馬成龍 張微微

（紫光（北京）智控科技有限公司 廣東珠海 519080）

實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)中流體網(wǎng)絡(luò)模型閥門(mén)組的處理方法

馬成龍 張微微

（紫光（北京）智控科技有限公司 廣東珠海 519080）

本發(fā)明提供在電廠(chǎng)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)高精度兩相流體網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型中支路的處理方法。該方法是在兩相流體網(wǎng)絡(luò)中，要把現(xiàn)場(chǎng)的物理模型轉(zhuǎn)化為可在計(jì)算機(jī)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型過(guò)程中，對(duì)于支路網(wǎng)格劃分的一種方法-將一套閥門(mén)組作為一個(gè)支路網(wǎng)格。

流體網(wǎng)絡(luò)；實(shí)時(shí)仿真；閥門(mén)組

1 背景技術(shù)

隨著我國(guó)電力工業(yè)的高速發(fā)展，大容量、高參數(shù)的機(jī)組已成為了主流，仿真系統(tǒng)也由原來(lái)的純培訓(xùn)系統(tǒng)慢慢轉(zhuǎn)為可為生成提供優(yōu)化方案以及指導(dǎo)生產(chǎn)的重要作用，也就是說(shuō)目前的高精度仿真系統(tǒng)慢慢由幕后慢慢向生產(chǎn)靠攏，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際生產(chǎn)發(fā)電產(chǎn)生更加直接的影響，這就對(duì)仿真機(jī)的建模和計(jì)算精度提出了更高的要求。而且在線(xiàn)仿真的呼聲越來(lái)越高，這就要求我們對(duì)仿真建模的合理性有了更高的要求。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提供了一種減少流體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，并且并不降低模型實(shí)時(shí)計(jì)算精度的一種理論處理方法。

2 閥門(mén)組支路網(wǎng)格劃分方法：

該典型閥門(mén)組支路，在實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)中原流體網(wǎng)絡(luò)處理方式為，把任意一個(gè)設(shè)備模具作為一條支路，設(shè)備與設(shè)備連接處作為內(nèi)部節(jié)點(diǎn)處理，若把圖1中的典型閥門(mén)組劃分節(jié)點(diǎn)-支路網(wǎng)格，會(huì)劃分6個(gè)節(jié)點(diǎn)以及7條支路。劃分方法如圖1～3所示。

圖1

圖2

圖3

而新采用節(jié)點(diǎn)處理方法如圖3。在已知條件不變的情況下，新的處理方法的減少至2個(gè)節(jié)點(diǎn)及1條支路。這樣做的優(yōu)點(diǎn)有兩個(gè)：①可以減少計(jì)算機(jī)的計(jì)算量，在矩陣解析中使用大量迭代，減少節(jié)點(diǎn)數(shù)對(duì)減少計(jì)算機(jī)迭代有顯著效果。②在在線(xiàn)仿真中，由于現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)有限，所以我們?cè)诮r(shí)應(yīng)在滿(mǎn)足計(jì)算精度的前提下，盡量減少節(jié)點(diǎn)數(shù)量以滿(mǎn)足在線(xiàn)仿真的匹配要求。再者，計(jì)算每個(gè)閥門(mén)前后的節(jié)點(diǎn)信息（比如壓力、溫度等）是非常沒(méi)有必要的。

3 閥門(mén)組支路網(wǎng)格數(shù)學(xué)模型計(jì)算

按圖2中的網(wǎng)格劃分方法，則有6個(gè)節(jié)點(diǎn)，其壓力分別P1，P2，P3，P4，P5，P6，共有 7 條支路，用下角標(biāo) 1，2，3，4，5，6，7 來(lái)表示；

對(duì)于支路1，其中含有設(shè)備閥門(mén)1，它的上節(jié)點(diǎn)為1號(hào)節(jié)點(diǎn)下節(jié)點(diǎn)為3號(hào)節(jié)點(diǎn)，則在閥門(mén)n中流過(guò)的流量可表示為：

其中：下角標(biāo)n代表第一條支路；F為支路流量；CVMAX為該支路最大通流能力；VP為該閥門(mén)閥位；ρ為流通流體密度；Pup為閥門(mén)n上游壓力；Pdw為閥門(mén)n下游壓力。

對(duì)于圖1的數(shù)學(xué)模型中，我們假設(shè)各節(jié)點(diǎn)為不可壓縮流體，則有：

若將第一條支路上所有閥門(mén)流量關(guān)系式累加、化簡(jiǎn)整理可得：

對(duì)于圖1的數(shù)學(xué)模型中，我們假設(shè)各節(jié)點(diǎn)為不可壓縮流體，則有：

故：

同理，第4，5，6支路流量可同理計(jì)算為：

節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2之間的總流量F為：F=F1+F4+F7，則，在圖1數(shù)學(xué)模型中，節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2的總流量為：

對(duì)于圖3的數(shù)學(xué)模型中，節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2之間的流量F為：

其中：F為支路流量；CV為支路綜合通流能力；ρ為密度。

我們知道，對(duì)于圖2和圖3，其物理對(duì)象都是一樣的，所以其總流量也相同，所以我們對(duì)式5和式6整理，可得到：

至此，我們就可以得出其代數(shù)方法求解，而不是通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)矩陣來(lái)求解支路流量和節(jié)點(diǎn)壓力。

4 應(yīng)用情況和應(yīng)用前景

該流體網(wǎng)絡(luò)閥門(mén)組的處理方法，已經(jīng)在仿真實(shí)時(shí)平臺(tái)中試驗(yàn)并取得良好的使用效果。此方法的投入使用，會(huì)有效降低計(jì)算機(jī)處理時(shí)間，節(jié)省機(jī)時(shí)；同時(shí)，也提高了實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)流體網(wǎng)絡(luò)中壓力和流量的計(jì)算精度，為將來(lái)的在線(xiàn)仿真以及更深層次的應(yīng)用提供可能。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文提供了一種數(shù)學(xué)模型，再實(shí)時(shí)仿真的流體網(wǎng)絡(luò)建模過(guò)程中，減少流體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，并且提高了實(shí)時(shí)計(jì)算精度的一種理論處理方法。

[1]蔡瑞忠，張力.熱工流體網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)仿真模型及算法.

[2]謝茂青，任挺進(jìn).熱工流體網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)建模算法.

TP391.9

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1004-7344（2016）12-0288-01

2016-4-10