DD293415A5 - METHOD FOR TASKS OF CONTROL IN MASTER HYDRAULIC PIPING NETWORKS - Google Patents
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Abstract
Die wesentlichsten Merkmale des Verfahrens fuer Aufgaben der Steuerung in vermaschten hydraulischen oder thermohydraulischen Rohrleitungsnetzen:{Zustandsbeobachtung; Modellierung; Simulation; Stellverhalten; Stoerverhalten; Rohrleitungsnetz; Fluessigkeitssystem; Steuerung; Regelung; Druck; Volumenstrom; Temperatur; Meszstellenanordnung; Technische Diagnose}The most important features of the method for tasks of control in intermeshed hydraulic or thermohydraulic piping networks: {state observation; modeling; Simulation; Control behavior; Error Behavior; Pipeline network; Fluessigkeitssystem; Control; Regulation; Print; Flow; Temperature; Meszstellenanordnung; Technical diagnosis}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Betriebsführung vermaschter hydraulischer Versorgungsnetze für den Transport und die Verteilung von Flüssigkeiten und ist insbesondere für die Regimesteuerung von Wärmeversorgungsnetzen anwendbar.The invention relates to the field of operation meshed hydraulic supply networks for the transport and distribution of liquids and is particularly applicable to the regime control of heat supply networks.
Die bekannten Prinzipien für die technische Gestaltung der Steuerung des Regimes, für die Meßstellenkonfigurierung und die Diagnose des techniscchen Zustandes der Anlagen von vermaschten hydraulischen und thermohydrauliscrien Rohrleitungsund Versorgungsnetzen lassen sich im wesentlichen dadurch charakterisieren, daß sie entweder aus der Kenntnis der Objektparameter (Kenngrößen von Rohrleitungen und hydraulischen Organen) und vorgegebenen Werten oder Meßwerten von Regimeparametern (Erzeuger- und Abnehmervolumenströme, Drücke in hydraulischen Fixpunkten) heraus die Stellgrößen bzw. die Anlagenzustandsbewertung ermitteln oder bei hinreichendem Umfang an meßtechnische Ausrüstung (Druck- und Volumenstrommeßstellen) die Stellgrößen bzw. die Anlagenzustandsbewertung direkt oder indirekt mit Meßgrößen koppeln. Die erste Gruppe geht von einer theoretischen Analyse aus und ist wegen der ungenauen Kenntnis von Anlagen- bzw. Prozeßkennwerten stark fehlerbehaftet (die relative Fehlererwartung liegt bei 20% u.id darüber) und eignet sich wegen des hohen Rechenzeitbedarfs wenig für den operativen Dienst.The well-known principles for the technical design of the control of the regime, for the Meßstellenkonfigurierung and the diagnosis of the technichchen state of plants of meshed hydraulic and thermohydrauliscrien pipelines and supply networks can be characterized essentially by the fact that either from the knowledge de r object parameters (characteristics of pipelines and hydraulic organs) and predetermined values or measured values of regime parameters (generator and consumer volume flows, pressures in hydraulic fixed points) determine the control variables or the system condition assessment or with sufficient scope of measurement equipment (pressure and Volumenstrommeßstellen) the control variables or the system condition assessment directly or couple indirectly with measured variables. The first group is based on a theoretical analysis and, because of the inaccurate knowledge of plant and process characteristics, is heavily error-prone (the relative error expectation is 20% u.id above) and, due to the high computational time required, is of little use for the operative service.
Die zweitgenannte Problemlösung ist als zuverlässig einzuschätzen, setzt aber gerade bei großen Netzausdehnungen eine i.a sehr kostenaufwendige Meßstellenausrüstung und Datenfernübertragung voraus.The second-mentioned problem solution can be estimated as reliable, but requires a very expensive measuring point equipment and remote data transmission especially for large network expansions.
Die Patentrecherche lieferte nur wenige Hinweise auf Lösungen für die Aufgaben der Steuerung, der Meßstellenkonfigurierung oder der technischen Zustandsdiagnose in vermaschten hydraulischen Rohrleitungsnetzen.The patent search provided only a few references to solutions for the tasks of the control, the measuring point configuration or the technical state diagnosis in meshed hydraulic piping networks.
Von der Problemstellung her ähnliche Lösungsanforderungen für die Steuerung finden sich mit Einschränkungen bei den Patenten für die Netzregelung in Elektroenergiesystemen, wobei eine technische Analogie nicht direkt möglich ist. Für die Meßstellenkonfigur' mg in ausgedehnten Netzen ist keine Vorschrift bekannt, die recherchierten Patente stellen technische Funktionslösungen dar, die zum Gegenstand der Erfindung nicht relevant sind.From the point of view similar solution requirements for the control can be found with restrictions on the patents for grid control in electric power systems, with a technical analogy is not directly possible. For the measuring point configuration 'mg in extensive networks, no provision is known, the searched patents represent technical functional solutions that are not relevant to the subject matter of the invention.
Die derzeitige Praxis der Steuerung von vermaschten hydraulischen Rohrleitungsnetzen großer Ausdehnung mit mehreren Druckquellen (Einspeisestellen) und einer größeren Anzahl von Drucksenken (Abnehmern) ist durch ein hohes Maß an Handlungsunsichsrheit geprägt, die zu Versorgungseinschränkungen oder Überversorgungen von Abnehmern führen kann und die nicht geeignet ist, die technologischen Aufgaben kosten- und sicherheitscptimal zu lösen.The current practice of controlling large mesh, intermeshed hydraulic piping networks with multiple pressure sources (feed-in points) and a greater number of pressure sinks (receivers) is characterized by a high degree of unreliability, which can lead to supply restrictions or over-provision of customers and which is not suitable. to solve the technological tasks in terms of cost and security.
Unsicherheit ist auch bei derZustandsbewertung der Anlagen solcher hydraulischen Netze zu verzeichnen. Schäden und Ausfälle von Anlagen und Einrichtungen können dadurch unerwartet auftreten.Uncertainty is also present in the condition assessment of the plants of such hydraulic networks. Damage and breakdowns of systems and equipment can occur unexpectedly.
Ziel der Erfindung ist die Gewährleistung von hoher Versorgungs- und Anlagensicherheit bei kostengünstiger Betriebsführung von hydraulischen und thermohydraulischen vermaschten Rohrleitungsnetzen.The aim of the invention is to ensure high supply and plant safety with cost-effective operation of hydraulic and thermo-hydraulic meshed pipe networks.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Funktionsvorschrift für die Steuerung vermaschter Flüssigkeits-Rohrleitungsnetze festzulegen, die Verteilungsstruktur von Meßfühlern für Drücke, Volumenströme und Temperaturen vorzuschreiben und eine Diagnose des technischen Anlagenzustands zu beschreiben, ohne notwendigerweise die Objektparameter der Anlagen und Einrichtungen zu kennen und ohne die Kenntnis aller Regimparameter vorauszusetzen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe wie folgt gelöst:The object of the invention is to establish a functional specification for the control of meshed liquid pipeline networks, to prescribe the distribution structure of sensors for pressures, flow rates and temperatures and to describe a diagnosis of the technical condition of the plant without necessarily knowing the object parameters of the installations and facilities and without the To assume knowledge of all regime parameters. According to the invention the problem is solved as follows:
Unter Ausnutzung erkannter Zusammenhänge zwischen den Drücken, Volumenströmen und Systemdruckverlusten an verschiedenen Punkten eines geschlossenen Rohrleitungsnetzes werden die Stellsignalparameter für die beabsichtigte Erreichung der Werte von hydraulischenZustandsgrößen bzw. die günstigste Meßstellenverteilung bzw. die Kennwerte für eine Zustandsbewertung der Anlagen und Einrichtungen bestimmt. Für die Anwendung der Erfindung werden die Zusammenhänge zwischen den Drücken und Volumenströmen an verschiedenen Punkten des Rohrleitungsnetzes bzw. Druckdifferenzen über Strömungsabschnitte oder hydraulische Organe mit statistischen Methoden ermittelt, wobei nur einige dieser Größen an verschiedenen Systempunkten als Meßwerte vorliegen bzw. bekannt sein müssen. Die Anzahl erforderlicher Meßgrößen ist von der Struktur und der Ausdehnung eines betrachteten Rohrleitungsnetzes abhängig und steht im Zusammenhang mit der geforderten Genauigkeit bei der Lösung erfindungarelevanter Aufgaben.Utilizing recognized relationships between pressures, volumetric flows and system pressure losses at various points in a closed pipeline network, the control signal parameters for the intended achievement of the values of hydraulic state variables or the most favorable measuring point distribution or the characteristic values for a state evaluation of the systems and facilities are determined. For the application of the invention, the relationships between the pressures and flow rates at different points of the pipeline network or pressure differences over flow sections or hydraulic organs are determined by statistical methods, with only a few of these variables at various system points as measured values or must be known. The number of required quantities depends on the structure and extent of a considered pipeline network and is related to the required accuracy in the solution of task relevant to the invention.
vermaschten Rohrleitungssystemen in sehr kurzer Zeit möglich, so daß damit sowohl die Erkennung von Störungen (z. B.meshed piping systems in a very short time possible, so that both the detection of disturbances (eg.
des Verfahrens werden die Kosten für den Betrieb und die Unterhaltung hydraulischer und thermohydraulischerThe costs of operating and maintaining hydraulic and thermo-hydraulic systems are negligible
die erforderliche Gesamtwärmeleistung der Erzeugerwerke als auch auf die Verteilung der umzuwälzenden Heizwassermengeim Rohrleitungsnetz aus.the required total heat output of the generating plants as well as the distribution of the quantity of heating water to be circulated in the pipeline network.
y = Fx + Gx, (1)y = Fx + Gx, (1)
in welcherin which
y der Vektor der Stellgrößeny is the vector of the manipulated variables
x der Vektor der Meßgrößen (Drücke Pmi bis Ρμπ. Volumenströme VMi bis VMm, Druckdifferenzen pMi bis ρMq)x the vector of the measured variables (pressures Pmi to Ρμπ, volume flows V M i to VMm, pressure differences p M i to ρMq)
sind, die Stellgrößen yi bis yP so zu bestimmen, daß die Meßgrößen ihre Sollwerte erreichen und gleichzeitig die Veränderungder Erzeugerleistung des Systems die gestellten Anforderungen optimal erfüllt (z. B. minimale Brennstoffwärmekosten oderare to determine the manipulated variables yi to y P so that the measured variables reach their nominal values and at the same time the change of the generator output of the system optimally fulfills the requirements (eg minimum fuel heat costs or
an festliegenden Punkten des Netzesat fixed points of the network
Pn = M pm (2) t Pn = M p m (2) t
in der M die Koppelmatrix ist, werden durch mehrere Berechnungen für verschiedene Einbauorte der Meßfühler für die Größenpm)die gültigen Einbauorte so gewählt, daß mit der Minimalanzahl von Meßfühlern jede Größe p„i zu mindestens einer Größe pMjin einer statistischen Abhängigkeit steht, deren Korrelationskoeffizient einen vorgegebenen Wert erreicht, der z. B. 0,98 seinin which M is the coupling matrix, the valid mounting locations are selected by several calculations for different mounting locations for the sensors for the size p m) such that with the minimum number of sensors each variable p "i is at least one variable p M jin a statistical dependence, whose correlation coefficient reaches a predetermined value, the z. B. 0.98
bestimmten Strömungsabschnitt als Grundlage für die Bestimmung von Diagncsekennwerten, indem diese Größen zu verschiedenen Zeitpunkten miteinander verglichen werden, um daraus die Erkennung von strömungsdynamischen Eigenschaftsveränderungen abzuleiten.determined flow section as the basis for the determination of diagnostic characteristics by these variables are compared at different times with each other in order to derive therefrom the detection of fluid dynamic property changes.
Soll der Zustand des durchströmten Abschnitts i eines vermaschten Rohrleitungsnetzes gemäß Figur 1 bewertet werden, kann zum Zeitpunkt ti nach vorheriger Bestimmung des Volumenstroms V|,i zunächst die Druckdifferenz ρι,ι zwischen den Endpunkten des betrachteten Strömungsabschnitts ermittelt werden, um daraus den Kennwert Wi,, zu bestimmen:If the state of the flow-through section i of a meshed pipe network according to FIG. 1 is to be evaluated, the pressure difference ρι, ι between the end points of the considered flow section can first be determined at time ti after prior determination of the volume flow V |, i. to determine:
(3, Zum Zeitpunkt t2 wird der Kennwert W^ analog erhalten:(3, At time t 2 , the characteristic W ^ is obtained analogously:
W1, = 4^ (4)W 1 , = 4 ^ (4)
V|,22 | V
Aus dem Verhältnis Dvi = Wi,2/Wu, der Differenz D0I = Wi12-Wi11 oder einer anderen geeigneten Funktion mit mehreren zu verschiedenen Zeitpunkten oder unter verschiedenen Bedingungen aufgenommenen Kennwerten der vorgestellten oder einer anderen Art kann auf den technischen Anlagenzustemd geschlossen werden, indem Vergleiche mit bekannten Erfahrungswerten durchgeführt werden.From the ratio D vi = Wi, 2 / W u , the difference D 0 I = Wi 12 -Wi 11 or any other suitable function with several recorded at different times or under different conditions characteristics of the imaginary or other kind may be based on the technical Be closed by making comparisons with known empirical values.
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