Моделирование системы управления тепловым режимом КСЦТ

Цель моделирования – определение системных свойств реальной СУ КСЦТ (устойчивости, управляемости, области устойчивости и т. д.), диапазона изменения основных параметров и поведения реальной системы управления в динамике при различных возмущающих воздействиях в условиях ограниченного доступа к функционирующей системе в реальном масштабе времени.

Моделирование СУ КСЦТ осуществлялось операторным методом, основанным на известном преобразовании Лапласа [7, 54]. Метод позволяет упростить операции преобразования сложных дифференциальных уравнений и получить запись дифференциального уравнения обобщенной передаточной функции в виде передаточных функций отдельных звеньев.

Операторная форма записи обобщенной передаточной функции и запись по Лапласу при нулевых начальных условиях совпадают, но так как последняя требует учета начальных условий, они должны быть обязательно оговорены.

Сформированная модель должна отражать основные свойства СУ КСЦТ, в частности, значительное запаздывание при передаче тепловой энергии от источника до потребителя, различные теплотехнические характеристики объекта управления, различное соотношение быстрых и медленных тепловых потерь, наличие одного источника тепловой энергии. В модели должен быть реализован принцип разомкнутого управления с компенсацией возмущающего воздействия, обеспечивающий селективную инвариантность управляемой переменной к непосредственно измеряемому возмущению.

Моделирование производилось в несколько этапов. На первом этапе, с учетом эшелонного представления о структуре управления, сформирована обобщенная модель СУ КСЦТ, представленная на рисунке 3.4.

, , , , - приращения температур: наружного воздуха, управляющего и возмущающего воздействий, теплоносителя на входе и выходе модели теплопотребляющего объекта. Остальные обозначения указаны в таблице 3.2

Рисунок 3.4 – Обобщенная модель СУ КСЦТ

На основе обобщенной модели разработана операторная модель СУ КСЦТ [90]. Определены входящие нее передаточные функции и численные значения коэффициентов [80, 90] с учетом того, что управляющее воздействие должно компенсировать или максимально минимизировать возмущающее воздействие, обусловленное основным возмущающим фактором - изменением температуры наружного воздуха . При этом учитывалось, что возмущающее воздействие передается по каналу быстрых и медленных тепловых потерь () [128, 129].

Анализ передаточных функций, входящих в операторную модель СУ КСЦТ (рисунок 3.2), приведен в [79, 80, 85], поэтому в настоящей работе они представлены обобщенно в виде таблицы 3.3. Значения коэффициентов и параметров, входящих в таблицу 3.3, приведены в таблице 3.4.

Таблица 3.3 - Передаточные функции операторной модели СУ КСЦТ [90]

Объект	Передаточная функция
Медленные тепловые потери через наружные теплоемкие ограждения (стены)
Быстрые тепловые потери через наружные нетеплоемкие ограждения (окна)
Регулятор когенерационного источника
Регулятор центрального теплового пункта
Когенерационный источник
Центральный тепловой пункт
Изолированные магистральные трубопроводы
Изолированные квартальные трубопроводы
Регулятор системы отопления
Регулятор горячего водоснабжения
Система отопления
Система горячего водоснабжения

Примечание: , , , - передаточные функции регуляторов когенерационного источника, центрального теплового пункта, индивидуального теплового пункта (отопление и горячее водоснабжение); , , , , , - передаточные функции когенерационного источника, центрального теплового пункта, систем отопления и горячего водоснабжения; , - передаточные функции по каналам быстрых и медленных тепловых потерь. Остальные обозначения указаны в таблице 3.3.

Таблица 3.4 – Значения коэффициентов и параметров, входящих в операторную модель СУ КСЦТ [90]

Коэффициент передачи			-
Значение	2,3	1,4	-	0,9	0,8	0,9	0,72
Постоянная времени, с	-	-	-	-	-
Значение	-	-	-	-	-	0,05	0,02
Время запаздывания, с			-				-
Значение	0,01	0,01	-	0,01	0,01	0,015	-
Коэффициент передачи	-
Значение	-	0,7	0,7	0,7	0,47	0,8	0,2
Постоянная времени, с	-
Значение	-	0,15	0,025	0,15	0,05	0,4
Время запаздывания, с	-			-	-	-
Значение	-	0,05	0,01	-	-	-	0,17

Примечание: Для расчетов в таблице принято условное время 20 ч = 1с, в частности, = 1с соответствует фактическому времени 20ч; , , , - коэффициенты передачи регуляторов: когенерационного источника, центрального теплового пункта, систем отопления и горячего водоснабжения; , , , , , - коэффициенты передачи когенерационного источника, центрального теплового пункта, магистральных трубопроводов, квартальных трубопроводов, систем отопления и горячего водоснабжения; , , – коэффициенты передачи по каналам медленных (наружные теплоемкие ограждения) и быстрых (наружные нетеплоемкие ограждения, окна) тепловых потерь; , , , , , , - постоянные времени когенерационного источника, центрального теплового пункта, магистральных трубопроводов, квартальных трубопроводов, систем отопления и горячего водоснабжения, по каналам медленных и быстрых тепловых потерь; , , , - время запаздывания регуляторов: когенерационного источника, центрального теплового пункта, систем отопления и горячего водоснабжения; , , , - время запаздывания когенерационного источника, магистральных трубопроводов, квартальных трубопроводов, по каналу медленных тепловых потерь.

На третьем этапе разработана операторная модель СУ КСЦТ, представленная на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – Операторная модель СУ КСЦТ

Модель СУ КСЦТ (рисунок 3.5) по каналу управления представляет собой модель вход-выход и позволяет проводить анализ переходных процессов на входе и выходе обобщенного (эквивалентного) потребителя. Для КСЦТ это является важным фактором, т. к. переходный процесс на входе обобщенного потребителя определяет качество теплоснабжения, а переходный процесс на выходе обобщенного потребителя определяет КПД выработки электроэнергии когенерационным источником.