关的输出参数是否完全由部件类型的输入端的参数限定；以及

只输入不能从要馈入到该部件的其他参数导出的那些参数。

2.按照权利要求1所述的方法，其中以相关矩阵(12)形式存储信号流结构。

3.按照权利要求1或2所述的方法，其中在启动对部件的模拟时，对于一个输出所求出的或输入的参数值被用于启动其输入端后置于该输出端的另一部件的模拟。

4.一种用于含有一定数量部件的技术设备的模拟系统，该技术设备的各部件被分类成一定数量的部件类型，该模拟系统包括：

一个存储组件(10)，用于存储描述关于该技术设备的每一种部件类型的部件类型专用信号流结构的相关矩阵，该相关矩阵具有对应于该部件类型的多个输入端的多个列和对应于该部件类型的多个输出端的多个行，并且该相关矩阵还在关于部件类型的每个输出端的行中记录有关的输出参数是否完全由部件类型的输入端的参数限定；以及

一个计算机组件(2)，用于利用所述相关矩阵，仅仅为不能从要馈入到该部件的其他参数导出的多个输出端的每一个的那些参数，指定要请求的参数并输入。

5.按照权利要求4所述的模拟系统，在其存储组件(10)中存储有相关矩阵(12)形式的信号流结构。

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