CN115143517B - 一种集中供热管网二次网的平衡调节方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种集中供热管网二次网的平衡调节方法和系统，方法包括：管道阻抗校核步骤：建立所述二次网的拓扑结构，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗；阀门调节步骤：基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，若存在楼栋的运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值；设计流量修正步骤：若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，修正待修正楼栋的设计流量，返回阀门调节步骤；所述待修正楼栋为平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和大于等于第二阈值的楼栋。
Description
技术领域
本发明涉及集中供热管网技术领域，尤其涉及一种集中供热管网二次网的平衡调节方法和系统。
背景技术
随着社会技术进步及经济发展，集中供热管网发展迅速。但在供热系统中尤其是供热管网的二次网中，水力的失衡直接影响热用户的供热效果。随着计算机技术的发展，对供热管网的平衡调节从人工调节转为计算机模拟，运用计算机实现管网的全网调控已成为供热行业的研究热点。
目前在采用计算机对供热管网二次网进行工况模拟时，计算管道阻抗时用到的管道粗糙度往往采用管道的初始设计值,但随着使用年限的增长，管网的腐蚀，热水水质的变化以及施工条件等，管道内部的参数早已偏离设计值，若仍然采用设计值计算，将会越来越偏离管网的实际水力工况。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种集中供热管网二次网的平衡调节方法和系统，用以解决现有对二次网进行平衡调节时采用管道的设计阻抗造成调节不准确的问题。
一方面，本发明实施例提供了一种集中供热管网二次网的平衡调节方法，包括：
管道阻抗校核步骤：建立所述二次网的拓扑结构，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗；
阀门调节步骤：基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，若存在楼栋的运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值；
设计流量修正步骤：若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，修正待修正楼栋的设计流量，返回阀门调节步骤；所述待修正楼栋为平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和大于等于第二阈值的楼栋。
上述技术方案的有益效果如下：
在对二次网进行平衡调节前，首先对二次网的管网阻抗进行校核，得到准确的管道阻抗数据，基于校核得到的管道阻抗，可以更加准确的计算管道的实际运行流量，从而更加准确的对二次网进行平衡调节，并且方法简单便于实施。
通过调整楼栋的阀门，使所有楼栋的运行流量达到目标流量范围，是二次网中的所有楼栋达到水力平衡。通过阀门调节楼栋的供回水温度和室内温度对楼栋的设计流量进行修正，避免了设计误差等原因导致的无法达到水力平衡的问题。
基于上述方法的进一步改进，所述历史工况数据包括：两组不同工况下所述二次网中循环水泵的循环流量、供水压力和回水压力，每栋楼的供水温度、回水温度、供水压力、回水压力和室内温度，每个阀门的前后压力。
进一步地，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗，包括：
基于所述历史工况数据计算每栋楼的折算流量，根据楼栋的折算流量计算得到管道流量矩阵；
基于所述历史工况数据计算每栋楼的楼栋阻抗；
基于所述历史工况数据计算每栋楼对应阀门的阀门阻抗；
按照树枝供水管道、树枝回水管道和链支管道将能量方程中的管道流量矩阵和管道阻抗矩阵分块，分别表示为 将能量方程转化为
基于所述管道流量矩阵、所述楼栋阻抗和所述阀门阻抗，根据转化后的能量方程，计算得到所述二次网的管道阻抗；
其中，B为基本回路矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵，Su为楼栋阻抗矩阵，Sv为阀门阻抗矩阵，|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，|Gg|为树枝供水管道流量矩阵的对角矩阵，|GLZ|为链支管道流量矩阵的对角矩阵，Sp为管道阻抗矩阵，Sg为树枝供水管道阻抗矩，Sh为树枝回水管道阻抗矩，SLZ为链支管道阻抗矩，b为所述二次网的拓扑结构中的管道数量，n为所述二次网的拓扑结构中除定压点外的节点数量。
上述进一步改进方案的有益效果是：
通过将管道按照有无连接楼栋分为树枝管道和链支管道的方式，可以减少生成管网最小树的计算量，提高计算速度，通过将管道流量矩阵和管道阻抗矩阵进行分块，使运算更加简单，待求解参数减少，计算结果更准确。
进一步地，根据以下公式计算每栋楼的折算流量：
其中，为第i栋楼的相对流量系数；Fi为第i栋楼的供热面积；/>为第i栋楼的供水温度；/>为第i栋楼的回水温度；/>为第i栋楼的平均室内温度；i为楼栋编号；Gz为循环水泵的循环流量；GLi为第i栋楼的折算流量。
上述进一步改进方案的有益效果是：
通过根据楼栋的温度计算楼栋的折算流量，可以避免在二次网中新增流量表，从而减少成本，通过采用折算流量使得管网可采用图论知识辨识管道阻抗，为之后得管网平衡调节奠定了基础。
进一步地，基于所述历史工况数据计算每栋楼的楼栋阻抗，包括，根据公式sui＝(pgi-phi)/GLi 2计算楼栋阻抗，其中，sui为第i栋楼的阻抗，pgi为第i栋楼的供水压力，phi为第i栋楼的回水压力，GLi为第i栋楼的折算流量。
进一步地，基于所述历史工况数据计算每栋楼对应阀门的阀门阻抗，包括，根据公式svi＝(pvgi-pvhi)/GLi 2计算阀门阻抗，其中，svi为第i栋楼对应阀门的阻抗，pvgi为第i栋楼的对应阀门的阀门前压力，pvhi为第i栋楼对应阀门的阀门后压力，GLi为第i栋楼的折算流量。
上述进一步改进方案的有益效果是：楼栋和阀门是热网中的主要局部构件，管道阻抗主要为沿程阻力产生，通过楼栋和阀门的压力与流量计算其阻抗，可以初步判断局部阻力在系统总阻力中的占比，在计算管道阻抗时可降低误差。
进一步地，基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，包括：
S201、根据楼栋的设计流量计算管道流量矩阵的初始值G＝BTGc；
S202、根据以下公式更新管道流量矩阵G：
MB＝B·[2(|S|-|x|)|G|-|y|]·BT
HB＝B·[|S|·|G|·G-DH]
ΔGL＝-(MB)-1·HB
ΔG＝BTΔGL
G＝G+ΔGL
S203、若ΔG中的最大值小于第三阈值，则得到管道流量矩阵G，计算结束；否则，返回S202重新计算管道流量矩阵；
所述各楼栋的运行流量为管道流量矩阵中楼栋对应管道的值；
其中|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，B为基本回路矩阵，Gc为楼栋设计流量矩阵，|S|为管网阻抗矩阵S的对角矩阵，所述管网阻抗包括管道阻抗、阀门阻抗和楼栋阻抗，x和y均为循环水泵特性曲线中的常数项，|x|表示由x组成的对角矩阵，|y|表示由y组成的对角矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵；MB、HB、ΔGL和ΔG均为中间变量。
上述进一步改进方案的有益效果是：
通过采用基本回路法计算管网运行流量，可在系统包括阀门在内的局部构件动作后快速计算各用户流量变化情况，无需等待系统稳定后再判断用户流量是否满足要求，提升了调节效率。
进一步地，根据以下步骤计算楼栋的平均供回水温度偏差值：
计算所述二次网中所有楼栋的平均供回水温度均值trp
计算每栋楼的供回水平均温度
计算每栋楼的平均供回水温度偏差值Δtpi＝trp-tpi；
其中，Fi为第i栋楼的供热面积，为第i栋楼的供水温度，/>为第i栋楼的回水温度，A为中间变量，Δtpi为第i栋楼的平均供回水温度偏差值,ln为楼栋数量。
进一步地，根据公式Gci＝Gci·(1+Δti·D)修正待修正楼栋的设计流量；其中Gci为第i栋楼的设计流量，D为调整系数，Δti为第i栋楼的平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和。
上述进一步改进方案的有益效果是：通过楼栋的室温和供回水温度分布情况对楼栋流量进行修正可以在热网实现水力平衡的基础上进一步实现热力平衡，对用户实现按需供热。
根据楼栋室内平均温度偏差和平均供回水温度偏差值，判断是否需要对楼栋进行修正，从而准确的判断需要进行设计流量修正的楼栋，使调节更加准确。
另一方面，本发明实施例提供了一种集中供热管网二次网的平衡调节系统，包括：
管道阻抗校核模块，用于建立所述二次网的拓扑结构，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗；
阀门调节模块，用于基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，若存在楼栋的运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值；
设计流量修正模块，用于若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，修正待修正楼栋的设计流量，返回阀门调节步骤；所述待修正楼栋为平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和大于等于第二阈值的楼栋。
上述技术方案的有益效果如下：
在对二次网进行平衡调节前，首先通过管道阻抗校核模块对二次网的管道阻抗进行校核，得到准确的管道阻抗数据，基于校核得到的管道阻抗，可以更加准确的计算管道的实际运行流量，通过阀门调节模块和设计流量修正模块对楼栋的水力和温度进行平衡调节，模块间相互配合，从而更加准确的对二次网进行平衡调节。
通过调整楼栋的阀门，使所有楼栋的运行流量达到目标流量范围，使二次网中的所有楼栋达到水力平衡。通过阀门调节楼栋的供回水温度和室内温度对楼栋的设计流量进行修正，避免了设计误差等原因导致的无法达到水力平衡的问题。
本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可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说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例集中供热管网二次网的平衡调节方法的流程图；
图2为本发明实施例集中供热管网二次网的平衡调节系统的结构框图；
图3为本发明实施例的集中供热管网二次网的示意图；
图4为本发明实施例的集中供热管网二次网的拓扑结构示意图；
图5为本发明实施例的集中供热管网二次网的管网阻抗分布示意图；
附图标记：
1～5-楼栋；L1～L13-管道；N0～N8-节点。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
本发明的一个具体实施例，公开了一种集中供热管网二次网的平衡调节方法，如图1所示，包括：
管道阻抗校核步骤：建立所述二次网的拓扑结构，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗。
供热管网的二次网大多为枝状管网，本发明的实施例以枝状管网为平衡调节对象，以图3中的供热管网二次网为例，根据其实际走向绘制管网拓扑结构如图4所示，其中热源是换热站。换热站和楼栋的回水管道均安装有调节阀，换热站为循环水泵。将拓扑图中的管道和节点进行标号，管道分支处(三通)为节点，数量为n，将定压点单独标记为一个节点，总节点数量为n+1,管网的管道数据为b。
将管网中的管道按照树枝供水管道、树枝回水管道和链支管道三分部分，链支管道是指连接有楼栋的管道。如图4所示，L1-L4为树枝供水管道，L5-L8为树枝回水管道，L9-L13为链支管道。
按照基本关联矩阵元素的取值原则建立树枝供水管道的基本关联矩阵A01,维数为n/2×n/2，矩阵的行表示节点，列表示管道；根据树枝供水管道和树枝回水管道的对应关系，通过对A01进行复制、平移处理得到树枝管道基本关联矩阵AT,维数为n×n，具体形式为
对链支供水管道按照基本关联矩阵元素的取值原则建立链支管道对应的基本关联矩阵AL,维数为n×(b-n)，矩阵的行表示节点，列表示管道；
对AT和AL做合并处理，得到供热管网的基本关联矩阵A，维数为n×b，具体形式如下：通过将管道按照有无连接楼栋分为树枝管道和链支管道的方式，可以减少生成管网最小树的计算量，提高计算速度。
根据基本关联矩阵计算管网的基本回路矩阵B,其维数为(b-n)×b，矩阵的行表示管网中的回路，列表示管道，具体的计算方法为：
基本关联矩阵的取值原则为矩阵中的元素aij按照节点和管段的连接关系取值为1、-1或0：
i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,b。
具体的，所述历史工况数据包括：两组不同工况下所述二次网中循环水泵的循环流量、供水压力和回水压力，每栋楼的供水温度、回水温度、供水压力、回水压力和室内温度，每个阀门的前后压力。
其中，不同工况指的是楼栋阀门开度不同的工况，为了准确辨识管网的管道阻抗，实施时，两组不同工况应确保阀门的调节开度不等比，即调节前后阀门的循环流量不关联。
基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗，包括：
(1)基于所述历史工况数据计算每栋楼的折算流量，根据楼栋的折算流量计算得到管道流量矩阵。
具体的，通过以下公式计算任一工况下每栋楼的折算流量：
其中，为第i栋楼的相对流量系数；Fi为第i栋楼的供热面积；/>为第i栋楼的供水温度；/>为第i栋楼的回水温度；/>为第i栋楼的平均室内温度；i为楼栋编号；ln为楼栋数量；Gz为循环水泵的循环流量；GLi为第i栋楼的折算流量。
按照链支管道基本关联矩阵AL中管道的排列顺序，构建两组不同工况下链支管道流量矩阵GLZ1((b-n)×1)和GLZ2((b-n)×1)，构建第一组链支管道流量矩阵的方法为：GLZ1(i,1)的值为第一个工况下第i栋楼的折算流量，按照同样的方法构建GLZ2((b-n)×1)。
根据公式G＝BTGLZ，分别计算两组不同工况下的二次网的管道流量矩阵，分别表示为G1(b×b)和G2(b×b)。公式中G为管道流量矩阵，GLZ为链支管道流量矩阵，BT为基本回路矩阵B的转置矩阵。
(2)基于所述历史工况数据计算每栋楼的楼栋阻抗。
由于不同工况下楼栋阻抗不会改变，可根据任一组历史工况数据计算楼栋阻抗，计算公式为sui＝(pgi-phi)/GLi 2，其中，sui为第i栋楼的阻抗，pgi为第i栋楼的供水压力，phi为第i栋楼的回水压力，GLi为第i栋楼的折算流量。
(3)基于所述历史工况数据计算每栋楼对应阀门的阀门阻抗
根据公式svi＝(pvgi-pvhi)/GLi 2，分别计算两组不同工况下的二次网的阀门阻抗，其中，svi为第i栋楼对应阀门的阻抗，pvgi为第i栋楼的对应阀门的阀门前压力，pvhi为第i栋楼对应阀门的阀门后压力，GLi为第i栋楼的折算流量。
(4)按照树枝供水管道、树枝回水管道和链支管道将能量方程中的管道流量矩阵和管道阻抗矩阵分块，分别表示为 将能量方程转化为
(5)基于所述管道流量矩阵、所述楼栋阻抗和所述阀门阻抗，根据转化后的能量方程，计算得到所述二次网的管道阻抗；
其中，B为基本回路矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵，Su为楼栋阻抗矩阵，Sv为阀门阻抗矩阵，|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，|Gg|为树枝供水管道流量矩阵的对角矩阵，|GLZ|为链支管道流量矩阵的对角矩阵，Sp为管道阻抗矩阵，Sg为树枝供水管道阻抗矩，Sh为树枝回水管道阻抗矩，SLZ为链支管道阻抗矩，b为所述二次网拓扑结构中的管道数量，n为所述二次网拓扑结构中除定压点外的节点数量。本实施例中的对角矩阵，除对角线元素外，其余元素均为0。
具体的，按照基本关联矩阵An×b中管道的排列顺序，构建楼栋阻抗矩阵Su(b×1)，维数为b×1，若第i个管道无对应的楼栋，则Su(i,1)值为0，否则值为第i个管道对应楼栋的阻抗值。例如，若An×b第i列对应的是管道L2，管道L2未连接楼栋，则Su(i,1)的值为0；若An×b第i列对应的是管道L9，管道L9连接楼栋，则Su(i,1)的值为L9连接的楼栋的阻抗值。
按照基本关联矩阵An×b中管道的排列顺序，构建两组阀门阻抗矩阵Sv1(b×1)，Sv2(b×1)，维数均为b×1。构建第一组阀门阻抗矩阵Sv1(b×1)的方法为：若第i个管道无对应的阀门，则Sv1(i,1)值为0，否则，Sv1(i,1)值为第一个工况下第i个管道对应阀门的阻抗值。按照同样的方法构建Sv2(b×1)。换热站对应阀门的阻抗可根据换热站对应阀门的前后压力和循环水泵的循环流量计算得到。
按照基本关联矩阵An×b中管道的排列顺序，构建两组不同工况下的循环水泵扬程矩阵DH1(b×1)和DH2(b×1)，维数均为b×1。构建第一组循环水泵扬程矩阵的方法为：若第i个管道上无对应的循环水泵，则DH1(i,1)值为0，否则，DH1(i,1)值为第一个工况下第i个管道对应循环水泵的扬程，循环水泵的扬程为循环水泵供水压力和回水压力的差值。按照同样的方法构建DH2(b×1)。
采用基本回路法，供热管网中每一环路中压力降为0，环路如图4中箭头所示，表示为BΔH＝0，其中ΔH＝|G|2S-DH，能量方程可简化为
B(|G|2S-DH)＝0 (1)
其中B为基本回路矩阵，|G|为管道流量矩阵G的对角矩阵，S为管网阻抗矩阵，DH为水泵扬程矩阵；管网阻抗分布如图5所示，包括管道阻抗、楼栋阻抗和阀门阻抗，管网阻抗矩阵表示可为
S(b×1)＝Sp(b×1)+Su(b×1)+Sv(b×1) (2)
其中Su为楼栋阻抗矩阵，Sv为阀门阻抗矩阵，Sp为管道阻抗矩阵。因此能量方程可转化为：
基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算所述二次网的管道阻抗时，首先按照树枝供水管道、树枝回水管道和链支管道将管道流量矩阵G、管道阻抗矩阵Sp进行分块，分别表示为Gg为树枝供水管道流量矩阵块，Gh为树枝回水管道流量矩阵块，GLZ为链支管道流量矩阵块，Sg为树枝供水管道阻抗矩阵块，Sh为树枝回水管道阻抗矩阵块，SLZ为链支管道阻抗矩阵块。
对于枝状供热管网，树枝供水管道和树枝回水管道的阻抗可视为相同，树枝供水管道的流量和树枝回水管道的流量可视为相同，因此，基于分块后的管道流量矩阵和管道阻抗矩，能量方程可进一步转化为
其中，|Gg|树枝供水管道流量矩阵的对角矩阵，|GLZ|为链支管道流量矩阵的对角矩阵；
将Su(b×1)、Sv1(b×1)、Sv2(b×1)、GLZ1((b-n)×1)、GLZ2((b-n)×1)、DH1(b×1)、DH2(b×1)、G1(b×b)和G2(b×b)带入能量方程，得到
求解上述方程可计算得到Sg、Sh和SLZ，即辨认得到管道阻抗。
阀门调节步骤：基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，若存在楼栋的运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值。
具体的，计算各楼栋的运行流量，包括：
S201、根据楼栋的设计流量计算管道流量矩阵的初始值G＝BTGc。其中，BT为基本回路矩阵B的转置矩阵，Gc为楼栋设计流量矩阵，G为管道流量矩阵。
楼栋的设计流量可根据以下公式计算得到，其中，c为流体的比热容，Qi为第i栋楼的建筑热负荷，Gci为第i栋楼的设计流量，tg为换热站的供水温度，th为换热站的回水温度。
按照链支管道基本关联矩阵AL中管道的排列顺序，构建楼栋设计流量矩阵Gc，维数为b×1，Gc(i,1)的值为第i栋楼的设计流量。
S202、根据以下公式更新管道流量矩阵G：
MB＝B·[2(|S|-|x|)|G|-|y|]·BT
HB＝B·[|S|·|G|·G-DH]
ΔGL＝-(MB)-1·HB
ΔG＝BTΔGL
G＝G+ΔGL
其中|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，|S|为管网阻抗矩阵S的对角矩阵，为管道阻抗Sp、楼栋阻抗矩阵Su和阀门阻抗Sv的和，x和y均为循环水泵特性曲线中的常数项，|x|表示由x组成的对角矩阵，|y|表示由y组成的对角矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵，循环水泵扬程可根据循环水泵特性曲线计算得到；MB、HB、ΔGL和ΔG均为中间变量，角标-1表示矩阵的逆矩阵。
S203、若ΔG中的最大值小于第三阈值，则得到管道流量矩阵G，计算结束；否则，返回S202重新计算管道流量矩阵；实施时，第三阈值可根据调控精度取值，例如第三阈值为0.005。
所述各楼栋的运行流量为管道流量矩阵中楼栋对应管道的值；
根据公式计算楼栋的运行流量与设计流量的偏差，其中，Δgi表示第i栋楼的运行流量与设计流量的偏差，Gi表示第i栋楼的运行流量，GCi表示第i栋楼的设计流量。若Δgi大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值。第一阈值根据系统水力平衡调节精度确定。示例性的，第一阈值为0.03。
具体的，可通过以下方法调节楼栋对应的阀门：
当|Δgi|≤0.03时，说明当前流量偏差已在控制范围内，阀门应该不动；
当Δgi＞0.03时，说明当前流量偏大，阀门应该关小；
当Δgi<-0.03时，说明当前流量偏小，阀门应该开大。
阀门每次调节做小幅度调节，调节幅度为20％、10％、7％、5％、3％、1％，六个档次分别对应：
当|Δgi|≥0.3时，阀门的调节幅度为：20％；
当0.3＞|Δgi|≥0.2时，阀门的调节幅度为：10％；
当0.2＞|Δgi|≥0.15时，阀门的调节幅度为：7％；
当0.15＞|Δgi|≥0.07时，阀门的调节幅度为：5％；
当0.07＞|Δgi|≥0.05时，阀门的调节幅度为：3％；
当0.05＞|Δgi|≥0.03时，阀门的调节幅度为：1％；
以上六个档次的范围和阀门调节幅度为经验值，可根据实际系统运行情况进行调整。
阀门开度调节后，阀门的阻抗值通过该尺寸阀门检验报告中不同开度下的流量和压差数据进行计算，示例性的，检验报告格式如表1所示。
表1阀门检验报告
根据阀门检验报告，计算各开度下阀门产生的阻抗值，阀门阻抗的计算方式为：sf＝Δp/g2，其中，sf为阀门阻抗；Δp为检验报告中的净压差；g为检验报告中的水流量。对每一开度的三组测试数据都进行计算，取三组阻抗的平均值作为该开度下对应的阻抗sf，未进行检验的开度的阻抗可通过已检验开度的阻抗插值计算得到。
阀门开度调节后，重新根据步骤S201～203计算各楼栋的实际运行流量，若所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值，完成阀门调节步骤；否则，再次调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，重复阀门调节步骤，直至所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值，完成阀门调节步骤。其中S202步骤中管网阻抗矩阵S为阀门调节后的管网阻抗矩阵。
设计流量修正步骤：若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，修正待修正楼栋的设计流量，返回阀门调节步骤；所述待修正楼栋为平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和大于等于第二阈值的楼栋。
第二阈值根据楼栋温度调节的精度设置。示例性的，第二阈值可为0.3～1中的任意值。
实施时，待各楼栋的供回水温度和室内温度趋于稳定后，采集各楼栋的供回水温度和室内温度。若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则完成二次网的平衡调节。具体的，楼栋的平均室内温度与设定温度的差值在范围内，即认为达到设定温度。
否则，首先根据公式计算每栋楼的平均室内温度偏差值，tni为第i楼宇的平均室内温度，Tni为第i栋楼的设定温度，Δtri为第i栋楼的平均室内温度偏差值。/>
其次，计算计算每栋楼的平均供回水温度偏差值。
具体的，根据以下公式计算二次网中所有楼栋的平均供回水温度均值trp
根据公式计算每栋楼的供回水平均温度；
根据公式Δtpi＝trp-tpi计算每栋楼的平均供回水温度偏差值。
其中，Fi为第i栋楼的供热面积，为第i栋楼的供水温度，/>为第i栋楼的回水温度，A为中间变量，Δtpi为第i栋楼的平均供回水温度偏差值,ln为楼栋数量。
第i栋楼的平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和Δti＝Δtpi+Δtri，若Δti小于第三阈值，则该楼栋的设计流量不需要修正，否则，该楼栋为待修正楼栋，根据公式Gci＝Gci·(1+Δti·D)修正待修正楼栋的设计流量；其中Gci为第i栋楼的设计流量，Δti为第i栋楼的平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和，D是调整系数，取值原则是使得调节的结果略小于需要的结果，使得经过两三次的调节就趋于收敛，例如可值取0.03。
修正所有待修正楼栋的设计流量后，重新返回阀门调节步骤，再次调节阀门使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值，若阀门调节后所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，再次修正设计流量。循环阀门调节步骤和设计流量修正步骤直至所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，完成调节。
与现有技术相比，本实施例提供的具有以下有益效果：
1、在对二次网进行平衡调节前，首先对二次网的管网阻抗进行校核，得到准确的管道阻抗数据，基于校核得到的管道阻抗，可以更加准确的计算管道的实际运行流量，从而更加准确的对二次网进行平衡调节；方法是简单便于实施。
2、通过调整楼栋的阀门，使所有楼栋的运行流量达到目标流量范围，是二次网中的所有楼栋达到水力平衡。通过阀门调节楼栋的供回水温度和室内温度对楼栋的设计流量进行修正，避免了设计误差等原因导致的无法达到水力平衡的问题。
3、通过将管道按照有无连接楼栋分为树枝管道和链支管道的方式，可以减少生成管网最小树的计算量，提高计算速度，通过将管道流量矩阵和管道阻抗矩阵进行分块，使运算更加简单，带求解参数减少，计算结果更准确。
4、通过根据楼栋的温度计算楼栋的折算流量，可以避免在二网中新增流量表增加成本，可以将折算流量代入管道阻抗计算方程，以采用解析法计算管道阻抗。
5、根据楼栋室内平均温度偏差和平均供回水温度偏差值，判断是否需要对楼栋进行修正，从而准确的判断需要进行设计流量修正的楼栋，使调节更加准确。
6、通过楼栋的室温和供回水温度分布情况对楼栋流量进行修正可以在热网实现水力平衡的基础上进一步实现热力平衡，对用户实现按需供热。
本发明的一个具体实施例提供了一种集中供热管网二次网的平衡调节系统，包括：
管道阻抗校核模块，用于建立所述二次网的拓扑结构，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗，其具体进行管道阻抗校核的过程参见前述实施例，此处不再重述。
阀门调节模块，用于基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，若存在楼栋的运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值；其具体进行阀门调节的过程参见前述实施例，此处不再重述。
设计流量修正模块，用于若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，修正待修正楼栋的设计流量，返回阀门调节步骤；所述待修正楼栋为平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和大于等于第二阈值的楼栋。其具体进行设计流量修正的过程参见前述实施例，此处不再重述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种集中供热管网二次网的平衡调节方法，其特征在于，包括以下步骤：
管道阻抗校核步骤：建立所述二次网的拓扑结构，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗；
阀门调节步骤：基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，若存在楼栋的运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值；
设计流量修正步骤：若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，修正待修正楼栋的设计流量，返回阀门调节步骤；所述待修正楼栋为平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和大于等于第二阈值的楼栋；
基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗，包括：
基于所述历史工况数据计算每栋楼的折算流量，根据楼栋的折算流量计算得到管道流量矩阵；
基于所述历史工况数据计算每栋楼的楼栋阻抗；
基于所述历史工况数据计算每栋楼对应阀门的阀门阻抗；
按照树枝供水管道、树枝回水管道和链支管道将能量方程中的管道流量矩阵和管道阻抗矩阵分块，分别表示为 将能量方程转化为
基于所述管道流量矩阵、所述楼栋阻抗和所述阀门阻抗，根据转化后的能量方程，计算得到所述二次网的管道阻抗；
其中，B为基本回路矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵，Su为楼栋阻抗矩阵，Sv为阀门阻抗矩阵，|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，|Gg|为树枝供水管道流量矩阵的对角矩阵，|GLZ|为链支管道流量矩阵的对角矩阵，Sp为管道阻抗矩阵，Sg为树枝供水管道阻抗矩，Sh为树枝回水管道阻抗矩，SLZ为链支管道阻抗矩，b为所述二次网的拓扑结构中的管道数量，n为所述二次网的拓扑结构中除定压点外的节点数量；G为管道流量矩阵，GLZ为链支管道流量矩阵；Gg为树枝供水管道流量矩阵块，Gh为树枝回水管道流量矩阵块；
基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，包括：
S201、根据楼栋的设计流量计算管道流量矩阵的初始值G＝BTGc；
S202、根据以下公式更新管道流量矩阵G：
MB＝B·[2(|S|-|x|)|G|-|y|]·BT
HB＝B·[|S|·|G|·G-DH]
ΔGL＝-(MB)-1·HB
ΔG＝BTΔGL
G＝G+ΔGL
S203、若ΔG中的最大值小于第三阈值，则得到管道流量矩阵G，计算结束；否则，返回S202重新计算管道流量矩阵；
所述各楼栋的运行流量为管道流量矩阵中楼栋对应管道的值；
其中|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，B为基本回路矩阵，Gc为楼栋设计流量矩阵，|S|为管网阻抗矩阵S的对角矩阵，所述管网阻抗包括管道阻抗、阀门阻抗和楼栋阻抗，x和y均为循环水泵特性曲线中的常数项，|x|表示由x组成的对角矩阵，|y|表示由y组成的对角矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵；MB、HB、ΔGL和ΔG均为中间变量。
2.根据权利要求1所述的集中供热管网二次网的平衡调节方法，其特征在于，所述历史工况数据包括：两组不同工况下所述二次网中循环水泵的循环流量、供水压力和回水压力，每栋楼的供水温度、回水温度、供水压力、回水压力和室内温度，每个阀门的前后压力。
3.根据权利要求1所述的集中供热管网二次网的平衡调节方法，其特征在于，根据以下公式计算每栋楼的折算流量：
其中，为第i栋楼的相对流量系数；Fi为第i栋楼的供热面积；/>为第i栋楼的供水温度；/>为第i栋楼的回水温度；/>为第i栋楼的平均室内温度；i为楼栋编号；Gz为循环水泵的循环流量；GLi为第i栋楼的折算流量。
4.根据权利要求1所述的集中供热管网二次网的平衡调节方法，其特征在于，基于所述历史工况数据计算每栋楼的楼栋阻抗，包括，根据公式sui＝(pgi-phi)/GLi 2计算楼栋阻抗，其中，sui为第i栋楼的阻抗，pgi为第i栋楼的供水压力，phi为第i栋楼的回水压力，GLi为第i栋楼的折算流量。
5.根据权利要求1所述的集中供热管网二次网的平衡调节方法，其特征在于，基于所述历史工况数据计算每栋楼对应阀门的阀门阻抗，还包括，根据公式svi＝(pvgi-pvhi)/GLi 2计算阀门阻抗，其中，svi为第i栋楼对应阀门的阻抗，pvgi为第i栋楼的对应阀门的阀门前压力，pvhi为第i栋楼对应阀门的阀门后压力，GLi为第i栋楼的折算流量。
6.根据权利要求1所述的集中供热管网二次网的平衡调节方法，其特征在于，根据以下步骤计算楼栋的平均供回水温度偏差值：
计算所述二次网中所有楼栋的平均供回水温度均值trp
计算每栋楼的供回水平均温度
计算每栋楼的平均供回水温度偏差值Δtpi＝trp-tpi；
其中，Fi为第i栋楼的供热面积，tgi为第i栋楼的供水温度，为第i栋楼的回水温度，A为中间变量，Δtpi为第i栋楼的平均供回水温度偏差值,ln为楼栋数量。
7.根据权利要求1所述的集中供热管网二次网的平衡调节方法，其特征在于，根据公式Gci＝Gci·(1+Δti·D)修正待修正楼栋的设计流量；其中Gci为第i栋楼的设计流量，D为调整系数，Δti为第i栋楼的平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和。
8.一种集中供热管网二次网的平衡调节系统，其特征在于，包括：
管道阻抗校核模块，用于建立所述二次网的拓扑结构，基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗；
阀门调节模块，用于基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，若存在楼栋的运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值，则调节所有运行流量与设计流量的偏差大于第一阈值的楼栋对应的阀门，使所有楼栋的运行流量与设计流量的偏差均小于等于第一阈值；
设计流量修正模块，用于若所有楼栋的平均室内温度均达到设定温度，则调节结束；否则，修正待修正楼栋的设计流量，返回阀门调节步骤；所述待修正楼栋为平均供回水温度偏差值与平均室内温度偏差值的和大于等于第二阈值的楼栋；
基于历史工况数据和所述拓扑结构，计算得到所述二次网的管道阻抗，包括：
基于所述历史工况数据计算每栋楼的折算流量，根据楼栋的折算流量计算得到管道流量矩阵；
基于所述历史工况数据计算每栋楼的楼栋阻抗；
基于所述历史工况数据计算每栋楼对应阀门的阀门阻抗；
按照树枝供水管道、树枝回水管道和链支管道将能量方程中的管道流量矩阵和管道阻抗矩阵分块，分别表示为 将能量方程转化为
基于所述管道流量矩阵、所述楼栋阻抗和所述阀门阻抗，根据转化后的能量方程，计算得到所述二次网的管道阻抗；
其中，B为基本回路矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵，Su为楼栋阻抗矩阵，Sv为阀门阻抗矩阵，|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，|Gg|为树枝供水管道流量矩阵的对角矩阵，|GLZ|为链支管道流量矩阵的对角矩阵，Sp为管道阻抗矩阵，Sg为树枝供水管道阻抗矩，Sh为树枝回水管道阻抗矩，SLZ为链支管道阻抗矩，b为所述二次网的拓扑结构中的管道数量，n为所述二次网的拓扑结构中除定压点外的节点数量；G为管道流量矩阵，GLZ为链支管道流量矩阵；Gg为树枝供水管道流量矩阵块，Gh为树枝回水管道流量矩阵块；
基于所述管道阻抗，计算各楼栋的运行流量，包括：
S201、根据楼栋的设计流量计算管道流量矩阵的初始值G＝BTGc；
S202、根据以下公式更新管道流量矩阵G：
MB＝B·[2(|S|-|x|)|G|-|y|]·BT
HB＝B·[|S|·|G|·G-DH]
ΔGL＝-(MB)-1·HB
ΔG＝BTΔGL
G＝G+ΔGL
S203、若ΔG中的最大值小于第三阈值，则得到管道流量矩阵G，计算结束；否则，返回S202重新计算管道流量矩阵；
所述各楼栋的运行流量为管道流量矩阵中楼栋对应管道的值；
其中|G|为管道流量矩阵的对角矩阵，B为基本回路矩阵，Gc为楼栋设计流量矩阵，|S|为管网阻抗矩阵S的对角矩阵，所述管网阻抗包括管道阻抗、阀门阻抗和楼栋阻抗，x和y均为循环水泵特性曲线中的常数项，|x|表示由x组成的对角矩阵，|y|表示由y组成的对角矩阵，DH为循环水泵扬程矩阵；MB、HB、ΔGL和ΔG均为中间变量。
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