摘要
国内城市集中供热系统发展虽然日趋成熟，但在供热控制方面仍缺乏经验，自动化程度比较低，常常面临水力失衡、泄漏故障等问题。因此，本文为了能够更加清楚地了解城市集中供热系统运行规律，合理简化管网建模，实现管网泄漏位置准确诊断，提出了按照管网拓扑复杂程度建立水力工况仿真模型和泄漏诊断模型的方法。该方法贯穿本文整体研究内容，能够普遍适用于实际供热管网。 本文将网络图论、基尔霍夫相关定律、环网平差等基础算法作为仿真建模理论依据,以山东省某城区的实际集中供热管网工程为研究对象，提出了按照管网拓扑结构复杂程度设计建模方案，同时针对供热环状管网，提出结合流量方向和最小闭合差判断水力交汇位置的方法。为了突出环网水力特征并验证提出的水力交汇位置判断方法的准确性，本文选择建立一级模型、二级模型、三级模型三种复杂程度的管网水力工况仿真模型，并取3种正常运行工况进行了仿真验证，结果表明:无论何种复杂程度级别的模型，其热源、用户仿真压力和实际压力的最大相对误差绝对值均小于10％,证明了所建立仿真模型的有效性，且管网拓扑结构复杂程度越高，模型模拟误差越低，建模成本越高。 然后，利用模型中环网水力仿真模型验证水力交汇位置判断方法的准确性，结果表明:3个工况水力交汇判断之后，其仿真模型对应各用户、管段流量和实际的最大误差绝对值均小于0.1m3/h,证明该方法在保证仿真模型有效的前提下能够准确判断水力交汇位置。 最后，以所建立的水力工况仿真模型为基础，对该实际集中供热管网进行泄漏故障诊断研究。本文为了能够高效诊断管网泄漏故障，提出了基于变点理论CUSUM(CumulativeSum)分析的分级泄漏诊断方法。为了验证该方法对管网泄漏诊断应用的有效性，分别针对4种一点泄漏工况和4种两点泄漏工况进行了泄漏诊断验证，结果表明:所有泄漏工况能够被准确诊断泄漏开始时间，并在80s以内发出泄漏报警信号，泄漏流量仿真值与实际值的最大相对误差绝对值均小于10％。针对本文所研究的泄漏工况,泄漏位置的诊断准确率能达到75％,证明了CUSUM泄漏故障诊断方法在泄漏报警、泄漏流量计算以及泄漏位置诊断的有效性，可以应用于实际供热管网泄漏检测。
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