专利名称：一种热力系统动态模型的建立方法
技术领域：
本发明属于热力系统的特性分析及优化运行技术领域；特别涉及一种热力系统动 态模型的建立方法。
背景技术：
热力系统的动态模型对于供热、火力发电过程或具有类似热力过程的工业系统的 运行特性分析、故障检测与诊断、系统优化设计、节能减排运行模式选择、以及仿真平台构 建等具有重要的理论意义和应用价值。目前，热力系统运行模型的建模方法是主要采用理论分析、经验归纳或二者相结 合的方法。建立理论解析模型需要深入了解对象的基本物理、化学规律，具有较严密的科学 根据，所建模型机理明晰，但建模过程专业性强且无法对复杂系统进行精确解析。经验归纳 模型不需要考虑系统或过程的工作机理，主要根据实测数据的定量关系建立，属黑箱建模 范畴。但是这种建模方法需要大量的实测数据，模型的复杂程度不易确定，且对于不同工况 数据的响应一致性较差。当前另外一种比较流行的热力系统建模方法是神经网络建模。通过将系统的输 入、输出数据导入神经网络，让神经网络在运行中自动学习，适应较大工况范围变化及系统 运行特性的时变性。这种建模方法的缺点是模型参数不具有物理意义，且在参数较多时运 行速度变慢，收敛性变差。在实际热力系统建模过程中常出现两种倾向一是片面强调运行数据的作用，忽 视对系统运行机理的研究，通过逼近、拟合的方式得到输入/输出间的复杂映射，进而模拟 系统的运行。这种方式在理论研究和工程应用中存在模型变量物理意义不明确、模型结构 复杂、调试困难等问题。二是过于看重模型的精度，希望将系统内部、外部的各种影响因素 统统考虑进去，机械地扩充模型的规模，认为越复杂的模型精度越高。这种方式不仅不能保 证模型的质量，还会在一定程度上降低模型的实用性和适用性。
发明内容
为了简单明晰地表征热力系统的静、动态特性，建立关键物理参数的因果关联，本 发明提出了一种热力系统动态模型的建立方法，其特征在于，所述热力系统的动态模型具 有规范的自下而上的多层、多节点因果动态传递拓扑结构，该拓扑结构的最下层为输入层， 包含1-m个输入节点，每个输入节点代表一个输入变量；最上层为输出层，包含l-η输出节 点，每个输出节点代表一个输出变量；输入节点和输出节点之间包含有从第2层至第i-Ι层 的多个中间层，各中间层具有I-P个数量不等的多个中间节点，每个中间节点代表输入变 量到输出变量传递过程中的一个中间变量；其中m、n、i和ρ均为正整数。所述因果动态传递拓扑结构中，下层节点到上层节点之间具有一对多或多对一的 因果传递关系，通过标注箭头的有向线段连接；箭头由下层节点指向上层节点时表示输入 变量到中间变量或中间变量到输出变量的正向影响；箭头由上层节点指向下层节点时表示输出变量对中间变量或中间变量对输入变量的反向影响；每条有向线段起始端的节点称为 “因节点”，终到端的节点称为“果节点”，它们构成“因果节点对”。因果节点之间的动态传递关系由标注在有向线段上的标准数据结构定义，其对应的数学关系为
权利要求
1.一种热力系统的动态模型，其特征在于，所述热力系统的动态模型具有规范的自下 而上的多层、多节点因果动态传递拓扑结构，该拓扑结构的最下层为输入层，包含1-m个输 入节点，每个输入节点代表一个输入变量；最上层为输出层，包含1-n输出节点，每个输出 节点代表一个输出变量；输入节点和输出节点之间包含有从第2层至第i-Ι层的多个中间 层，各中间层具有I-P个数量不等的多个中间节点，每个中间节点代表输入变量到输出变 量传递过程中的一个中间变量；其中m、n、i和ρ均为正整数。
2.根据权利要求1所述热力系统的动态模型，其特征在于，所述因果动态传递拓扑结 构中，下层节点到上层节点之间具有一对多或多对一的因果传递关系，通过标注箭头的有 向线段连接；箭头由下层节点指向上层节点时表示输入变量到中间变量或中间变量到输出 变量的正向影响；箭头由上层节点指向下层节点时表示输出变量对中间变量或中间变量对 输入变量的反向影响；每条有向线段起始端的节点称为“因节点”，终到端的节点称为“果节 点”，它们构成“因果节点对”。
3.根据权利要求2所述热力系统的动态模型，其特征在于，因果节点之间的动态传递 关系由标注在有向线段上的标准数据结构[士，v，K，T，T]ab。d定义，其对应的数学关系为
4.一种热力系统的动态模型建立方法，其特征在于，具体实施步骤如下步骤1 分析待建模热力系统中主要参数的因果关系，确定模型的输入变量、输出变量 及中间变量；步骤2:根据输入变量、输出变量、中间变量个数以及它们的传递顺序，确定因果动态 传递拓扑结构图中的节点层数及各层中的节点数，用带箭头的有向线段连接具有因果传递 关系的节点，确定系统的整体因果传递拓扑结构；步骤3 在每一条代表因果关系的有向线段上标注标准数据结构[士，v，K，T，i]ab。d，其 中每一组标准数据结构中各参数的确定顺序为①若某有向线段输入节点参数值增大时输 出节点参数值相应增大，则该有向线段上标注的数据结构取“ + ”，若输出节点参数值减小则 取“_”;②选取系统由一个工作点跃变到另一个工作点的一组实际运行数据，从数据观察， 若该有向线段连接的输出参数与输入参数具有时间上的线性累加关系时ν取1，若为类抛 物线形的累加关系时ν近似取2 ；若输出参数与输入参数之间不具有累积关系，即当输入参 数偏离原平衡点且稳定后，输出参数也很快稳定下来不再发生变化，则选择ν = 0 ；若输出 参数与输入参数之间有近似微分关系，则选择ν = "I ；③从选取的系统实际运行数据曲线观测，输入参数跃变的起始时刻与输出参数响应起始时刻之间的时间间隔即为τ ；④从选 取的系统实际运行数据曲线观测，当ν = -1或0时，从输出参数响应起始时刻到其趋于稳 定所用时间约为3. 5Τ ；当ν = 1或2时，从输出参数响应起始时刻到其曲率半径趋于稳定 所用时间约为3. 5Τ ；⑤从选取的系统实际运行数据曲线观测，当ν = -1，从输出参数响应起 始时刻到其趋于稳定之间的峰值约为其输入跃变量的K倍；当ν = 0，输出参数响应趋于稳 定后的稳态值约为其输入跃变量的K倍；当ν = 1或2，则输出参数响应趋于稳定后的曲率 半径约为其输入跃变量的K倍；步骤4:确定因果传递拓扑结构中每一条有向线段的标准数据结构后，测试因果拓扑 结构的输入层和输出层之间的静、动态关系是否符合热力系统的实际情况，重点检查静态 增益是否准确，如偏差较大则需适当调整相关标准数据结构中的参数值。
全文摘要
本发明公开了属于热力系统动态特性分析及优化运行技术领域的一种热力系统动态模型的建立方法。首先分析待建模热力系统中主要参数的因果关系，确定若干输入、输出及中间变量；根据各变量的传递顺序，确定输入层、输出层、若干中间层及各层中的节点个数，用带箭头的有向线段连接具有因果或逆向因果传递关系的节点，确定系统的整体因果传递拓扑结构；在每一条代表因果关系的有向线段上标注标准数据结构，并由系统运行实测数据辨识每个数据结构中的相关参数。该方法所建模型能够对热力系统中各关键物理参数的因果动态传递关系进行有效地描述，适于从相对宏观的角度分析热力系统的物质、能量传递及平衡关系，进而对系统的运行特性进行分析和优化。
文档编号G06F17/50GK102096741SQ20111004202
公开日2011年6月15日 申请日期2011年2月21日 优先权日2011年2月21日
发明者张建新, 房方, 魏乐 申请人:华北电力大学