[发明专利]一种考虑源荷温度控制特性的供热系统状态离散仿真方法

权利要求书

1.一种考虑源荷温度控制特性的供热系统状态离散仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)针对待仿真的供热系统，输入拓扑连接关系、元件参数、控制参数、仿真计算参数，进行仿真初始化；

2)建立供热系统状态空间模型，其中包括管道、热源、用户建筑供热负荷在系统拓扑约束下构成的热力环节微分方程组，以及热源温度控制器和用户室内温度控制器构成的控制环节离散代数方程组；

3)针对供热系统状态空间模型中的热力环节微分方程组，计算热力环节状态变量x_d在当前仿真时刻t的1阶、2阶、3阶导数

4)根据步骤3)中得到的热力环节状态变量x_d在当前仿真时刻t的1阶、2阶、3阶导数，计算积分步长h；

5)检测是否有控制器离散动作事件发生在区间(t,t+h]，若有则进行事件定位并更新积分步长h，否则直接进入步骤6)；

6)使用量子化积分公式将热力环节状态变量x_d积分至仿真时刻t+h，置控制环节离散代数变量的历史量将x_d(t+h)和代入控制环节离散代数方程组，计算仿真时刻t+h的控制环节离散代数变量u_d(t+h)，令当前仿真时刻t＝t+h；

7)判断仿真时刻t是否达到仿真终止时间T；若t≥T，则仿真结束，输出仿真结果；否则返回步骤3)。

2.根据权利要求1所述的一种考虑源荷温度控制特性的供热系统状态离散仿真方法，其特征在于，步骤1)所述的元件参数包括热网各管道截面积、长度、热阻、微元段长度、热工质流量，各热源的加热单元功率、数量、热工质质量和流量，各用户散热器的散热系数、散热面积、热工质质量和流量，各用户建筑的散热系数和体积，热工质密度、热工质比热容、空气密度、空气比热容、环境温度；所述的控制参数包括热源出口温度控制区间、用户室内温度控制区间；所述的仿真计算参数包括仿真终止时间、量子化积分阈值、各仿真变量及其历史量初值；置当前仿真时刻t＝0。

3.根据权利要求1所述的一种考虑源荷温度控制特性的供热系统状态离散仿真方法，其特征在于，步骤2)中

(1)所述的热力环节微分方程组包括：

(1.1)系统中管道热力方程

将管道支路划分为长度为Δx微元段，根据单个微元段长度Δx和管道长度l_α得到微元段数量符号表示向上取整；管道支路α的第n个微元段的热力微分方程形式为：

边界条件为：

式中，ρ_p为热工质密度，c_p为热工质比热容，为管道截面积，为管道热阻，T^a为环境温度，为热工质流量，α为管道编号；为管道支路α的第n个微元段的温度；为管道支路α的第n-1个微元段的温度，当n取1时，为为管道支路α的入口温度，为管道支路α的出口温度；

(1.2)热源热力微分方程：

式中，为热源中热工质的质量，和为热源的入口和出口温度，为热源热工质流量，为一个加热单元的功率，为接入热源的加热单元数量，β为热源编号；

(1.3)用户建筑供热负荷热力微分方程：

式中，为散热器中热工质的质量，和为散热器的入口和出口温度，为散热器散热量，为散热器的开关变量，为散热器的散热系数，为散热器的散热面积，为散热器热工质流量，为建筑的室内温度，ρ_a为空气的密度，c_a为空气的比热容，和为建筑的散热系数和体积，γ为散热器编号，ε为建筑的编号；

(1.4)热力拓扑约束方程：

每条支路两端各连接着一个节点，根据输入的拓扑连接关系，得到节点i的热力拓扑约束方程为：

式中，为节点i的温度，g_k为支路k的流量，为支路k的出口温度，R_i为注入节点i的支路编号集合，为支路j的入口温度，S_i为流出节点i的支路编号集合；

(2)所述的控制环节离散代数方程组包括：

(2.1)源、荷温度控制器离散代数方程：

式中，为接入热源的加热单元数量，为散热器的开关变量，为热源的出口温度，为用户室内温度，和为热源出口温度的上限和下限值，和为用户室内温度的上限和下限值；

(3)所述的供热系统状态空间模型，是通过联立式(1)-(9)得到如下形式：

式中，x_d为热力环节状态变量，包含管道温度变量、热源出口温度变量、用户散热器出口温度变量、用户室内温度变量；f_d为热力环节微分方程组；u_d为控制环节离散代数变量，包含各热源控制器输出的加热单元数量、各用户温度控制器输出的散热器开关状态，为控制环节离散代数变量的历史量，z_d为控制环节离散代数方程组。